不同生物炭用量对烤烟钾素积累及产量的影响

蔡何青 ，李彩斌 ，戴 彬 ，蒋寿安 ，刘青丽 ，李志宏 ，张云贵 ，郭玉林 ，蒋雨洲 ，，

（1.贵州省烟草公司 毕节市公司，贵州 毕节 551700；2.中国农业科学院 农业资源与农业区划研究所，北京 100081；3.黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江 大庆 163391）

钾是烤烟生长的重要元素之一，生育期内钾肥的供应量对烤烟的产量和质量具有显著影响，而且烟叶含钾量较低是制约烟叶质量的主要因素之一[1-2]。从烟叶钾含量上来看，美国平均为4%～6%，巴西平均为3%～4%，而我国烟叶钾含量一般在2%以下[3]，如何提高烟叶含钾量已成为提高我国烟叶品质的研究热点。干物质生产是烟叶产量形成的基础,而干物质积累和烟株对钾素的吸收、利用及其在体内的分配是决定烟叶含钾量的关键。因此，如何促进烤烟对钾的吸收和提高当前我国烟叶中的钾含量成为了重要的研究课题。

生物炭具有高孔隙度和巨大的比表面积。在降雨较多的南方地区，有利于土壤养分的固定，减少施肥后土壤养分的淋溶损失，而且生物炭具有较高的比表面积和较强的活性，可以显著提升土壤的速效钾含量，提高作物钾素的吸收。李影等[4]研究发现，大田试验中施用生物炭促进了烤烟生长发育，并且提高了钾含量和烟叶品质。但是刘卉等[5]研究表明，生物炭用量在3.8 t/hm2水平下，有利于烤烟生长发育，但随着生物炭用量增加，烤烟生长发育受阻。

关于生物炭施用量对烤烟作物的阈值存在与否，还需进一步探究。笔者通过生物炭用量试验，对比分析了不同用量生物炭对烤烟烟株生长、钾素吸收和累积以及产量的影响，以期为我国贵州烟区合理提高钾素养分利用和高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2020年4月在贵州省毕节市威宁县黑石科技园（104°02′E，26°47′N）进行，该区气候类型为亚热带湿润季风气候，年均气温13 ℃，年平均降雨量917 mm。供试土壤为黄棕壤。自2018年开始进行定位施肥试验，2020年移栽前试验田0～20 cm 耕层土壤的养分含量为pH 值5.4，土壤总有机碳12.2 g/kg，有效钾196.4 mg/kg，全氮0.9 g/kg，全磷1.1 g/kg。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为云烟87，由毕节市烟草公司提供。烟秆生物炭（简称生物炭）为贵州金叶丰农业科技有限公司生产，pH 值9.2，碳48.3%，氢3.9%，氧31.4%，氮1.5%，全磷2.4 g/kg，有效钾16.2 g/kg，全钾24.4 g/kg，比表面积1.5 m2/g，总孔隙体积0.007 5 cm3/g，平均孔直径20.3 nm。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，共设置3 个生物 炭 用 量 处 理：T1. 0 t/hm2（CK）；T2. 5 t/hm2；T3. 40 t/hm2，各处理均为3 次重复，共9 个小区，小区面积74.8 m2。2018年5月3日生物炭采用撒施的方式一次性投入，并与耕层土壤旋耕混合均匀。烤 烟 于2020年4月26日移栽，行 距110 cm，株 距55 cm，田间管理措施同当地优质烤烟栽培管理模式。

基肥种类及用量：烟草专用基肥（N、P2O5、K2O分别为9%、13%、22%）585.0 kg/hm2；追肥种类及用量：提苗肥（N、P2O5、K2O 分别为15%、8%、7%）37.5 kg/hm2、烟草专用追肥（N、K2O 分别为13%、26%）300.0 kg/hm2。 肥料总养分投入量为N 90.0 kg/hm2、P2O590.0 kg/hm2、K2O 225.0 kg/hm2。基肥于移栽前窝施，烤烟移栽后30 d 结合中耕培土撒施追肥。

