高碳基有机肥对烤烟生长发育、病害、化学成分及经济性状的影响

张纪利，魏茳越，王 景，刘国顺，王新发，黄崇峻，殷全玉，韦建玉

(1.广西中烟工业有限责任公司，广西南宁 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，河南郑州 450002；3.武汉科技大学理学院，湖北武汉 430081)

烟草是我国重要的经济作物，近年来，烟叶提质增效及绿色清洁生产已成为烟草行业关注的焦点[1]。然而，在烤烟生产中，长期施用化肥和连作导致烟田土壤环境恶化，肥料利用率低，烟株生长发育不良，病虫害加重，烟叶的产量和质量下降[2]。生物炭是由生物有机物料在高温、缺氧条件下裂解形成的一种含碳量极高的产物，具有复杂的孔隙结构和较强的吸附性能，对土壤理化性质、微生物特性、土壤肥力和土壤固碳有一定影响，是一种良好的土壤改良剂[3-6]。

高碳基有机肥是以生物炭为主要原料的有机肥，在植烟土壤改良中应用广泛[7]。烟草专用高碳基有机肥利用生物质炭改善土壤微生物栖息环境，使微生物菌剂更易在烟草根系周围定殖[8]，同时富含烟草生长发育所需的各种营养元素和有机质，既具有无污染、无公害、肥效持久、壮苗抗病、改良土壤、提高产量、改善品质等诸多优点，又能克服大量使用化肥、农药带来的环境污染、生态破坏和土壤地力下降等弊端[9]。许多研究表明，高碳基有机肥能调节植烟土壤理化性质、改善微生物群落结构和提高植烟土壤微生物的碳源利用能力，同时还有促进烤烟生长、改善烤后烟叶品质的作用[10-11]。

贺州市位于广西东北部，该地区气候温和、雨量充沛，烟草种植历史悠久，是广西主要的烟区之一。近年来，随着长期种植烟草，土壤环境恶化，微生物群落减少，病害发生较为严重，导致烟叶的产量和品质下降。为了改善植烟土壤环境，推广新型肥料是一种重要的改良措施。高碳基有机肥兼具挖掘土壤本身肥力和提高氮肥利用率的双重效果[12]，因此，本试验设置在贺州市富川县研究穴施不同用量的高碳基有机肥对当地烟草生长状况和经济产量的影响，以确定该地区高碳基有机肥最佳用量并进行推广应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

烤烟品种为云烟87。试验所用的高碳基有机肥来自河南惠农土质保育研发有限公司，高碳基有机肥的主要成分及含量为：总养分(N+P2O5+K2O)≥5.00%，有机质(干基)≥45.00%，生物炭≥20.00%，粗脂肪≥1.00%，水分≤20.00%。

1.2 试验基本情况

田间试验于2019年在广西自治区贺州市富川县木朗村(111.16°E、24.53°N)进行，海拔高度为167 m。试验地前茬作物为水稻，土壤类型为黄壤土，土壤肥力中等，灌排方便。土壤的基础肥力状况为有效磷含量56.44 mg/kg、速效钾含量 117.11 mg/kg、铵态氮含量18.70 mg/kg、硝态氮含量29.78 mg/kg、pH值7.82、总氮含量0.22%、总碳含量3.49%。

1.3 试验设计

对照CK为常规施肥，施用烟草专用有机肥(含纯N、P2O5、K2O分别为12%、9%、24%)，总施肥量为1 125 kg/hm2，基肥 ∶追肥=3 ∶1，总施氮量为135 kg/hm2，N ∶P2O5∶K2O=1 ∶2 ∶3。在追肥用量和总施氮量一样的情况下，采用穴施的方式，设置3个高碳基有机肥基肥用量处理，处理1(T1)为 165 kg/hm2，处理2(T2)为330 kg/hm2，处理3(T3)为495 kg/hm2。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烟草栽培条件一致。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 农艺性状测量 打顶后10 d，对照及每个处理随机选取10株烟，调查株高、茎围、叶片数、最大叶长、叶宽和叶面积等农艺性状。在本试验中，最大中部叶是指从顶端数12～14张叶，最大上部叶是指从顶端数第8～9张叶。株高是茎基部至茎顶部的高度，茎围是自下而上第5～6叶位之间茎的周长，叶片数是打顶后茎秆着生的叶片个数，叶长是叶片正面自茎叶连接处至叶尖的直线长度，叶宽是叶面最宽处与主脉的垂直长度。叶面积计算公式：叶面积=叶长×叶宽×0.634 5。

