生物炭和炭基肥在烟草农业的应用及展望

王成己 唐莉娜 胡忠良 李艳春 黄毅斌

(1福建省农业科学院农业生态研究所/农业农村部福州农业环境科学观测实验站，福建 福州 350013；2福建省烟草专卖局烟草科学研究所，福建 福州 350003；3福建省烟草公司三明市公司，福建 三明 365000；4福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建 福州 350013)

我国是世界烟草生产第一大国，烟草种植面积、总产量、卷烟产量及销售量均居世界首位。2018年我国烟草种植面积为1.06×106hm2，生产烟叶2.24×106t，产生烟秆约1.18×106t[1]。烟草是我国重要的经济作物，烟叶提质增效及绿色清洁生产已成为近年来烟草行业关注的焦点[2]。然而，烟草连作、长期施用化肥严重破坏了土壤结构，导致烟田土壤养分比例失衡[3]、微生物群落结构发生改变[4-6]、烟株抵御病虫能力下降[7]，严重影响烟草生长发育及产质量形成[8]，最终导致烟叶品质下降[9]。当前，我国烟叶品质普遍较低，表现为烟碱含量偏高、钾含量偏低[10-11]。不合理的种植制度、栽培方式和施肥模式，尤其是对化肥的过度依赖，对烟叶产量和品质造成重大影响[12-13]。传统的农艺措施虽然取得了一些进展，但仍无法解决烟叶产量和品质下降以及烟草连作障碍等生产瓶颈问题。在烟草及其制品实行绿色清洁生产的趋势下，科研人员正致力于寻找更有效的解决方法，以促进烟草农业绿色发展。近年来，生物炭和生物炭基肥(以下简称炭基肥)引起科研人员的广泛关注。生物炭基产品独特的物理、化学及生物学特性使其在农业及环境领域得到了广泛应用，并已取得积极的正效应[14-18]。本文分析了生物炭和炭基肥的制备方法及其功能特性，综述了生物炭和炭基肥对烟田土壤质量、烟草生长和烟叶品质、烟草土传病害的影响，并展望了生物炭和炭基肥未来的研究方向，以期为生物炭和炭基肥在烟草农业上的合理应用提供科学依据。

1 生物炭的制备及其特性

1.1 生物炭的制备

生物炭(biochar，又称生物质炭，生物黑炭等)是生物质材料在缺氧或少氧条件下热裂解产生的芳香化富碳固体物质[19]。生物质热裂解系统主要由原料处理模块、炭化窑核心模块和产物分离产出模块三部分组成[20](图1)，不同材料和炭化条件制备的生物炭，其性质和施用效应存在差异。生物炭制备原料来源广泛。邱良祝等[21]基于402 篇文献、1 763 组数据的统计分析表明(表1)，林木、农作物残余物、草本植物是生物炭制备的重要原料；虽然林木炭所占比例逐年减少，但其占比依然最大；另外，对污泥炭的研究频率逐年升高。依据温度和时间，生物炭制备方法分为快速、慢速、闪速、湿法、微波加热热解等。慢速热解温度较低、时间较长，可通过优化热解条件来增加生物炭产率，是生物炭制备的常用方法[22]。数据统计分析表明，生物质炭化温度总体为200～1 000℃，其中300～700℃占91.40%，而400～500℃和500～600℃的比例分别为28.60%和21.70%，说明生物质适宜炭化温度为400～600℃[21]。

表1 生物炭制备原料来源分布Table 1 Frequency distribution of biochars feedstocks /%

1.2 生物炭的基本特征及理化性质

生物炭含有C、H、O、N 等元素，同时含有较高含量的P、K、Ca、Mg 等元素[19]。生物炭由无定形碳、芳香族碳和灰分等组成[23]，各组分碳含量与生物炭热解条件(温度和时间)相关[24]。生物质材料在较低热解温度时产生无定形碳，较高温度则产生芳香族碳，热解过程中同时产生矿物质灰分。生物炭的基本特征因生物质材料、热解温度和时间不同而有所差异。研究表明，木本植物源生物炭含碳量较高、矿质养分较少，而畜禽粪便及草本植物源生物炭含碳量较低，矿质养分却较多[25]。热解温度决定热解过程中碳的损失，不同温度下热解炭化同种生物质原料，其产物的理化性质也存在显著差异[26]。此外，生物炭具有优于其原料的理化特性及热稳定性。

