不同用量高碳基肥对富川烤烟生长发育和产值的影响

张纪利，赵文龙，韦建玉，王 景，贾海江，王新发，刘国顺，殷全玉

（1广西中烟工业有限责任公司，南宁 530001；2河南农业大学烟草学院/烟草行业烟草栽培重点实验室/河南省生物炭工程技术研究中心，郑州 450002；3河南农业大学农学院，郑州 450002）

0 引言

烟草是中国重要的经济作物，在各大烟区广泛种植。培育优质烟叶，除了需要良好的生态环境以外，还需要合适的栽培技术，其中肥料的使用尤其重要。施肥的方式、时期和用量对烟株的生长发育有很大的影响，最终影响到烟叶的产量和品质[1]。自2010年以来，由于烟农大规模的施用化肥，高密度的连作和频繁的机械耕作，严重影响了植烟土壤的理化性质，带来了土壤肥力下降、土壤养分失衡、碳氮比持续下降和微生物系统失衡等一系列问题，最终导致烟株发育不良、病虫害严重、烤后烟化学成分不协调、香气质量差等现象。因此，改善植烟土壤环境是烟草生产上亟待解决的重要问题。

生物炭是通过温度控制、在完全或部分缺氧的条件下将生物质原料（例如木材或农作物秸秆）热解和碳化而成的固体产品。生物炭具有较高的碳素含量，能起到固定碳元素的作用，而且固定作用非常稳定[2]。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力，降低土壤容重并增强土壤持水能力。对多种农作物的研究表明，施用生物炭可以促进农作物的生长发育，增加产量，提高品质[3-5]。刘卉等[6]研究表明，生物炭可以降低土壤容重，增加土壤中有机质和空气的含量，进一步提高田间持水量，施炭量越高，土壤容重越低，田间持水量越大。赵满兴等[7]研究表明，施用生物炭可以有效的提高烤烟株高、叶片数和叶宽。王成己等[8]研究表明，生物炭对烟叶化学成分、产量品质以及烤烟的生长发育都有重要的影响。

高碳基肥是以生物炭为核心成分的新型有机肥，具有改善土壤微生态系统的积极作用，还可以减少化肥的施用量，对于培养有机烟叶、安全烟叶具有重要意义[9-11]。烟草专用高碳基肥利用生物炭改善土壤微生物栖息环境，其富含多种烟草生长过程中需要的营养元素，具有无污染、肥效更持久、壮苗等优点，使土壤微生物更易在烟草根系周围定殖，可以克服大规模施用化肥而造成的环境污染[12-13]。刘新源等[14]研究表明，高碳基肥与化肥混施明显促进烤烟生长和产量增加，并改善烟叶品质。两者混施，可以提高肥料的施用效果，提高烟叶的质量。尚峰[15]研究表明，高碳基肥可明显地提高烤烟的质量，降低烟田病害发生，同时增强烤后烟叶的化学成分的协调性，尤其提高钾含量和增加两糖比值的协调性，并且使烟碱含量更为适宜，有效地提高烤后烟中部叶的风格特征和品质特征，提高烤后烟的工业使用价值。张团[16]研究表明，高碳基肥对烟叶常规化学成分的影响主要表现为：明显降低烤后烟叶片中蛋白质和氯的含量，提高烟叶的吸食性和燃烧性，增加烟叶中钾含量和还原糖含量，提高烟叶的钾氯比和糖氮比，明显改善烟叶中化学成分的协调性。

笔者采用基肥条施的方式，设计3种高碳基肥用量，研究肥料用量对富川烤烟农艺性状、根系发育、干重、烤后烟的化学成分及产量产值的影响，以期找出合适的施肥量，培育出优质的烟叶，为提高广西烟叶品质和市场竞争力提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

