不同烟秆生物质炭施用量对烤烟生长及病害发生的影响

贾 孟，王 铎，李 杰，杨青松，张 云，周 恒， 喻 曦，饶清林，张济益，陈 燕，白羽祥，王 戈*

(1.云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；2.云南省烟草公司 昆明市公司，云南 昆明 650051；3.云南民族大学 民族药资源化学国家民委-教育部重点实验室，云南 昆明 650500)

近年来，随着烟粮矛盾的日益凸显、烤烟连作年限的逐步延长、大量化肥的不合理施用，致使烤烟生长受限，病虫害频发，植烟土壤趋于恶化[1-3]。另一方面，据已有数据显示，我国每年约产生2.16×106t烟秆废弃物[4]，大量烟秆的不合理利用严重制约着烟草行业的可持续发展。因此，烟叶废弃物的科学利用和植烟土壤的保育问题亟待解决。

生物质炭(biochar)是由动植物残体或农林废弃物等生物质在无氧或厌氧的条件下，经过高温热裂解形成的一种多孔的、稳定的黑色物质[5-6]。目前，生物质炭因其巨大的比表面积和强吸附性而备受关注，并作为优质的土壤改良剂被广泛应用于土壤和农业生产领域[7-8]。生物质炭因其本身的特性，可调节土壤环境、抑制土传病害的发生，进而发挥其调控烤烟产质量的功能[9-10]。研究表明，施用生物质炭可增强植烟土壤微生物活性，并提高其功能多样性[11]，以此达到修复土壤，降低土壤中青枯病病原菌数量的作用[12-13]。另有研究发现，生物质炭可显著提高土壤pH值，并有效抑制了黑胫病菌菌丝的生长，盆栽防治效果达4.35%～46.55%[14]。有研究表明，施用烟秆生物质炭可有效增加烤烟叶长、叶宽和茎围，而对于有效叶片数和株高均无显著的促进作用[15]。王欢欢等[16]研究发现，2400 kg/hm2的生物质炭施用量较对照可提高叶面积73.29%、叶绿素相对值(SPAD)57.68%、净光合速率77.32%、叶面积系数23.48%。

目前，生物质炭在多种作物上已经得到了广泛的应用[17-19]，不同种类[20]和质量[21]的生物质炭通常成为影响作物生长的主要制约因素，其中又以不同生物质炭施用量影响最大。因此，本研究基于烟秆废物利用及其生物质炭应用的巨大潜力，采用课题组前期优化的烟秆生物质制备条件，有针对性地开展了不同烟秆生物质炭施用量对烤烟生长及病害发生的影响研究，筛选出了高海拔烟区的最佳烟秆生物质炭施用量，为今后进一步开展烟秆生物质炭的相关研究和科学利用提供了必要的理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2019年4月25日～2019年9月1日在云南省宜良县九乡彝族回族乡(N 25°5′21″，E 103°22′9″，海拔2020 m)进行。该地属南温带温凉层高原型季风气候。供试土壤为红壤，土地平坦，排水良好。土壤基础理化性质：pH值6.64、有机质18.00 g/kg、水解性氮69.43 mg/kg、有效磷10.92 mg/kg、速效钾142.10 mg/kg。

1.2 试验材料

烤烟品种为K326，于2019年4月25日移栽。生物质炭由昆明市禄劝生物质炭厂采用鲜烟秆经600 ℃炭化6 h制得。烤烟于起垄前条施烟草专用复合肥(N∶P2O5∶K2O=12∶14∶24)595 kg/hm2为基肥，并于移栽后25 d内分3次兑水浇施烟草专用追肥(N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30)360 kg/hm2。

1.3 试验设计

以生物质炭施用量为因素，设置4个处理，分别为：A1(0 g/株)、A2(80 g/株)、A3(160 g/株)、A4(240 g/株)。每个处理3次重复，共计12个小区，小区随机区组排列。每小区不少于50株，行株距120 cm×50 cm，试验田四周设保护行。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 生育期观察记载 按烤烟生育期调查标准准确记录移栽期、团棵期、现蕾期、中心花开放期、脚叶成熟期、顶叶成熟期的时间。

1.4.2 农艺性状调查 分别于移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010 烟草农艺性状调查测量方法进行农艺性状调查。每个小区随机定株调查5株，调查内容包括株高、茎围、有效叶片数、最大叶长、最大叶宽。

1.4.3 SPAD值测定 分别于移栽后30、60、90 d，用SPAD-502型叶绿素测定仪测定各处理中部叶的叶绿素含量。

1.4.4 病害调查 分别于移栽后30、60、90 d，按中华人民共和国行业标准GB/T 23222—2008 烟草病虫害分级及调查方法进行病害调查。调查内容包括普通花叶病、黑胫病、青枯病的田间自然发病情况，其中：