1.2.1 物理特性 热解炭化形成的生物炭保留了生物质原料的孔隙结构。生物炭的微观孔隙结构是生物炭具有较大比表面积和较高吸附性能的原因之一，也是生物炭吸附养分、蓄养水分及微生物栖息的空间场所[27]。邱良祝等[21]基于大样本的统计分析表明，生物炭灰分含量为7.84%～63.30%(林木炭最低，污泥炭最高)、比表面积为28.20～164.40 m2·g-1(污泥炭最低，林木炭最高)。生物质原料及其裂解方式和条件显著影响生物炭比表面积，在一定温度范围内，随着裂解温度升高，生物炭比表面积增加[28]；王娜等[29]对3 种生物炭孔径的研究表明，木薯秆炭平均孔径(12.08 μm)最大，其次为水稻秆炭(4.26 μm)，芦苇秆炭(2.53 μm)最小。生物炭孔径大小决定其对重金属离子的吸附性能[30]。

1.2.2 化学特性 研究表明，生物质炭化后可改变其pH 值、阳离子交换量(cation exchange capacity，CEC)和碳氮比(C/N)[31-32]。邱良祝等[21]基于6 种原料生物炭的大样本统计分析表明，生物炭pH 值为8.20～9.50(林木炭最低，畜禽粪便炭最高)、CEC 为20.90～98.60 cmol·kg-1(林木炭最低，草炭最高)、总有机碳含量为25.20%～72.60%(污泥炭最低，林木炭最高)、总氮含量为0.60%～2.70%(林木炭最低，二次废物最高)、总磷含量为0.40%～3.00%(林木炭和草炭最低，污泥炭最高)、总钾含量为0.70%～3.30%(林木炭最低，农作物炭最高)。生物炭化学性质与其生物质原料及热解条件(如时间和温度)密切相关[24]，pH 值随热解温度和热解时间的提高而升高[33]，而CEC 则随热解温度升高而降低[23]。与生物质原料相比，生物炭CEC 变小[34-35]，但生物炭施入土壤后表面官能团被氧化，可使其CEC 升高[31]。另外，不同原料所制备生物炭的C/N 不同，其中园林垃圾所制备生物炭的C/N 最高，豆科作物炭次之，水稻和玉米秸秆炭最低[36]。综上所述，农作物秸秆炭的物理性质和养分性质均表现中等，结合我国农作物秸秆资源状况，农作物残余物可作为大规模生产生物炭的原料。

1.2.3 热稳定性 生物炭具有环状结构以及羟基、酚基、羧基等官能团，其热力学及生化稳定性均高于其原料。研究表明，热解温度对生物炭稳定性具有决定性作用，随着生物炭热解温度的升高，生物炭H/C 和O/C 降低，羟基、羧基和羰基等含氧官能团含量减少，烷基链趋于芳香化，生物炭的芳香性增强，抗氧化稳定性增加[37-39]。Lehmann 等[40]研究指出，生物炭在土壤中的稳定性在很大程度上取决于其抗化学氧化能力，可通过快速分析生物炭化学氧化性来评估生物炭在土壤中的稳定性。生物炭中的官能团可与土壤矿物结合形成有机无机复合体，增加生物炭的稳定性，使生物炭免受土壤微生物氧化降解[41]，这是生物炭具有碳封存作用以及其能减缓温室效应的理论依据，也为缓释型生物炭基肥的研发提供了理论和技术支撑。生物炭含有的羧基、羟基等含氧官能团及表面负电荷赋予了其改良土壤质量的巨大潜力[42]。