2019年4—9月，在广西自治区贺州市富川县木朗村进行田间试验。地理位置位于东经111.16°，北纬24.53°，海拔为167 m。土壤类型是黄壤土，土壤肥力中等，灌排方便。土壤的基础肥力状况是速效磷56.44 mg/kg，速效钾117.11 mg/kg，铵态氮18.70 mg/kg，硝态氮29.78 mg/kg，pH 7.82，总氮0.22%，总碳3.49%。

1.2 试验设计

对照CK为常规施肥，施用烟草专用复合肥(NP2O5-K2O=12-9-24)，总施肥量为 1125 kg/hm2，基肥为825 kg/hm2，追肥为300 kg/hm2。在追肥用量一样、施氮量一样的情况下，设置3个高碳基肥用量处理分别是 600 kg/hm2(T1)、1050 kg/hm2(T2)、1500 kg/hm2(T3)。高碳基肥来自河南惠农土质保育研发有限公司，总养分(N+P2O5+K2O)≥5%，有机质（干基）≥45%，生物炭≥20%，粗脂肪≥1%，水分≤20%。

试验地采用随机区组设计，每个处理重复3次，随机排列，每个小区0.02～0.03 hm2。种植密度和管理措施跟当地条件一致。采用条施的施肥方式。高碳基肥全部用作基肥。对照和各处理的追肥次数和数量一致，对照和各处理的总施氮量一样。

1.3 主要仪器

连续流动分析仪(PULSE3000)、根系扫描仪(LA2400 Scanner，Expression 12000XL)、烘箱、电子天平、尺子等。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 农艺性状测量 打顶后10天，对照及每个处理随机选取10株烟，调查农艺性状包括株高、茎围、叶片数、最大叶长、叶宽和叶面积。叶面积计算如式(1)。

1.4.2 杀青样采集 打顶后10天，对照及每个处理随机选取9株烟，将根上的土用水冲洗干净。将根、茎、叶分开，在105℃下杀青20 min，60℃烘至恒重，分别称量根、茎、叶的干重。

1.4.3 根系发育测量 打顶后10天，对照及每个处理随机选取3株烟，将根上的土用水冲洗干净。用根系扫描仪(LA2400 Scanner，Expression 12000XL)对洗净的烟根进行根系扫描，分析根系的发育情况。

1.4.4 烤后烟叶产量产值及化学成分测定 统计各处理产量产值，记录上、中、下3个部位烟叶的分级等级，称量每个等级的质量，计算各小区的产量和经济产值。采烤结束后，每个处理取C3F和B2F 2个等级的样品，每个等级的样品取50片烟叶，45℃烘干，碾碎过60目筛子，分析化学成分。其中常规化学成分分析执行烟草行业标准YC/T 161—2002烟草及烟草制品，使用连续流动分析仪(PULSE3000)测定。

1.5 数据分析

采用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 21软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响

打顶后10天，调查各处理烟株农艺性状，每个处理调查10株，最后取10株的平均值，结果如表1所示。在有效叶数和株高方面，常规施肥的对照CK表现出明显的优势，与3个处理的差别达到显著水平。CK的有效叶数约为21片，3个处理的有效叶数约为18片。3个处理的株高呈增加的趋势，但株高最大的T3处理是100.82 cm，仍然小于CK的108.43 cm。在茎围上，除T2的茎围为8.91 cm，低于9.00 cm，CK、T1及T3的茎围均大于9.00 cm，但CK及3个处理之间的差别很小，均未达到显著水平。

表1 不同处理打顶后10天烟株农艺性状

对于最大腰叶，CK大于3个处理，尤其是叶长，明显较长，接近80 cm，与3个处理的差别达到显著水平，3个处理在72.00～75.00 cm之间，各处理之间的差异不显著。在叶宽上，除T3稍小于CK外，T2和T3均大于CK，但CK与3个处理之间的差别不显著。在叶面积上，CK最大，达到1447.26 cm，大于3个处理，但CK与3个处理之间的差别不显著。

