添加有机肥与生物炭对烤烟生长发育及其产质量的影响

吕大树　李子绅　郭泽　张亚恒　夏阳　杨雨波　许洪庆　欧阳毅　王英锋　张力元　娄元非　曾荣　代晓燕

摘要：采用田间小区试验法，以中烟100为材料，依据有机无机肥配比和添加生物炭设置5种处理方式进行试验。结果表明：与单施化肥对照相比，有机无机肥配比处理可以改善烟株的植物学性状和农艺性状指标，降低烟株的发病率，改善烤后烟叶物理性状，促进内在化学成分更加协调，提高烤后烟叶中性致香物质含量和经济效益;在有机无机肥配比基础上添加生物炭处理更有利于促进烟株生长发育和提高烤后烟叶产质量。与对照相比，40%化肥+60%有机肥+生物炭处理的烤后烟钾含量增加20.16%，中性致香物质含量增加10.61%，产量和产值分别显著提高37.56%和68.61%。本试验条件下，40%化肥+60%有机肥+生物炭为最佳配比处理。

关键词：有机肥;生物炭;烤烟;生长发育;产质量

中图分类号：S572.062文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）11-0103-06

Effects of Adding Organic Manure and Biochar on

Growth， Yield and Quality of Flue-Cured Tobacco

Lü Dashu1， Li Zishen2， Guo Ze2， Zhang Yaheng1， Xia Yang3， Yang Yubo1，Xu Hongqing1，

Ouyang Yi1， Wang Yingfeng2， Zhang Liyuan1， Lou Yuanfei1，

Zeng Rong1， Dai Xiaoyan2

（1. Guizhou Province China Tobacco Co.， Ltd.， Guiyang 550003， China;

2. Tobacco Institute， Henan Agricultural University/Key Laboratory of Tobacco

Cultivation in Tobacco Industry， Zhengzhou 450002， China;

3. Pingdingshan Tobacco Company of Henan Province， Pingdingshan 467000， China）

Abstract In this study， Zhongyan 100 was as the research material， and five treatments were designed according to the proportion of organic and inorganic fertilizers and the addition of biochar. The results showed that compared with the control treatment， the organic fertilizer combined with chemical fertilizer could improve the botanical and agronomic characters of tobacco plants， reduce the incidence， improve the physical properties of cured tobacco leaves， promote the coordination of intrinsic chemical components， and increase neutral aroma content and economic benefit. The addition of biochar on the basis of organic and inorganic fertilizer could promote the growth and development of tobacco plants and improve the yield and quality of flue-cured tobacco leaves. Compared with the control， the potassium content increased by 20.16%， the neutral aroma content increased by 10.61%， and the yield and output value significantly increased by 37.56% and 68.61% respectively under 40% fertilizer+60% organic fertilizer+biochar treatment. Under the conditions of this experiment， 40% fertilizer+60% organic fertilizer + biochar was the best treatment.

Keywords Organic fertilizer; Biochar; Flue-cured tobacco;Growth and development; Yield and quality

目前，我国农业生产中大量使用化肥、农药，不仅杀死了土壤中的有益微生物，对农作物品质亦产生不良影响，破坏了原有的生态平衡，这种掠夺性的农业增长方式，已成为污染环境、破坏生态、耗竭资源的重要源头[1]。优质土壤是烟草良好生长的基础，也是保证烟草质量和产量的关键。长期使用化肥影响土壤肥力和物理结构，且烟株利用化肥有效率较低，造成资源浪费和污染，并且加重了生产成本。目前研究表明，有机肥因其自身特点，含有大量有益微生物的营养元素，在解决土壤退化、土地污染等問题上表现优异[2]。同时也对有效调高土壤中的微生物养分，改善土壤孔隙度，提高土壤通透性等具有明显的效果[3]。