1.3 生物炭改性

尽管生物炭具有较多优点，但仍存在不足之处。随着人们对生物炭认识及开发的不断深入，生物炭改性及应用已成为当前的研究热点[43]。生物炭改性主要是以物理、化学及生物学方法制备功能性生物炭，通过改善生物炭物理、化学和生物特性，活化生物炭表面性质，强化其功能[44]。研究表明，改性后的生物炭对污染物的修复效果更好[45]，对土壤有机碳含量提升幅度更大[46]，对富营养化水体中磷的去除能力更强[47]，具有更高的CO2捕获能力[48]。改性生物炭在污染环境治理、土壤肥力提升及应对气候变化等方面具有巨大的应用潜力。

2 炭基肥的制备及其功能

炭基肥是利用特定方法将生物炭与普通肥料通过一定比例混合制成的具有缓/控释性能的新型功能型生态肥料。炭基肥制备工艺包括掺混法、吸附法、包膜法和混合造粒法等，其中掺混法、吸附法和包膜法生产的炭基肥为细粉状颗粒，灰分含量较高，不方便运输，直接施用时易造成粉尘污染，而混合造粒法(分为挤压法和团粒法)可有效解决上述问题，该方法操作简便、生产效率高，是目前炭基肥的主要生产方式[49-50]。原鲁明等[50]归纳整理了典型炭基肥配方及成型工艺，如表2所示，根据原料组成，炭基肥分为炭基有机肥、炭基无机肥、炭基有机无机复合肥等；从原料配比来看，生物炭还具备改善土壤结构、钝化土壤重金属、吸附养分等功能，因此炭基肥产品中生物炭的添加量要依据各自不同的功能进行合理配比，目前的炭基肥产品中生物炭的添加比例一般在20%～60%之间。研究表明，不同制备工艺生产的炭基肥其作用机制存在差异，采用反应型和吸附型工艺制备的炭基氮肥呈现不同的养分吸持机制，反应型工艺制备的炭基氮肥养分控释效果优于吸附型工艺制备的炭基氮肥[27]。

炭基肥兼有惰性和活性的有机质，生物炭的固定态有机质碳架起载体作用，实现了炭质-矿物质-化肥养分的团聚体结合，延缓了化肥的快速溶解释放，提高了养分的缓效性，从而显著减少化肥用量[20]。炭基肥能有效吸附作物生长必需的营养元素，维护土壤微生态平衡，提高根系和土壤活性[51-52]。炭基肥弥补了生物炭养分不足、消耗量大等问题，同时也可减少化肥用量、改善土壤微生态环境并能提高养分利用率和作物品质[53-54]。根据不同用途，业界相继开发出包膜炭基肥[55]、炭基氮肥[27]和炭基钾肥[56]，并已在北方壤土、砂土麦田和南方烟田进行应用。

作为我国重要的经济作物，烟草长期连作、有机肥施用不足、过量施用化肥易造成土壤质量下降、碳氮营养失衡、土壤生物活性降低、烟草土传病害加重等情况，严重威胁优质烟草生产。因此，将烟秆炭化直接还田或者制备成炭基肥用于烟田，既促进了烟秆资源化利用，也有利于土壤改良和烟叶提质增效，是实现烟田清洁生产的双赢途径。另外，由于烟草具有喜钾特性，因此在生产上可开发高钾炭基肥。

研究表明，炭基肥比生物炭直接还田具有更为稳定的正调控效应[57-58]。基于炭基肥在土壤改良、作物提质增效等方面的优良特性，有必要进一步研究炭基肥替代化肥的效果。在国家“一控两减三基本”政策背景下，炭基肥施用成为我国烟区化肥减施增效的重要技术手段，对促进烟草农业绿色健康发展具有重要的现实意义。但是，炭基肥成本偏高问题是应用推广的一大障碍。因此，还应开发新技术新工艺来降低炭基肥成本。

表2 典型炭基肥配方及成型工艺(依据文献[50]，有改动)Table 2 Formulations and molding process of typical biochar-based fertilizer(Revised according to the reference[50])