对于最大上部叶，T1的叶长与对照CK大小相当，均在69.00～70.00 cm之间，而T2和T3大于对照CK，叶长增加超过4 cm，T2与CK达到显著差异。在叶宽上，3个处理均大于CK，比CK增加了1～3 cm，随着高碳基肥用量的增加，叶宽呈增加的趋势，T2和T3与CK达到显著差异，T3与T1也达到显著水平。在叶面积上，与叶宽的变化趋势一致，表现为T3＞T2＞T1＞CK，T2和T3的叶面积与T1和CK达到显著差异。

综合各个农艺性状指标，高碳基肥对烟株农艺性状的影响主要在上部叶上，能促进上部叶的开片，T2的效果最好。

2.2 不同处理对烟株根系发育的影响

打顶后10天，每个处理取3株烟的烟根，冲洗干净后对根系进行扫描，对根系的8个生长指标进行分析，最后取3个烟根的平均值，结果如表2所示。与CK相比，3个处理根系的8个生理指标均大于CK。在根长上，T2最长，达到1057.30 cm，超过1000.00 cm，CK、T1和T3的根长均在1000.00 cm以下，T1和T3较大，在900.00 cm以上，而CK最低，仅为801.67 cm。在投影面积上，3个处理较大，均在200.00 cm2以上，T2最大，为226.82 cm2，T1和T3较小，CK最小，仅为160.82 cm2。在表面积上，T2最大，为 712.56 cm2。T1和T3次之，在 600 cm2以上。而CK最小，仅为505.34 cm2。在平均直径上，T1最大，为2.34 mm，T2和T3次之，分别为2.15 mm和2.25 mm，CK最小，仅为2.03 mm。在根体积上，3个处理明显较大，均在35.00 mm3以上，T1和T2最大，均为38.31 mm3，T3次之，为36.67mm3，而CK，仅为26.06mm3。在根尖数上，T2和T3较大，均在6200个以上，T2最大，达到6326个，T1稍低，为4862个，CK最低，仅为3747个。在分支数上，3个处理明显较多，均在11000个以上。T2和T3较大，均在13000个以上，T2稍大于T3，为13881个，T1稍低，为11409个，CK的分支数最低，仅为8892个。在交叉数上，3个处理明显较大，均在1200个以上，T2和T3较大，均在 1400 个以上，T2稍大于 T3，T1稍低，为1282个，CK最低，仅为892个。综合以上结果，高碳基肥有促进根系发育的作用，尤其是T2处理，综合效果最好。

表2 不同处理打顶后10天根系扫描结果

2.3 不同处理对烟株干物质积累的影响

打顶后10天，每个处理取9棵烟株，对根、茎、叶分别烘干称重，最后取9株烟的平均值，结果如表3所示。与CK相比，3个处理烟株的干重均大于CK。在叶干重上，T2最大，为91.11 g，与T2和CK达到显著差异；T3次之，比 T2降低 10.00 g；T1与 CK 一样，均为78.89 g。在茎干重上，3个处理在46.00 g以上，但3个处理之间的差别不大，T3最大，为47.51 g；3个处理明显大于CK，这种差别达到显著水平，CK仅为28.53 g。在茎叶干重上，3个处理明显大于CK，与CK达到显著差异，3个处理均在120.00 g以上，T2最大，达到137.37 g，T3和T1次之，在125.00～129.00 g之间，CK最小，仅为107.42 g。在根干重上，3个处理显著大于CK，在59.00～76.00 g之间，T3最大，为75.12 g，T2和T1次之，分别是68.17、59.68 g，3个处理之间差别不显著；CK最小，仅为32.52 g。在烟株总干重上，3个处理显著大于CK，均在 180 g 以上，T2和 T3较大，分别为 205.54、203.74 g，T1较小，3个处理之间差别不显著；CK较低，仅为139.94 g。在根冠比上，3个处理的根冠比显著大于CK，在0.50左右，T3和T2较大，分别为0.58和0.50，T1较小，但3个处理之间的差异不显著。综合干重的各个指标，高碳基肥有显著促进烟株干物质积累的作用，使烟株有更粗大的茎秆和根系，T2的综合效果最好。