1.4.2 杀青样采集 打顶后10 d，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 ℃烘至恒质量，分别称量根、茎、叶的干质量。

1.4.3 根系发育测量 打顶后10 d，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，Epson)对洗净的烟根进行根系扫描，分析根系发育情况。

1.4.4 病害统计 依据YC/T 39—1996《烟草病害分级及调查方法》[13]统计成熟期富川烟草主要病害(靶斑病、气候斑和黑胫病)的发病率及病情指数，发病率=(发病率/调查总株数)×100%，病情指数=[∑(各级病株或叶数×该病级值)/(调查总株数或叶数×最高级指)]×100。

1.4.5 烤后烟叶化学成分及产量、产值测定 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个等级的烟叶样品，每个等级取50张完整叶片，45 ℃烘干，碾碎过60 目筛子，分析烟叶的化学成分。常规化学成分分析执行烟草行业标准YC/T 161—2002《总氮的测定 连续流动法》、YC/T 159—2019《烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》、YC/T 468—2013《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 连续流动(硫氰酸钾)法》、YC/T 162—2011《烟草及烟草制品 氯的测定 连续流动法》)、YC/T 217—2007《烟草及烟草制品 钾的测定 连续流动法》)，使用连续流动分析仪(PULSE3000，SEAL Analytical)测定。

烟叶分级标准见GB 2635—1992《烤烟》。对于上、中、下3个叶位的烟叶，每个部位所有级别烟叶的质量之和为该部位烟叶的产量，即部位产量=∑部位各级别产量；每个部位所有级别烟叶的质量乘以该级别烟叶的单价之和就是该部位烟叶的产值，即部位产值=∑(部位各级别产量×级别单价)。部位上(中)等烟比例=[部位上(中)等烟产量/部位产量]×100%。

1.5 数据分析

用Excel 2016进行数据初步整理，计算发病率、病情指数、产量、产值，用SPSS 21.0软件对试验数据进行方差分析，用数据分析中的比较均值功能，选择单因素ANOVA功能，进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响

由表1可知，3个高碳基有机肥处理的有效叶数和株高均低于对照CK，有效叶数为CK>T1>T2>T3，CK与T3处理差异显著；株高为CK>T1>T3>T2，CK与3个高碳基有机肥处理差异显著。在茎围上，T3>CK>T2>T1，T3处理与T1差异显著。对于最大腰叶，CK的叶面积大于3个高碳基施肥处理，尤其是叶长，CK与3个高碳基有机肥处理差异显著；叶宽为T3>CK>T1>T2，但差异不显著；腰叶面积为CK>T3>T2>T1，CK与与T1、T2处理差异显著。对于最大上部叶，叶长为T3>T2>CK>T1，T3处理显著大于CK和T1，T2与T1处理差异显著；叶宽为T2>T3>T1>CK，T2和T3处理与CK差异显著，叶宽增加2 cm及以上；叶面积为T2>T3>CK>T1，T2、T3处理与CK差异显著。综合各农艺性状指标，高碳基有机肥对烟株农艺性状的影响主要在上部叶上，能促进上部叶开片，T2和T3效果最明显，对上部叶叶宽有一定促进作用，促进上部叶开片。