3 生物炭及炭基肥对烟田土壤质量的影响

生物炭因具有原料来源广泛、比表面积大、孔隙发达、富含碳素、官能团丰富、结构稳定、吸附能力强等特点，在土壤改良、固碳减排、土壤微生境调控、污染物去除等方面具有广泛用途[43，70]。炭基肥融合了生物炭与肥料各自的优点，同时具有优于其构成组分的特性，可缓慢释放养分、持久保持肥效，持续改善土壤环境，促进作物生长、稳产或增产。生物炭及炭基肥主要从土壤理化性质、土壤养分、烟田温室气体减排、土壤微生物及酶活性等方面对烟田土壤质量产生影响。

3.1 对土壤理化性质的影响

研究表明，施用生物炭和炭基肥可有效改善土壤理化性质。生物炭可降低黄灰土烟田土壤容重、改变土壤三相比[71]，增加黄壤烟田田间持水量、土壤孔隙度及透气性[72]，提高土壤pH 值、土壤导电率、团聚体稳定性[73]，提升土壤有机碳含量和养分有效性[74-76]，促进土壤阳离子交换[70]。生物炭对土壤理化性质的影响与土壤类型、生物炭种类、制备工艺以及施用量和施用方式有关[24，51]。因此，在生产中要根据实际情况选择合适的生物炭类型及用量。

3.2 对土壤养分的影响

阎海涛[77]研究表明，生物炭在增加植烟褐土有机碳、氮的同时减少了土壤可溶性有机碳、氮的淋失，且土壤总有机碳、全氮、微生物生物量碳、氮含量均随着生物炭施用量增加而提高。陈懿等[78]研究表明，施用炭基肥可以显著提升植烟黄壤pH 值、有效磷和速效钾含量，并能提高肥料农学利用率，增加土壤细菌、放线菌和真菌数量，提高土壤脲酶和过氧化氢酶活性。张志浩[79]研究表明，施用炭基肥(1.5 t·hm-2) 后暗棕土、褐土和水稻土植烟土壤碱解氮含量分别比对照(未添加炭基肥) 增加15.82%、23.56%和12.73%，同时显著改变了3 种类型植烟土壤的微生物群落结构。李文渊[80]研究表明，施用高碳炭基肥料可提高中后期植烟土壤速效钾含量、土壤微生物量碳、氮含量，显著增加土壤中易溶性营养物质，并使土壤蔗糖酶活性维持在较高水平，促进中后期烟株生长。相对于单独施用生物炭，炭基肥赋予肥料养分缓释性，提高了肥料利用率，可以持续改善土壤养分比例及结构[51]。

3.3 对烟田温室气体排放的影响

近年来，研究人员在生物炭和炭基肥固碳减排方面做了大量工作，而其用于烟田固碳减排的研究相对较少。阎海涛[77]研究表明，大田条施1、2、4 t·hm-2生物炭时，其植烟土壤碳库管理指数分别比对照(未施生物炭)提高18%、22%和34%。李亚森[81]研究表明，生物炭施用显著提高了植烟土壤碳库指数，而中、低剂量生物炭更有利于提高碳源利用率，其中，中剂量减排效果最优，建议最佳土壤固碳减排生物炭施用量为每年15 t·hm-2。Huang 等[82]对烟稻轮作田温室气体排放的研究表明，生物炭可显著降低稻田甲烷(CH4)排放，在较高施用量条件下有降低烟田氧化亚氮(N2O)排放的趋势，进一步分析表明土壤温室气体排放与生物炭对非根际微生物的影响密切相关。

生物炭稳定性较强，是长期存在于土壤中的“碳汇”，对土壤CH4和N2O 排放有重要影响[83]。土壤CH4排放是产甲烷菌和甲烷氧化菌平衡作用的结果[84]。生物炭通过影响土壤pH 值、有机质含量、氧化还原电位、氮素形态、透气性及土壤温湿度等理化性质来改变产甲烷菌和甲烷氧化菌的活性及种群丰度，进而影响CH4排放[85-87]；同时，生物炭的疏松多孔结构和较大的比表面积有助于土壤吸收CH4，可为甲烷氧化菌提供碳源，促进土壤CH4氧化，减少CH4向大气排放[88]。另外，有研究表明，生物炭可通过影响土壤孔隙度、pH 值、质地、透气性等理化性质降低反硝化菌及其酶活性或增强氧化亚氮还原酶活性来抑制N2O排放[89-91]。目前生物炭和炭基肥施用对烟田土壤CH4和N2O 排放的影响机制研究还不够深入，还需进一步研究。

