生物炭对烤烟生长及烟叶品质的影响

张涵, 赵世民, 刘占卿, 叶红朝, 王惠, 李建芬, 殷全玉



生物炭对烤烟生长及烟叶品质的影响

张涵1, 赵世民2, 刘占卿1, 叶红朝2, 王惠2, 李建芬1, 殷全玉3

(1. 洛阳市烟草公司汝阳县分公司, 河南汝阳, 471200; 2. 洛阳市烟草公司技术中心, 河南洛阳, 471000; 3. 河南农业大学烟草学院, 河南郑州, 450002)

为探明生物炭在洛阳烟区烟叶生产上的应用效果, 采用大田试验, 研究了生物炭对烟株生长、烟叶经济性状、物理特性和化学成分的影响。结果表明: (1) 生物炭处理可促进采烤期烟株生长, 表现为移栽后120 d株高增加了11.81 cm, 茎围增加了0.74 cm, 可采烤叶片数平均增加了1.21片, 生育期延长6～17 d; (2) 生物炭可以使烟叶均价增加1.10元/kg, 上等烟比例增加3.39%, 每公顷产值增加1 919.25元; (3) 生物炭处理可以显著提高烟叶钾和烟碱含量, 提高烟叶填充值和弹性, 改变单叶重和叶质重。

生物炭; 烟草; 生长; 化学成分; 物理特性

生物炭(Biological carbon)是指生物有机材料在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物[1]。生物炭固有的结构特征与理化特性, 使其施入土壤后对土壤容重、含水量、孔隙度、阳离子交换量、养分含量等产生一定影响, 从而直接或间接地影响土壤微生态环境。近年来, 生物炭作为土壤改良剂、化学肥料缓释剂、微生物肥料载体及碳封存剂而在农业生产中备受重视[2–5]。研究表明, 生物炭对许多作物生长和产量有促进作用, 可促进茶树和紫荆树等的生长, 提高菜豆、豇豆、高羊茅、玉米、水稻、萝卜等作物的生物量, 提高菜豆、玉米、水稻等作物的产量[6–7]。在大多数研究中, 生物炭对作物生长发育和产量的影响都表现出正效应, 但也有一些负效应的报道[8–9]。生物炭对作物生长发育和产量的影响决定于生物炭自身的性质, 也决定于特定土壤的理化性质和作物生物学属性等诸多方面, 复杂的交互作用也会使试验结果不尽一致。因此, 在生物炭用于作物生产时, 应根据品种特性因地制宜地加以应用[4]。烟草是我国重要的经济作物, 已有研究表明生物炭可以改善植烟土壤供肥能力, 提高烟叶香气质量, 其效果受土壤类型和生物炭种类影响较大[10–13], 因此生物炭在植烟土壤上的应用, 应依据当地植烟土壤特性, 选择合适的生物炭种类和用量。本文以洛阳当地产的花生壳为原材料制备生物炭, 对比分析了不同用量生物炭对烟株生长、产量、产值及烟叶品质的影响, 为洛阳烟区生物炭改土技术的示范推广提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烟草品种为当地主栽品种秦烟96。生物炭为350 ℃炭化的花生壳炭。试验在洛阳的汝阳上河和新建2地进行。上河的土壤基础肥力为pH值8.28、有机质0.35%、碱解氮29.05 mg/kg、速效磷22.41 mg/kg、速效钾229.90 mg/kg, 新建的土壤基础肥力为pH值8.14、有机质1.02%、碱解氮49.50 mg/kg、速效磷30.71 mg/kg、速效钾279.87 mg/kg。

1.2 试验方法

上河和新建2地试验设4个处理, 每穴生物炭用量分别为10、20、30和40 g, 以不施生物炭为对照。试验完全随机区组设计, 小区面积334 m2, 重复3次。除生物炭用量不同外, 其它栽培措施均按《优质烟栽培技术方案》进行栽培管理。在移栽后30、60、90和120 d调查烟株生长状况。各处理烟叶单采单烤, 统计经济性状, 取C3F分析烤后烟叶化学成分和物理特性。

1.3 测定方法

株高、茎围等烟株农艺性状测量方法参考烟草行业标准YC/T 142-2010[14],总糖、还原糖、钾、氯、烟碱和总氮等烟叶常规化学成分指标, 单叶重、含梗率、填充值、抗张强度和叶质重等物理特性指标测定方法见文献[15]。

1.4 数据处理方法

数据变异性和方差分析使用Excel 2003程序进行处理, 采用单因素随机区组方差分析方法比较不同处理间差异。F检验显著时, 用新复极差法(最短显著极差法, SSR)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 生物炭用量对烟草植株部分农艺性状的影响