表3 不同处理打顶后10天烟株干物质积累情况

2.4 不同处理烤后烟叶品质分析

分别取各处理烤后烟叶B2F和C3F 2个等级的烟叶做常规化学成分分析。B2F的分析结果（表4）表明，在总糖和还原糖上，与常规施肥的对照CK相比，3个高碳基肥处理均高于CK，增幅在14.08%～19.66%之间，3个处理的两糖含量比较接近，CK的两糖含量分别为21.16%和20.03%。在总氮和烟碱方面，3个处理低于CK，总氮均低于2.00%，但3个处理间差别不大，CK的总氮最高，为2.10%；烟碱含量均在2.00%～3.00%之间，3个处理的含量稍低，CK的烟碱含量最高，为2.57%，T2稍高，T3和T1较低。在钾含量上，3个处理稍高于CK，增幅在1.71%～5.13%之间，CK最低，为2.57%，T1稍高，为2.38%，T2和T3较高，在2.45%左右。在氯含量上，3个处理稍低于CK，在0.14%～0.18%之间，CK最高，为0.24%。综合以上结果，3个处理的化学成分表现为糖高碱低、钾高氯低的趋势。

表4 不同处理烤后烟叶化学成分分析%

C3F的分析结果表明，在总糖和还原糖上，与CK相比，3个处理均高于CK，总糖含量在25.93%～26.71%之间，随高碳基肥用量的增加而增加，CK最低，为23.60%；3个处理的还原糖含量在24.42%～25.75%之间，T1最低，T2和T3较高，CK最低，为22.63%。在总氮上，除了T2明显较低，仅为1.73%，T1和T3与CK相当，均在1.90%以上，差别不大。在烟碱上，CK最高，为2.49%；3个处理呈降低的趋势，含量在2.35%以下。在钾含量上，3个处理明显高于CK，均在2.90%以上，3个处理之间差别不太大，T1最高，为3.07%，T2和T3稍低，CK最低，仅为2.51%。在氯含量上，3个处理均低于CK，为0.13%或0.14%，CK最大，为0.22%。综合化学成分的结果，3个处理表现出较高的两糖含量，总氮和烟碱有降低趋势，钾含量增高，氯含量降低。

2.5 不同处理烤后烟叶产量和产值分析

对上、中、下3个部位的烤后烟叶进行分级和称重，根据2019年广西烟叶收购价格计算产值，各个级别的产量、产值及中上等烟比例情况如表5～8所示。

表5 不同处理上部叶各级别产量及产值

表6 不同处理中部叶各级别产量及产值

表7 不同处理下部叶各级别产量及产值

表8 不同处理各部位烟叶产量及产值

对于上部叶（如表5），在产量上，CK及3个处理之间差别不大，均在700.00 kg/hm2以上，最高产量与最低产量的差别仅为52.5 kg/hm2；T1最高，为760.00 kg/hm2，CK和T2居中，均在730.00 kg/hm2以上，T3最小，仅为707.50 kg/hm2。在产值上，3个处理明显高于CK，均在16000.00元/hm2以上，提高28.16%以上；T2最大，为17268.00元/hm2，T1次之，比T2低38.00元/hm2，T3较低，为16108.00元/hm2，CK最低，仅为12484.50元/hm2。在上等烟（B1F和B2F）比例上，3个处理明显大于CK，均在55.00%以上，T2最高，为59.66%，T1和T3次之，CK最低，仅为25.51%。在中等烟（B3F和B4F）比例上，CK明显高于3个处理，为64.63%，3个处理均在30.00%以下，表现为T1＞T3＞T2。综合上部叶的结果，高碳基肥对上部叶产量的影响不大，但能提高上部叶的产值28.16%以上，以上等烟为主，达到55.00%以上，T2的综合效果最好，其次是T1和T3，CK最低。