3.4 对土壤微生物的影响

微生物是土壤生态系统的重要组成部分，具有支撑土壤肥力、促进生态系统物质循环和能量流动的作用[92]，在维系土壤结构、保育土壤肥力等方面具有不可替代的作用[93]。生物炭对微生物的影响主要体现在两方面:一是生物炭的多孔微观结构和巨大的比表面积为微生物提供了适宜的生境[31]，二是生物炭可通过吸附养分或改良土壤间接影响微生物群落[94]。研究表明，生物炭在改善植烟土壤微生态、调控烤烟生理特性方面具有积极效应[72]，可改善植烟土壤细菌群落多样性及组成[95]，提高根际土壤细菌多样性和分布均匀程度[96]，促进土壤有益微生物生长[97]。而炭基肥对土壤微生物群落的影响与生物炭存在差异，其主要通过丰富土壤氮磷钾、有机质、水分等微生物生长因子，协同提升土壤环境中细菌生长，提高土壤微生物群落的多样性[98-99]。另外，生物炭可通过影响土壤环境来驱动土壤微生物群落的生态演替，进一步分析土壤理化性质与真菌群落结果的关系发现，土壤水溶性有机碳、pH 值和含水率对土壤真菌群落结构的影响最大[77]。因此，通过优化改进施肥措施来改善植烟土壤微生物群落结构、培肥烟田土壤，对实现烤烟优质生产具有重要的现实意义。

3.5 对土壤酶活性的影响

土壤酶来自生物的活体或残体，是土壤生物学活性的重要组成部分，可以表征土壤肥力、物质转化、环境变化的动向和强度[100]。土壤蔗糖酶、土壤淀粉酶和土壤纤维素酶活性与微生物数量、土壤呼吸强度有关[101]。研究表明，施用生物炭有利于增加土壤蔗糖酶、脲酶活性和土壤微生物量碳含量，减少氮素流失[102]，但对土壤转化酶和多酚氧化酶活性无显著影响[103]。另有研究表明，生物炭对烤烟前期根际土壤转化酶和过氧化氢酶活性有抑制作用，但可以提高烤烟后期土壤酶活性、促进微生物生物量碳形成，说明生物炭施入土壤后对土壤-作物系统的作用具有一定的滞后性[104]。

万惠霞等[105]研究认为炭基肥刺激并增加了土壤细菌数量及其多样性，提高了土壤转化酶活性。潘全良等[106]研究表明，炭基肥对土壤蔗糖酶与土壤过氧化氢酶活性有抑制作用，而对土壤脲酶活性无明显影响。而陈懿等[78]研究显示，施用炭基肥可以提高土壤脲酶和过氧化氢酶活性，其中过氧化氢酶活性增幅达10.6%。生物炭和炭基肥对土壤酶活性产生复杂多变的效应，其原因在于:一方面生物炭吸附酶促反应的反应底物，促进酶促反应的进行，提高土壤酶活性；另一方面生物炭吸附保护酶促反应的结合位点，从而抑制酶促反应，降低酶活性[107]。