生物炭是生物质在限氧条件下经过热裂解炭化后形成的富含碳元素、具有多孔的产物，有良好的孔隙结构和较大的比表面积[4-6]。研究表明，施用生物炭能够有效地促进烤烟根系的生长发育，优化根系生理指标[7]，对改善土壤化学性质有一定作用，可以提高土壤养分含量;连续多年施用生物炭可以提高土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳以及闭蓄态颗粒有机碳含量等[8，9]。近年来，关于有机无机肥配比和施用生物炭的试验对改善土壤结构、土壤肥力和烟株生长发育的单方面研究已经有较多报道[10，11]，但关于河南叶县烟区不同有机肥配合和添加生物炭处理的施肥方式对烤烟生长发育及其产质量的研究鲜有报道。本试验在前人有机无机肥配比研究基础上，继续深入研究添加生物炭后对烤烟生长发育及其产质量的影响，以期为进一步筛选出适合河南叶县烟区烤烟生产的施肥方式提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验于2018年在河南省平顶山市叶县夏李乡曹王村进行。试验地土壤类型为潮土，质地为砂壤，耕层土壤基础肥力为有机质10.4 g/kg，全氮0.6 g/kg，速效磷24.4 mg/kg，速效钾113.4 mg/kg，pH值4.8。前茬作物为烤烟。

供试烤烟品种为中烟100。供试复合肥配比为N∶P∶K=8∶12∶20，钾肥为硫酸钾（含K2O 50%）。商品有机肥为腐熟芝麻饼肥，全氮含量57.08 g/kg、全磷（P2O5）26.15 g/kg、全钾（K2O）14.29 g/kg。生物质炭（以花生壳为原料，在500℃高温厌氧条件下热解4 h）为河南三利新能源公司生产，有机碳含量647.16 g/kg，C/N为42.52，pH值8.2。

1.2 试验方法

试验共设5个处理： 100%化肥（CK）;60%化肥+40%有机肥（T1）;60%化肥+40%有机肥+生物质炭（T2）;40%化肥+60%有机肥（T3）;40%化肥+60%有机肥+生物质炭（T4）。随机区组排列，重复3次，小区面积为66.7 m2。各处理有机无机肥比例是芝麻饼肥氮含量和无机化肥氮含量比例，总用氮量为60 kg/hm2，生物炭施用量600 kg/hm2，烟苗起垄种植，行距 1.0 m，株距 0.5 m。田间管理按照优质烟生产标准进行。所有处理均在冬前起垄时撒施农家肥。4月中下旬将按氧化钾计算出的硫酸钾用量和100%磷肥、复合肥以及发酵后的饼肥作基肥于移栽前穴施。氮肥施用比例为基肥与追肥比例为5∶3。

1.3 样品的采集与测定

（1）主要植物学性状调查：于移栽后50 d对各处理烟株的株型、叶形、叶面、叶色、茎叶角度、主脉粗细、田间整齐度和大田长势，按照吴兴富等[12]的方法进行调查。

（2）按照（YC/T 39—1996）对各处理的气候斑、普通花叶病、根黑腐病、马铃薯Y病毒和赤星病进行调查，计算发病率[13]。

（3）农艺性状：参照YC/T142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》，在团棵期和现蕾期调查各小区烤烟农艺性状。每小区固定取15株烟进行测量，主要测量株高，有效叶片数、最大叶长和叶宽等指标[14]。

（4）烟叶物理特性测定：选取具有代表性C3F烟叶，根据文献[15]的方法测定烟叶开片度、含梗率、单叶重、平衡含水率等指标。烟叶开片度（%）=（叶片宽度/叶片长度）×100。

（5）烟叶化学成分的测定：烤后烟叶中常规化学成分采用 AAⅢ型连续流动化学分析仪（德国 BRAN+LUEBBE公司生产）测定[16]。

（6）中性致香成分测定：在500 mL圓底烧瓶中加入10.000 g烟样（45℃烘干后磨碎，过 100 目筛），1.0 g 柠檬酸，500 μL 内标（0.37 g/L硝基苯），再加入350 mL蒸馏水。安装蒸馏萃取装置，从冷凝管上方加入40 mL 二氯甲烷于 250 mL烧瓶中，待开始沸腾时进行蒸馏萃取，出现分层开始计时。2.5 h后，收集250 mL烧瓶中的有机相，加入10 g无水硫酸钠摇匀至溶液澄清，放置过夜，转移有机相到鸡心瓶，水浴浓缩有机相至1 mL左右，转入色谱瓶中，用GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性，待进样分析。采用美国陶润公司生产的HP5890II-5972气质联用仪对烤后烟叶样品进行中性致香成分定性分析。