对于中部叶（如表6），在产量上，3个处理均低于CK，在660.00 kg/hm2左右，CK最大，为682.50元/hm2，比处理高22.5元/hm2左右。在产值上，3个处理均高于CK，T1和T2较大，均在16000.00元/hm2以上，T3较低，为15532.00元/hm2，CK的产值最低，仅为15209.00元/hm2。在上等烟（C2F和C3F）比例上，3个处理均高于CK，均在50.00%以上，T2最高，为54.76%，T1和T3稍低，CK最低，仅为43.22%。在中等烟(C4F)比例上，3个处理均低于CK，均在30.00%以下，CK最高，为31.87%，T1和T3较低，T2最低，仅为25.24%。综合中部叶的结果，高碳基肥对中部叶的产量没有促进作用，但能提高中部叶的产值，提高上等烟的比例。

对于下部叶（如表7所示），整体产量和产值均较低，产量在250.00～320.00 kg/hm2之间，3个处理均高于CK，T3＞T2＞T1＞CK；产值在252.00～315.00元/hm2之间，T3＞T2＞T1＞CK。没有上等烟，中等烟(X3F)的比例也较低，3个处理稍大于CK，但3个处理和CK均在10.00%左右；无价值的烟叶较多，均在90.00%左右。综合下部叶的结果，高碳基肥对下部叶的产量、产值和中等烟比例有一定的促进作用，但下部叶产量和产值整体较低。

综合各部位烟叶的产量和产值（如表8所示），在总产量上，3个处理均高于CK，增幅在0.45%～1.20%之间，T1最大，为1695.00 kg/hm2，T2和T3次之，CK最小，为1675.00 kg/hm2。在产值上，3个处理的上、中、下3个部位的产值及总产值均大于CK，上部叶产值的增幅较大，达到28.16%以上，中部叶产值的增幅稍低，在2.12%～6.32%之间，下部叶产值的增幅在5.86%～24.27%之间，总产值的增幅在14.00%～21.00%之间。在总上等烟比例上，3个处理均高于CK，均在40.00%以上，CK最低，仅为28.81%。在总中等烟比例上，3个处理均低于CK，在20.00%～25.00%之间，CK最大，为41.34%。综合产量和产值的结果，T2处理的结果最好，表现为T2＞T1＞T3＞CK。

3 结论与讨论

研究显示，施用高碳基肥可促进烟株的生长发育。路丹等[17]研究表明，施用高碳基肥对烤烟的株高和单叶重无显著影响，但可显著提高烤烟的茎粗、有效叶片数和最大叶面积；孙鹏等[18]研究表明，高碳基肥能够促进烟株生长和叶片开片，增加烟株根系体积与干物质积累；杨立均等[19]研究表明，在一定范围内，高碳基肥有促进株高、茎围、叶长和叶宽等性状，增加烟株地下部和地上部的干重、干鲜比的作用；舒勤静等[20]研究表明，高碳基肥对烟株根部干物质的影响显著，对茎、叶干物质积累有促进作用；崔志燕等[21]研究显示，高碳基肥有显著促进株高、茎围、有效叶数和叶面积的作用，促使烤烟生育期提前，促进烤烟成熟落黄；范稚莲等[22]研究表明，合适的碳基有机肥可以增加烟草株高、茎围、叶面积和生物量；宋亮[23]研究表明，高碳基肥的施用显著增加了全生育期烟株的干物质积累。本研究结果支持高碳基肥促进叶片和根系发育、促进干物质积累的结论，另外，相比于以前的研究，本研究首次对根系发育进行了详细的分析。