移栽后30、60、90和120 d测量烟草株高、最大茎围、最大叶片面积、单株可采收叶片数和根系干重, 结果如表1所示。移栽后60 d内, 生物炭处理对株高、茎围、最大叶片叶面积、可采收叶片数和根系干重等指标均没有明显影响; 移栽后90 d和120 d生物炭处理较对照株高分别增加了8.49 cm和11.81 cm, 最大茎围分别增加了0.22 cm和0.74 cm (2个试验点4个生物炭用量的平均值), 均显著高于对照。生物炭处理对单株最大叶片叶面积影响较小, 仅新建试验地移栽后90 d略有增加。烟草是以叶片为收获对象的经济作物, 叶片发育良好、无或少病斑才具有采烤价值。从表1可以看出, 移栽后90 d, 生物炭处理有提高每株烟可采烤有效叶片数的趋势, 在新建试验地表现尤其明显, 单株可采烤叶片数增加了1.50～2.72片, 上河为0.11～1.44片, 2个试验点可采烤叶片数平均增加了1.21片。移栽60 d之后, 生物炭处理烟株的根系干物质积累量较对照明显增加, 移栽后60～90 d是烟草根系干物质迅速积累期, 90 d以后增速减缓, 增施生物炭处理促进了移栽后60～90 d烟草根系干物质积累速率。对于上河试验地, 每株烟穴施10 g生物炭促根效果较好, 对新建试验地, 穴施10～40 g生物炭均表现出良好的促根效果, 移栽后90 d表现尤其明显。试验还发现, 随生物炭用量增加, 烟株大田生育期明显延长, 与对照相比, 每株烟穴施10 g, 大田生育期延长了6 d, 穴施30～40 g生物炭, 生育期延长了17 d。

综上所述, 增施生物炭促进了移栽后90 d和120 d的烟株生长和根系发育, 延长了大田生育期。

表1 不同生物炭用量烟草株高、茎围、最大叶片面积、叶片数和根系干重

注: 表中同一指标后的字母表示统计上有显著差异(< 0.05), 下表同; 移栽后30 d烟株处于团棵期, 尚未起身拔节, 故没有测株高; 移栽后120 d, 大部分烟叶已经采烤结束, 故未测最大叶片面积; 可采收叶片数是指叶片发育好, 无或少病斑具有采烤价值的叶片, 与单株留叶数有所不同。

2.2 生物炭用量对烟叶经济性状的影响

由表2可知, 生物炭处理可以提高烟叶上等烟比例、上中等烟比例以及均价, 但增产效果不明显, 这说明增施生物炭促进大田生育后期烟株生长, 更多的是促进了茎和根的生物量增加。除处理三(每穴施用30 g生物炭)外, 其它施用生物炭处理的产量均略有减少。每株烟穴施10 g生物炭处理均价和中上等烟比例最高, 分别为24.82元和91.57%, 较对照分别提高7.72%和7.05%; 每株烟穴施30 g生物炭处理产量和产值最高, 分别为2 316 kg和55 190元, 较对照分别提高5.32%和8.91%。从上河试验点来看, 增施生物炭对烟叶产量影响不明显, 烟叶均价增加1.10元/kg, 上等烟比例增加了3.39%, 产值增加了1 919元。新建试验点黑胫病较为严重, 导致烟叶减产, 增施生物炭处理烟株产量、产值、均价和上烟比例均显著高于对照。因受黑胫病影响, 对照产量仅为837 kg, 而增施生物炭处理产量在1 515～2 034 kg之间, 明显高于对照, 这说明增施生物炭可能对防治烟草黑胫病有一定效果。

表2 不同生物炭用量的烟叶经济性状

2.3 生物炭用量对烟叶化学成分及物理特性的影响

取烤后烟叶样品, 分析C3F的常规化学成分, 结果如表3所示。由表3可知, 随生物炭用量增加, 中部烟叶总糖、水溶性总糖、钾和烟碱含量呈现增加趋势, 总氮、氯糖含量处理间差异不显著。钾是烟叶的品质元素, 一般含量在2%以上较为适宜, 河南烟叶钾含量普遍偏低, 生物炭处理增加烟叶钾含量较为明显, 对于上河试验地每株烟穴施10～30 g生物炭均能显著提高中部叶钾含量, 平均提高幅度为14.66%～25.86%, 对于新建试验地每株烟穴施40 g生物炭提钾效果显著, 较对照提高了35.90%。烟碱是烟草根部合成的化合物, 主要在烟草生长的中后期合成, 是吸烟产生生理强度的物质基础, 每株烟穴施生物炭10 g以上即可以显著增加中部叶烟碱含量, 上河烟碱增加幅度为9.49%～18.61%, 新建增加幅度为8.71%～19.70%, 且呈现出随生物炭用量增加而增加的趋势, 这可能与生物炭处理提高了烤烟根系发育有关。

表3 不同生物炭用量的烟叶化学成分(C3F) /%

由表4可知, 生物炭处理对上河和新建2个试验地烟叶物理特性影响不相一致, 降低了上河烟叶的叶质重和单叶重, 使其更接近适宜水平(中部叶单叶重在10～12 g, 叶质重在70～80 g/m2较为适宜), 而新建烟叶却表现出相反的变化趋势。使用生物炭后, 2个试验点烟叶的填充值和抗张强度均表现出增加趋势, 而含梗率不受影响。