1.4 测定指标及方法

烤烟农艺性状测定于烤烟生长时期的团颗期、旺长期、打顶后5 d，分别用0.1 cm 刻度尺进行测量株高、茎围、最大叶片长、最大叶片宽。

烤烟植株样品于烤烟成熟期（即采收期），各小区均取小区内长势均匀一致的植株1 株，以根茎为中心，将垄方向55 cm、垂直方向60 cm、深20 cm的土层全部挖出，通过水洗及高密度网过滤法，收集烤烟根系置于烘箱中，植株地下部和地上部均以105 ℃杀青30 min,70 ℃烘干至恒质量，测定干质量。

烤烟植株各器官钾含量采用火焰原子吸收法测定。

1.5 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2010 进行数据整理及作图，IBM SPSS 22.0 统计分析软件进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭不同施用量对烤烟农艺性状的影响

生物炭不同施用量对不同时期烤烟农艺性状的影响均呈现出不同的规律（表1）。在烤烟团棵期、旺长期和打顶后5 d，T2 处理（5 t/hm2）的茎围、叶片数和叶面积均高于其他各个处理，并以打顶后5 d 烤烟茎围、叶片数和叶面积最高，分别高于T1处理（CK）0.2%、5.88% 和0.5%，而T3 处理低于T1 处理5.31%、0.20%和4.81%。但是在烤烟团棵期和旺长期，T2 处理的株高最高，T3 处理最低，并且在烤烟旺长期各处理间均差异显著，而在烤烟打顶后5 d，与T1 处理相比，T2、T3 处 理分别降低0.7%和11.1%。因此，适量施用生物炭（5 t/hm2）有利于提高烤烟生长前期的株高长势，以及各个生育期的茎围、叶片数和最大叶面积，促进烤烟早发快生和生长发育，但是过量施用生物炭则反之。

表1 生物炭用量对烤烟农艺性状的影响Tab.1 Effects of biochar amounts on tobacco morphological characteristics

2.2 生物炭不同施用量对烤烟各器官钾含量的影响

生物炭不同施用量对烤烟不同部位钾含量的影响存在一定的差异（表2）。烤烟不同部位钾含量均以T2 处理最高，且多数显著高于T1 处理。T1处理烤烟上部叶和下部叶的钾含量均高于T3 处理，而T1 处理中部叶的钾含量低于T3 处理，并且T1 处理烤烟茎部和根部的钾含量均低于T3 处理。因此，适量施用生物炭（5 t/hm2）有利于提高烤烟各部位钾素含量，过量施用生物炭的规律不明显。

表2 生物炭用量对烤烟成熟期各器官钾含量的影响Tab.2 Effects of biochar amounts on potassium content in organs of flue-cured tobacc in maturation stage %

2.3 生物炭不同施用量对烤烟钾吸收积累量的影响

生物炭不同施用量对烤烟钾素吸收的影响不同（图1）。烤烟叶、茎、根部钾素吸收积累量以T2处理最高，分别为378.18、143.35、61.31 mg/株，与T1 处理相比，T2 处理烤烟叶、茎、根部钾素吸收积累量分别提高了19.1%、37.6%和31.9%，而T3 处理分别降低29.9%、13.6%和36.9%，并且各处理间差异显著。

图1 生物炭用量对烤烟各部位钾积累量的影响Fig.1 Effects of biochar amounts on potassium accumulation in different parts of flue-cured tobacco

从全株烤烟钾素积累量看（图2），T2 处理最高，为582.85 mg/株，与T1处理相比，提高了24.5%，而T3 处理的全株烤烟钾素积累量与T1 处理相比，降低了27.0%。因此，适量施用生物炭（5 t/hm2）有利于烤烟各器官钾素吸收积累，促进了全株烤烟钾素积累，而过量施用生物炭反而会降低烤烟钾素积累量。

图2 生物炭用量对整株烤烟钾积累量的影响Fig.2 Effects of biochar amounts on potassium accumula⁃tion of whole plant of flue-cured tobacco