一些研究表明，高碳基肥对烤后烟的化学成分有明显的影响。路丹等[17]研究表明，高碳基肥显著提高中部叶总氮、粗蛋白及烟碱含量，糖氮比、糖碱比及施木克值更接近优质烟叶的适宜值，烤后烟叶的总糖和还原糖含量也有一定幅度的提高。舒勤静等[20]研究表明，施用高碳基肥在一定程度上有利于调节中上部位烟碱协调性；使中、下部烟叶的总糖偏高，上部叶总糖含量适宜；钾含量在适宜范围；下部叶的糖碱比明显偏高，中部叶与上部叶含量均较适宜。总体来看，高碳基肥处理下部叶总糖含量偏高，烟碱略微偏低，中上部位烟叶的化学成分协调协调性较好。李文渊等[24]研究表明，高碳基肥可以显著提高烤后烟的总糖、还原糖、中性致香物质含量，对钾含量也有一定的提升作用。张军等[25]研究表明，增施高碳基肥可降低中部烟叶烟碱含量和氯含量，烟叶总氮、还原糖和钾含量增加，糖碱比较适宜。本研究认为，高碳基肥可以有效地提高烤后烟总糖和还原糖的含量，提高烟叶钾离子的含量，降低烟叶中氯离子的含量。

高碳基肥有提高产量和品质的作用。路丹等[17]研究表明，施用高碳基肥可有效提高烟叶产量、产值及中上等烟比例，烟叶产量比对照分别提高5.15%、26.06%和20.31%，产值增值率分别提高9.90%、25.74%、28.41%，推荐施肥量为750 kg/hm2；孙鹏等[18]研究表明，施用量在900 kg/hm2时其产值与效益最高；姚文艺等[26]研究表明，高碳基肥提高烟叶的产量、产值、均价、上等烟比例等经济性状指标，分别比对照增加5.94%、6.97%、0.98%、3.61%，推荐施肥量为750 kg/hm2；崔志燕等[21]研究显示，高碳基肥能改善烤后烟的经济性状，提高质量，认为施肥组合烟草专用肥600 kg/hm2+高碳基肥600 kg/hm2效果最好。本研究认为，高碳基肥对产量的影响不大，有增加产值的作用，尤其促进上部叶的产值，有促进上等烟比例的作用，而中等烟比例稍低。推荐施肥量为1050 kg/hm2。关于产量问题，本研究中各处理的产量均较低，这可能受中部叶产量的影响，2019年6月中下旬，富川发生严重水灾，同时伴随大风，中部叶掉落现象严重，而3个处理落黄较早，受影响更大，CK落黄晚，受影响相对较小，这可能是导致中部叶的产量偏低以及最终产量整体偏低的主要原因。对于下部叶，由于阴雨天气的影响，采收时间过早，烟叶变黄程度不够充分，导致青黄烟的比例较高，同时，叶斑病较为严重，严重影响烤后烟叶的质量，这些因素严重影响下部叶的烤后烟质量，导致无价值的烟叶含量较大，没有出现X2F的烟叶，仅有少量的X3F烟叶，下部叶的总体产值较低。综合中部叶和下部叶的情况，这些产量和质量损失可能是导致本试验最终产量和产值整体偏低的主要原因。

本研究结果表明，高碳基肥处理能够促进上部叶的开片，对中部叶叶宽有一定的促进作用，有促进根系发育、促进烟株健壮生长的作用；高碳基肥可以有效地提高烤后烟总糖和还原糖的含量，降低烟叶中氯离子的含量，提高中部叶钾离子的含量，改善烟叶的燃烧性；高碳基肥对产量的影响不大，有增加产值的作用，尤其促进上部叶的产值，有促进上等烟比例的作用，而中等烟比例稍低。T2处理(1050 kg/hm2)的综合效果最好，可以在广西地区推广。本研究为提高广西烟叶的市场竞争力提供了试验依据。但是，肥料试验通常需要多年的试验结果，本试验过程中也遭遇了异常天气，因此，本试验的结果还需要进一步的验证。