（7）产量及分级：分区挂牌烘烤，烤后将中上部叶按照烤烟分级标准[17]进行分级，并统计每小区烟叶产量、均价、中上等烟和下等烟比例。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0以及Microsoft Excel 2016软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株生长发育的影响

2.1.1 不同处理对烟株植物学性状的影响 由表1看出，各处理的株型均为筒形，株型较好;CK和T3处理的叶面较皱，而其余处理的叶面均较平;从茎叶角度来看，T3处理的茎叶角度明显大于其它处理，表现为T3>T4>T2>CK>T1;T3和T4处理的叶形、叶色、主脉粗细和田间整齐度均区别于其它处理，且叶色为深绿，主脉较粗，田间整齐度更为整齐，说明40%化肥+60%有机肥处理及其添加生物炭的处理可以改善烟株的植物学性状，促进烟株的生长发育。

2.1.2 不同处理对烟株发病率的影响 由表2看出，各处理的气候斑发病率均在6%以上，其中T3和T4处理的发病率相对较低，表现为T1>CK>T2>T3>T4;T4处理的花叶病和马铃薯Y病毒的发病率相对较低，说明40%化肥+60%有机肥+生物炭处理可以降低烟株发病率。T1、T2、T3和T4处理的综合发病率较CK处理分别降低3.89%、10.36%、24.18%和33.16%，可见通过有机无机肥配比和添加生物炭处理可以有效降低烟株发病率，提高其抗病性。

2.1.3 不同处理对烟株农艺性状的影响 由表3看出，各处理烟株的农艺性状指标随着生育期的延长呈上升趋势，增幅因处理不同而异。团棵期：T4处理株高与CK相比增加59.80%，差异达显著水平;T1、T2和T3处理株高无明显变化;T1、T2和T4处理叶面积显著高于CK，可见团棵期40%化肥+60%有机肥+生物质炭处理可以显著提高烟株的株高和叶面积。现蕾期：T4处理株高、茎围和叶面积显著高于CK，其中CK、T1和T2处理株高和茎围并无显著差异，可见在总氮量不变的情况下，施用40%有机肥对烟株的株高和茎围并无显著影响;而T4处理在整个生育阶段的农艺性状指标均优于其它处理，可见有机肥在土壤中被分解，可连续不断提供养分。

2.2 不同处理对烤后烟叶产质量的影响

2.2.1 不同处理对烤后烟叶物理性状的影响 由表4可知，不同处理烤烟物理性状差异较大，T2和T4处理的开片度和平衡含水率显著高于CK，而含梗率分别较CK降低2.81%和10.44%，且差异显著，可见在有机无机肥配比情况下，添加生物炭处理可以明显改善烤后烟叶物理性状。就单叶重而言，T2处理显著高于T1处理，T4处理显著高于T3处理，说明生物炭对烤后烟叶的单叶重起到明显作用。从整体可以看出，T4处理的开片度、单叶重、叶质重和平衡含水率明显高于其它处理，含梗率却低于其它处理，表明40%化肥+60%有机肥+生物炭处理可以更有效地改善烤后烟叶物理性状指标。

2.2.2 不同处理对烤后烟叶常规化学成分的影响 根据中国烟草种植区划研究报告和上海烟草集团有限责任公司烟叶原料评级体系[18]中烤后烟叶主要化学成分适宜范围的评价标准（烟碱2.0%～2.8%，总氮1.9%～2.5%，还原糖18.0%～24.0%，糖碱比8.0～10.0，钾氯比>4，氮碱比0.95～1.05），分析了试验烤后中上部叶的主要内在化学成分（表5）。从总糖、还原糖成分分析，T3和T4处理的还原糖成分符合标准，且显著高于CK，可见40%化肥+60%有机肥处理可以明显提高烤后烟叶还原糖含量;各处理烟碱含量均处在标准范围之内，CK、T1、T2处理的烟碱含量显著高于T3、T4处理，表现为T2>CK>T1>T3>T4;烤后烟叶中钾含量4个处理均显著高于CK，可见通过有机肥配施处理的烤后烟叶钾含量得到明显提升;T4处理钾含量分别比CK及T2提高20.16%、8.76%，且差异显著。可见40%化肥+60%有机肥更能提高烟叶中的钾含量。从钾氯比看，T1、T3和T4的钾氯比大于4，提高了烟叶的燃烧性。