发病率=(发病株数/调查总株数)×100%；

病情指数=[∑(各级病株×该病级值)/(调查总株数×最高级值)]×100%。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2013软件对数据进行处理和作图，用SPSS 23.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟生育期的影响

由表1可看出，各处理移栽期均相同，且随着生物质炭施用量的逐渐增加，各生育期均呈不同程度的延长趋势，其中以A3、A4处理较为明显。

表1 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟生育期的影响

2.2 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟农艺性状的影响

2.2.1 对烤烟株高的影响 由图1可看出，在移栽后30 d，处理株高随着生物质炭施用量的增加而呈先升高后降低的趋势，其中以A3处理显著高于其他处理，A2处理显著高于A1、A4处理，A4处理因过量的生物质炭施入与A1处理没有差异；在移栽后60 d，随着生物质炭施用量的增加，处理株高依然表现为先升后降，但此时以A2处理的表现最优，A3处理次之，A1、A4处理间仍无显著差异；在移栽后60 d，各处理间差异均不显著，说明适量的生物质炭施入(80 g/株、160 g/株)可有效地促进烟株前中期的生长，而在后期效果不显著，且过量的生物质炭施用则不利于烟株生长。

2.2.2 对烤烟茎围的影响 由图2可看出，在烤烟移栽后30 d，随着生物质炭施用量的增加，处理茎围呈先增后降的趋势，表现为A3处理最高，A2、A1处理次之，A4处理显著低于其他处理；在移栽后60 d，A2处理茎围显著高于其他处理，A1、A3、A4处理间无显著差异；而到移栽后90 d，各处理间茎围均趋于一致，说明适量的生物质炭(160 g/株)有助于前期茎秆细胞分裂增殖，而过量的生物质炭则不利于茎秆生长，在烟株生长中后期A1～A4处理茎围逐渐趋于一致。

2.2.3 对烤烟最大叶长的影响 由图3可看出，各时期烤烟最大叶长均随生物质炭施用量的增加而呈先升高后降低的趋势，具体表现为：在烤烟移栽后30 d和90 d，A3处理的最大叶长显著高于其他处理，且A1、A2、A4处理间差异不显著；而在移栽后60 d，生物质炭对各处理的叶片伸长均无显著的促进作用。说明160 g/株的生物质炭施用对烤烟叶片生长整体增益效果较为显著，而过量施用生物质炭则持续抑制叶片生长。

2.2.4 对烤烟最大叶宽的影响 由图4可知，各时期烤烟最大叶宽均随生物质炭施用量的增加而呈先升高后降低的趋势，具体表现为：在烤烟移栽后30 d，A3处理的最大叶宽显著高于其他处理，A2、A4处理次之，A1处理表现最差；而到移栽后60 d和90 d，仍以A3处理的增益效果最好，A1、A2、A4处理间差异均不显著。以上结果说明适量的生物质炭施用(160 g/株)对烤烟叶片生长的促进作用较明显。

2.2.5 对烤烟有效叶片数的影响 由图5可知，在烤烟移栽后30 d，有效叶片数随生物质炭施用的增加而呈先升高后降低的趋势，且以A3处理最高，A2处理次之，A1、A4处理间无显著差异；而到移栽后60 d和90 d，A2处理均有最多的有效叶片数，其他处理间则无显著差异。以上结果说明适量的生物质炭(160 g/株)能明显促进烤烟前期开片，而施用80 g/株的生物质炭则有利于烤烟中后期有效叶片数的累积。

2.3 对烤烟SPAD值的影响

由图6可知，在烤烟移栽后30 d，A3、A2处理SPAD值显著高于A1、A4处理；在移栽后60 d，A3处理优势逐渐凸显，并显著高于其他处理，A2、A4处理次之，A1处理表现最差；而到移栽后90 d，各处理间的SPAD值均趋于一致。以上结果说明160 g/株的生物质炭施用对烤烟生长前期叶绿素含量起积极作用，而在烤烟生长后期的作用不显著。

2.4 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟病害发生的影响

2.4.1 对烤烟普通花叶病发病率和病情指数的影响 由图7和表2可看出，在移栽后30 d和60 d，各处理间普通花叶病发病率及病情指数均无显著差异，而到移栽后90 d，A3处理的发病率和病情指数显著低于其他处理。以上结果说明，烟秆生物质炭的施用并不会降低前中期烤烟普通花叶病发病率，而160 g/株的生物质炭施用可显著地提高烤烟生长后期的普通花叶病抗性。