3 小结

生物炭作为土壤改良剂具有保水保肥能力, 在洛阳烟区试验发现, 生物炭对烟叶生育前期即伸根期和旺长期生长发育影响不明显, 但可促进采烤期烟株生长。洛阳烟区每株烟穴施10～30 g生物炭对烟草产量和产值具有较好的作用效果。烟草需肥规律是“少时富, 老来贫”, 因此对于后期氮肥供应能力强的烟地, 在施用生物炭时应慎重, 或者同时减少化学氮肥使用量, 以避免烟株后期贪青晚熟、采烤难度增大, 对于保水保肥能力较差的贫瘠土壤可以适当增施生物炭, 保证烟株后期生长营养供应和质量形成。

表4 不同生物炭用量的烟叶物理特性(C3F)

[1] 何绪生, 耿增超, 佘雕, 等. 生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J]. 农业工程学报, 2011, 27(2): 1–7.

[2] Gaskin J W, Steiner C, Harris K, et al. Effects of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use [J]. Transactions of the ASABE, 2008, 51(6): 2 061–2 069.

[3] Liang B, Lehmann J, Solomon D, et al. Black carbon increases cation exchange capacity in soils [J]. Soil Sci Soc Am J, 2006, 70(5): 1 719–1 730.

[4] 陈温福, 张伟明, 孟军, 等. 生物炭应用技术研究[J]. 中国工程科学, 2011, 13(02): 83–89.

[5] 高德才, 张蕾, 刘强, 等. 旱地土壤施用生物炭减少土壤氮损失及提高氮素利用率[J]. 农业工程学报, 2014, 30(6): 54–61.

[6] Uzoma K C, Inoue M, Andry H, et al. Nishihara E.Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition [J]. Soil Use and Management, 2011, 27(2): 205–212.

[7] 刘世杰, 窦森. 黑碳对玉米生长和土壤养分吸收与淋失的影响[J]. 水土保持学报, 2009, 23(1): 79–82.

[8] 卜巧珍. 生物炭对石灰土理化性质和作物生长的影响[D]. 南宁: 广西师范大学, 2014.

[9] 李强, 庄舜尧, 王晋, 等. 不同生物炭对安徽宣城旱地红壤氮矿化的影响[J]. 土壤, 2015, 47(4): 641–646.

[10] 赵殿峰, 徐静, 罗璇, 等.生物炭对土壤养分、烤烟生长以及烟叶化学成分的影响[J]. 西北农业学报, 2014, 23(3): 85–92.

[11] 朱盼, 应介官, 彭抒昂, 等. 生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草苗期生长影响的差异[J]. 农业资源与环境学报, 2015, 32(6): 590–595.

[12] 刘新源, 刘国顺, 刘宏恩, 等. 生物炭施用量对烟叶生长、产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2014, 43(2): 58–62.

[13] 陈敏, 杜相革. 生物炭对土壤特性及烟草产量和品质的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2015(1): 80–83.

[14] YC/T 142-2010, 烟草农艺性状调查测量方法[S].

[15] 韩富根, 赵铭钦. 烟草品质分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2013: 21–158, 187–196.

(责任编校:刘刚毅)

The effects of biochar on the growth and quality of flue-cured tobacco

Zhang Han1, Zhao Shimin2, Liu Zhanqing1, Ye Hongchao2, Wang Hui2, Li Jianfen1, Yin Quanyu3

(1. Ruyang County Branch, Luoyang Tobacco Company, Ruyang 471200, China; 2. Technology Center, Luoyang Tobacco Company, Luoyang 471200, China; 3. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

By field experiment, the application effects of biological carbon on tobacco plant growth, economic characters, the physical properties and chemical components of tobacco leaves were studied in Luoyang area. The results show that: (1) the plant height increases by 11.81 cm, and the stem girth increases by 0.74 cm, The number of harvested leaves increase by 2 numbers after transplanting 120 d, and the growth period of tobacco plant is delayed for 6～17 days. (2) with the application of biological carbon, the average price of tobacco leaves increase 1.10 yuan /kg, the proportion of high class leaves increase by 3.39%, and the production value increased by 1 919.25 yuan per hectare. (3) application of biological carbon can significantly increase the contents of potassium and nicotine in tobacco leaves, and increase the filling power and elasticity of tobacco leaves, single leaf weight and unit leaf area weight also changed.

biological carbon; tobacco; growth; chemical component; physical property

10.3969/j.issn.1672–6146.2017.01.010

S 572

A

1672–6146(2017)01–0044–05

殷全玉, quanyuy@126.com; 张涵, ry-sck@126.com。

2016–04–27

河南省科技攻关项目(132102110199); 洛阳市烟草公司项目(LYKJ201404)。