2.4 生物炭施用量对烤烟产量的影响

生物炭不同施用量对烤烟产量的影响不同（图3）。生物炭施用量T2 处理的烤烟上等烟叶产量、中等烟叶产量、烤烟总产量均呈现最高值，分别为792.3、1 733.3、2 796.6 kg/hm2，分别高于不施用生物炭处理21.7%、30.8%和18.7%，而过量施用生物炭（T3 处理）烤烟中等烟叶产量和烤烟总产量有所降低，分别低于不施生物炭处理11.98%和7.25%。但施用生物炭T2 和T3 处理的下等烟产量分别比不施用生物炭处理降低31.4%和64.6%。因此，适量施用生物炭（5 t/hm2）有利于提高烤烟总产量，尤其是中、上等烟叶产量，过量施用生物炭会使烤烟总产量降低，尤其是中、上等烟叶产量降低。

图3 生物炭用量对烤烟产量的影响Fig.3 Effect of biochar amounts on flue-cured tobacco yield

3 结论与讨论

生物质炭具有复杂的孔隙结构，能提高土壤保水能力、增加土壤孔隙度并降低土壤容重[6]，提高土壤肥力[7]，促进植物根系的生长[8-9]，而且生物炭含有K、Na、Ca、Mg 等矿质元素，能促进植物生长和土壤养分循环[10-12]。张继旭等[13]研究表明，施用生物炭有助于烤烟生长发育，表现为叶面积、株高及地上茎生物量等增加。本研究结果表明，适量施用生物炭，有利于促进烤烟生长，施用生物炭5 t/hm2处理有利于促进烤烟各生育期（团棵期、旺长期和打顶后5 d）叶面积生长，与前人研究结果较为一致。

烟叶钾含量的测定结果表明，生物炭不同施用量对烤烟不同部位钾含量的影响存在一定的差异，施用生物炭5 t/hm2处理有利于提高烤烟不同部位钾含量，由于生物炭可通过阳离子交换吸附铵根离子和钾离子等，从而提高了烤烟对土壤钾素的吸收[14]，但本研究还指出，施用生物炭40 t/hm2处理降低了烤烟不同部位钾含量，推测生物炭对钾素的阻控行为主要靠表面孔隙的吸附作用，当施用生物炭到达一定用量，土壤中的生物炭表面孔隙的吸附作用过强，反而会影响根系对养分的吸收[15-16]，因此，农田生物炭合理用量有利于提高钾素利用效率。

肖战杰等[17]、肖佳冰等[18]研究表明，施用生物炭能在一定程度上提高烤烟产量、产值、上等烟和上中等烟比例和烟叶均价等。这与本研究结果较一致，施用5 t/hm2生物炭处理有利于提高烤烟产量，但过量施用生物炭，烤烟产量将会降低，由于生物炭用量较低时，施用生物炭能提高土壤速效养分含量[19-20]和土壤微生物数量[21]等，有利于烤烟生长，能促进烤烟产量提高，但生物炭用量过大时，土壤微生物种类数量、土壤微生物量碳和氮均有所降低[22-23]，土壤代谢活性降低，进而影响烤烟正常生长发育，由此推断，生物炭施用量对烤烟生长发育存在阈值，在适宜范围内有利于促进烤烟生长发育，但关于阈值的精准定量，还需进一步深入研究。

本研究结果表明，施用生物炭会影响烤烟的生长，当施用5 t/hm2生物炭有利于促进烤烟各生育期（团棵期、旺长期和打顶后5 d）叶面积生长，而过量施用生物炭达到40 t/hm2时，烤烟各生育期烟株叶面积生长发育呈下降趋势。烤烟钾素吸收积累受生物炭施用量的影响，施用5 t/hm2生物炭有利于全株烤烟钾的吸收和积累，而过量施用生物炭达到40 t/hm2时，降低了全株烤烟钾吸收和积累量。总体上看，施用生物炭5 t/hm2有利于促进烤烟生长，提高烤烟钾素吸收，促进各部位钾素积累，并且提高烤烟产量。