2.2.3 不同处理对烤后烟叶中性致香物质含量的影响 如表6所示，不同有机无机肥配比处理也明显影响到烤后烟叶的中性致香物质含量，且不同处理表现规律各有不同。有机无机肥配比处理的棕色化降解产物中糠醛含量明显高于CK，表现为T4>T3>T2>T1>CK，新植二烯含量也有相同的规律表现，可见有机无机肥配比处理能够有效提高烤后烟叶中棕色化降解产物和新植二烯含量。从香气成分看，T1—T4处理的香气含量分别较CK增加1.50%、4.38%、5.66%、10.61%，T3和T4处理香气含量相对较高。可见40%化肥+60%有机肥处理能较好地提高烤后烟中性致香物质含量，添加生物炭处理更有利提高中性致香物质含量。

2.2.4 不同处理对烤后烟叶产质量的影响 由表7可知，不同有机无机肥配比处理的烟叶产量、产值、均价和中上等烟比例均显著高于CK，总体表现为T4>T3>T2>T1>CK。其中，T4处理的烟叶产量和产值与CK相比分别增加37.56%和68.61%，显著高于其它处理;T3、T4处理的烟叶均价和中上等烟比例无显著差异但均显著高于CK。可见40%化肥+60%有机肥及其添加生物炭处理可以显著提高烤后烟叶的经济产量，增加烟农收益。

3 讨论

土壤养分含量直接关系作物的生长发育，其中氮素在作物整个生育期中起着重要的作用，是所有矿质元素的核心，被称为生命元素[19]。在施氮量相同的情况下，施用无机氮肥将会导致土壤中氮素后期供应不足，烟株生长发育停滞，不利于烤后烟叶的品质和产量。罗建新等[20]研究表明，有机肥对烤烟的最大叶面积有不同程度的促进作用，可以增加烟株的有效叶数。胡征[21，22]研究表明，有机无机配合施用可以增加烟株的株高，增大茎围及叶面积，增多有效叶数，促进烟株的生长。本试验结果表明，有机肥与无机肥配合施用，可以改善烟株的植物学性状和农艺性状，降低烟株发病率，这与前人的研究结果一致。这是由于有机肥具有提高土壤保水保熵的作用，有利于烟株根系更好地从土壤中吸收水分和養分，从而促进烟株的生长。有机肥能够改善土壤结构，提高有机质含量。相同氮素含量前提下，施用有机肥的土壤中微生物活性以及种群优势得到极大地提高[23]。这是因为有机肥可以为微生物提供必需的营养和适宜生存繁殖的环境，与此同时微生物分泌大量活性物质，如IAA、GA、CTK等[24，25]。生物炭的施用可以更有效地吸附土壤中作物所需营养元素，防止肥料的淋溶损失，而达到缓慢释放的效果。

已有研究表明，有机肥可以促进烤烟生长发育，增强生理代谢，增加烟叶香气以及钾含量，从而提高烟叶产量和上等烟比例，其效果显著优于施纯化肥的处理[26]。烟叶实际生产中施用有机肥可以有效改善烟叶品质，有机肥能够协调烟叶化学成分，使得内在品质得以提高，尤其是对钾含量的提高效果明显[27]。本试验结果表明，有机无机肥配合施用提高中部叶钾素含量及钾氯比，增加其燃烧性;中性致香物质含量明显升高，烟叶经济效益明显增加，这与前人研究结果一致。40%无机肥+60%有机肥+生物炭处理更好地发挥饼肥和生物炭的特性，使烟叶的品质得到提升。

4 结论

40%化肥+60%有机肥处理可以明显改善烟株的农艺性状和植物学性状，降低烟株的发病率，改善烟叶的内在品质，提高中性致香物质含量和经济效益，且植烟土壤添加生物炭的处理效果最为明显。

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收稿日期：2019-07-12

基金项目：贵州省中烟有限责任公司科技项目（No.GZZY/KJ/JS/2015DY020-1）

作者简介：吕大树（1982—），男，河南驻马店人，硕士，助理农艺师，主要从事烟草栽培和质量评价研究。

通讯作者：代晓燕（1979—），女，博士，副教授，研究方向为烟草栽培生理与营养。E-mail：daixiaoy@163.com