4 生物炭及炭基肥对烟草生长和烟叶品质的影响

4.1 对烟草生长和产量的影响

生物炭具有独特的理化特性及生化稳定性，在作物产量及品质提升方面具有较大的应用潜力。研究表明，生物炭可改善烟草株高、有效叶、最大叶长(宽)和茎围等农艺性状[108]，促进烟株生长、降低病毒病和赤星病发病率，提高烟草产量、产值及上等烟比例[109]。阎海涛[77]研究表明，施用生物炭各处理的烟株株高、茎围及叶面积最多分别比对照(未施生物炭) 高6.48%、4.00%和23.54%，条施2 t·hm-2生物炭烟株干物质积累量比对照高16.70%，烟草产量和经济效益分别比对照(未施生物炭)增加7.05%和15.76%。另外，与常规施肥相比，施用生物炭可增加烟草根际土壤含水量、根系活力及根冠比，提高叶片的光合性能[110]。但生物炭对烟草生长的作用具有滞后性，表现为生物炭抑制烟草前期生长，提高中后期烟叶叶绿素含量，并可显著促进烟草后期生长[111-112]；此外，田间试验表明，生物炭用量对烟草生长也具有明显影响，用量过大会抑制烟草早期生长，降低其干物质积累量[77]。因此，应考虑生物炭的肥效特性及烟草生长需肥规律，开展生物炭不同用量在不同立地条件烟区的应用效果研究。

炭基肥对作物生长及其产质量的影响与炭基肥种类、组分比例、施用量及方式密切相关，不同原料的炭基肥对同一作物的施用效应也存在差异[51]。研究表明，麦秸炭基肥可促进青椒根系生长，显著提高青椒产量，而稻壳和花生壳炭基肥虽可显著提升青椒品质，却对产量无显著影响[113]。李彩斌等[114]研究认为，与其他比例生物炭基肥处理相比，BCF15 处理(N∶P2O5∶K2O=9∶13∶22，生物炭比例为15%)烟田土壤脲酶和土壤硝酸还原酶活性最高，烟草叶绿素含量、类胡萝卜素含量、净光合速率和水分利用率最高，氮和钾积累量最大，经济性状表现最突出，认为BCF15 处理是贵州黄壤烟田炭基复混肥较适宜的配方。然而，由于生物炭制备或施用时可能会释放多环芳烃化合物、二噁英、酞酸酯以及向土壤中输入外源重金属，因此生物炭和炭基肥施入土壤后也可能会产生一些对土壤健康和烟草生长不利的负面作用，需要评估其潜在的生态环境风险[115]。

4.2 对烟叶品质的影响

生物炭对烟草生长发育、烟叶化学成分及其协调性、感官质量和产质量均有重要影响。施用生物炭增加了烟株干重和烟叶产量，但当生物炭施用量超过2 025 kg·hm-2时则会导致烟叶品质下降[116]。王成己等[117]研究发现，中低剂量生物炭处理有利于改善烟叶品质，中高剂量生物炭则有利于提高烟叶产量和产值，建议条施烟秆生物炭以每株0.4 kg 为宜。施用适量生物炭和炭基肥可提高烤后烟叶化学成分协调性，原因可能在于生物炭延长了烟叶成熟期、充分转化烟叶内在成分，提高了烟叶中石油醚提取物含量及烤后烟叶中致香物质总量[112，118-120]。研究表明，施用生物炭可显著增加烟株对磷和钾的吸收[121]。钾是烟草生长必需的营养元素，烟叶钾含量高低是衡量烟叶品质优劣的重要指标。植烟土壤施入富钾的生物炭可提高土壤中速效钾水平，使烟草富集吸收更多钾元素，从而提高烟叶品质。生物炭也可促进烟草碳氮(钾)代谢，提高中上部烟叶钾氯比以及中部烟叶总糖含量、还原糖含量、钾含量及糖碱比[122]。田间试验表明，85%常规施肥＋1.5 t·hm-2炭基肥可改善烟叶内在化学成分的协调性，增加中性致香物质，提高烟农的经济效益[123]。化肥配施炭醋肥料，减施20%化肥时烟草产质量仍高于常规施肥，说明生物炭与木醋液配合施用具有替代化肥的潜力[124]。另外，利用生物炭处理镉污染土壤，可增加烟叶中总糖、氮和钾含量、降低氯含量[125]。

5 生物炭及炭基肥对烟草土传病害的影响

烟草土传病害一直困扰着烟草农业的可持续发展，寻找解决土传病害的方法迫在眉睫。烟草土传病害成因复杂，但土传病病原菌与根际微生物之间的相互作用关系是决定烟株能否持续健康生长的关键因素[126-127]。因此，构建土壤营养、酸碱度、根际微生物与烟株生长的平衡体系，理清烟草土传病害发病情况与土壤理化性质及微生物区系的关系，是生物炭防控烟草土传病害的核心问题。