表2 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟普通花叶病病情指数的影响

2.4.2 对烤烟黑胫病发病率和病情指数的影响 由图8和表3可看出，在移栽后30 d，施用生物质炭的3个处理黑胫病发病率及病情指数均显著低于A1处理；在移栽后60 d，以A2处理表现最优，其发病率及病情指数显著低于A1、A3、A4处理；而在移栽后90 d，A3处理则显著提高了烤烟黑胫病的抗性，A1、A3处理次之，A1处理发病率及病情指数最高。以上结果说明，烟秆生物质炭的施用可对黑胫病有不同程度的防效，80 g/株的生物质炭在烤烟生长中期效果较好，而160 g/株的生物质炭可显著降低烤烟生长后期黑胫病的发生。

表3 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟黑胫病病情指数的影响

2.4.3 对烤烟青枯病发病率和病情指数的影响 由图9和表4可看出，在移栽后30 d，各处理间青枯病发病率均无显著差异，而A3处理的病情指数显著低于其他处理；在移栽后60 d和90 d，A3处理的发病率及病情指数均显著低于其他处理，A2、A4处理次之，A1处理最高。以上结果表明，生物质炭施用在烤烟生长前期对青枯病的防效尚不明显，而到烤烟生长中后期，160 g/株的烟秆生物质炭施用可显著提高烤烟青枯病抗性。

表4 不同烟秆生物质炭施用量对烤烟青枯病病情指数的影响

3 讨论与结论

适量的生物质炭施用对烤烟生长起到关键性作用[22]。随着生物质炭施用量的增加，土壤容重逐渐降低，土壤透气性和结构得到显著改善，总根尖数、根系活力、根系总表面积也得到不同程度的增加，进而为烤烟的优质适产奠定了基础[23]。有研究表明，3000 kg/hm2的生物质炭施用抑制了烟株伸长，而施用量为3750 kg/hm2与4500 kg/hm2处理的各农艺性状指标均优于对照，但在烤烟生长后期生物质炭的增益效果并不显著[24]。牛玉德等[25]研究发现，在常规施肥的基础上增施2250 kg/hm2的花生壳炭对烤烟各项农艺性状指标有最佳的促进作用。这与本试验研究结果略有不同，即随着烟秆生物质炭施用量的增加，烤烟各生育期均有不同程度的延长；在烤烟生长前中期，分别以160 g/株和80 g/株的生物质炭最有利于烟株伸长和茎秆增粗，而到后期生物质炭对烟株株高及茎围方面无显著促进作用；在最大叶长及最大叶宽方面，均以160 g/株的生物质炭增益效果最强；而对于有效叶片数，80 g/株的生物质炭可有效促进烤烟开片。原因可能为在烟株生长前期，生物质炭明显改善了土壤环境，间接地促进了烟株的伸长和增粗，而到后期因烟株养分积累完全，致其促进作用逐渐减弱；而对最大叶长、最大叶宽和有效叶片数的作用贯穿始末，原因或为生物质炭持续地促进叶片养分的吸收。但过量的生物质炭可能因为破坏了土壤环境的平衡，导致土壤理化性质大幅度趋向性变化，致使烤烟生长受限。

生物质炭可在不同程度上抑制烟草病害的发生。有研究表明，15000 kg/hm2的稻壳生物炭可显著降低烟草青枯病发病率，但同时也降低了烟叶产量[26]。沈建平等[27]研究发现，1500 kg/hm2的污泥生物炭降低了27.6%的青枯病发病率。20%比例的烟秆生物质炭施用则可达到46.55%的烟草黑胫病防控效果[14]。而王欢欢[28]研究发现，生物质炭并不能显著降低烟草普通花叶病的发病率，这与本试验研究结果相似。即生物质炭在烤烟生长前期和中期对普通花叶病发病率及病情指数并无明显作用，而在烟株生长后期，仅160 g/株的生物质炭可提高烤烟普通花叶病抗性。但生物质炭施用可显著降低烟草黑胫病和青枯病的发病率及病情指数，且整体均以160 g/株处理表现最优。究其原因可能是生物质炭具备特殊的物理性质，有利于降低土壤容重，并改变土壤三相比[29]，且可显著提高土壤pH值、改善酸化土壤[30]、调节土壤微生物区系，进而降低土壤中病原菌含量，抑制了土传病害的发生[12]，而对于地上部叶片类病害的抗逆效果作用甚微。

综上所述，施用烟秆生物质炭可促进高海拔烟区烤烟烟株生长和土传病害的防控，其中整体以160 g/株处理表现最优，而生物质炭施用对于烟草普通花叶病来讲并无显著作用。