研究认为，生物炭防控土传病害的重要原因是其诱导了植物对病害的系统抗性，促进了植物体内抗性基因表达，而生物炭激发植物系统抗性的机理尚不明确，可能源自土壤微生物区系的改变[128]。陈懿等[72]研究表明，生物炭在改良植烟土壤微生态、调控烤烟生理特性方面具有积极效应。王成己等[129]提出生物炭防控烟草青枯病的物理化学及生物学机制，认为改善植烟土壤养分状况和微生物群落结构是生物炭防控烟草青枯病的重要机理。青枯病是毁灭性的土传病害，通过改善土壤微生物多样性以提高对羧酸类和聚合物类碳源的利用能力[130]，并增加土壤有益微生物，是提高土壤免疫力、增强土壤抵御土传病害能力的重要途径[131]。阎海涛[77]研究表明，烟田添加生物炭后烟株气候性斑点病和黑胫病发病率分别比对照降低17.26%～52.19%和9.01%～50.00%。烟草移栽时施用炭基肥可迅速提高烟株根围土壤有机碳含量、改善土壤微生态功能，有助于烟株吸收利用养分、促进根系发育并提高青枯病抗性[105]。另外，相关研究表明土壤有机碳的增加会提升根际微生物有益菌数量，抑制病原菌繁殖，减轻土传病害的发生，进而抑制烟草连作障碍[132-135]。

6 问题与展望

烟草是我国重要的经济作物，烟叶提质增效及绿色清洁生产是烟草农业绿色发展的必然趋势。烟秆炭化还田是实现烟秆资源化利用和环境友好发展的双赢途径。生物炭较大的比表面积、发达的孔隙结构、丰富的官能团、稳定的环状结构以及良好的吸附特性赋予其改良连作障碍烟田土壤、重建健康微生物生境的巨大潜力，这是炭基有机肥/有机无机复合肥施用效果优于普通有机肥/有机无机复合肥的重要原因[50，136]。炭基肥融合了生物炭与肥料各自的优点，同时具有优于其构成组分的特性，可缓慢释放养分、持久保持肥效，持续改善土壤环境，促进作物生长及稳产、增产，在烟草农业中具有较大的应用潜力。但是，由于生物炭及炭基肥在烟草农业中的应用时间较短，在一些理论及应用问题上还存在争议，今后的研究与应用应重点关注以下几方面问题:

1)生物炭及炭基肥调控植烟土壤质量及烟草生长和品质的机制机理。从目前研究结果来看，生物炭及炭基肥对植烟土壤环境产生积极影响，可有效促进烟草生长、提升烟草产量及品质，具有防控烟草土传病害的潜力，但生物炭及炭基肥对植烟土壤性质的持久影响、生物炭影响植烟土壤质量的微生物机制、生物炭防控烟草土传病害的机理、生物炭及炭基肥施用时烟草-土壤-微生物的相互作用关系等科学问题还有待于长期深入研究。

2)生物炭及炭基肥施用的生态环境风险评价。生物炭制备时产生的多环芳烃会对植物、动物、微生物产生毒害作用，一些原料制备的炭基肥可能会向土壤输入重金属和有机污染物，后期应考虑生物炭及炭基肥施用对烟田土壤健康和烟草生长产生的负面作用，通过长期试验研究评估其潜在的生态环境风险。

3)生物炭及炭基肥生产技术工艺创新。生物炭及炭基肥的性质、结构和功能因生物质材料、热解温度和时间以及制备工艺的不同存在较大差异，因此需要探索制备多功能生物炭及炭基肥的新方法、新工艺、新设备。通过生物炭改性制备功能性生物炭，因地制宜开发利用炭基有机肥、炭基无机肥、炭基有机无机复合肥以及炭基氮肥、炭基钾肥等烟草专用炭基肥，是未来生物炭基产品生产领域亟待解决的重要技术问题。