表1 不同处理打顶后10 d烟株农艺性状

2.2 不同处理对烟株根系发育的影响

由表2可知，3个高碳基有机肥处理的根系生长指标均大于CK。T1处理的综合效果最好，除平均直径与CK接近外，其他7个指标均显著高于CK，根长、投影面积、表面积、根体积和分枝数高于T2处理，但差异不显著，平均直径显著低于T2，根尖数和交叉数显著高于T2。T2处理的综合效果次之，各项指标均显著高于CK，平均直径最高，在根长、表面积、根体积和分枝数4个方面也有较好的效果。T3处理与CK比较接近，8个指标均大于CK，平均直径、根体积、根尖数和交叉数与CK差异显著，其它4个指标差异不显著。综合以上结果，高碳基有机肥有促进根系发育的作用，尤其是T1处理，综合效果最好。

表2 不同处理打顶后10 d烟株根系扫描结果

2.3 不同处理对烟株干物质积累的影响

从表3可以看出，3个高碳基有机肥处理的叶干质量显著低于CK，T1和T2处理均为63.33 g，T3处理稍高。在茎干质量上，3个高碳基有机肥处理显著高于CK，T2处理最大，达到 37.23 g，T1和T3处理相当。在茎叶干质量上，CK最大，达到107.42 g，T3和T2处理次之，T1处理最小，CK与3个高碳基施肥处理差异显著。在根干质量上，3个高碳基有机肥处理显著高于CK，均在41.00 g以上，CK仅为32.52 g。在总干质量上，T2处理最大，T1和T3处理次之，CK较低，T2处理与T3、T1、CK差异显著。在根冠比上，3个高碳基有机肥处理显著高于CK。综合干质量的各个指标，T2处理的效果较好，具有较强壮的根系和茎秆，T1和T3处理整体较小，但根干质量、茎干质量和根冠比均大于对照CK。

表3 不同处理打顶后10 d干物质积累情况

2.4 不同处理对烟株主要病害的影响

在烟叶成熟期，烟区叶斑病发病严重，对试验田进行叶斑病统计，结果如表4所示。从表4可以看出，在发病率方面，靶斑病的发病率较高，发病率均在45.00%以上，与CK相比，3个高碳基有机肥处理的发病率更高，T1和T3处理高于52.00%，T2处理稍低，为49.33%。气候斑的发病率稍低，CK的发病率最低，为11.33%，3个高碳基有机肥处理的发病率相对较高，达到20.00%左右。分析两病共患的情况，CK在10.00%以下，T1处理最高，达到19.67%，T2和T3处理稍低，在16.00%左右。因叶斑病发病率较高，完全正常的烟株相对较少，CK的无病率最高，为52.67%，3个高碳基有机肥处理的正常烟株比CK少，T2处理为47.67%，T3和T1更低，分别为43.67%和39.67%。在病情指数方面，3个高碳基有机肥处理的靶斑病、气候斑和两病共患的病情指数均显著高于CK，与发病率的规律相似。综合以上结果，初步认为高碳基有机肥对叶斑病没有改善作用。

表4 不同处理叶斑病发生情况

在烟叶成熟期，烟区黑胫病发病严重，对试验田各处理进行黑胫病调查，结果如表5所示。CK烟田的黑胫病发病率较高，达到44.40%，而3个高碳基有机肥处理发病率较低，在5.20%～7.80%之间，T1和T3处理的发病率稍高，分别为7.80%和6.70%，T2处理最低，为5.20%，CK与3个处理差异显著。在病情指数方面，CK最高，达到32.15，3个高碳基有机肥处理较低，不足10.00，CK与3个处理差异显著。这些结果表明，高碳基有机肥对预防黑胫病效果显著。

2.5 不同处理烤后烟叶化学成分分析

一般认为，优质烤烟化学成分的适宜值范围为总糖含量18%～24%，还原糖含量16%～22%，总氮含量1.5%～3.0%，烟碱含量1.5%～3.5%，钾含量在2%以上，氯含量0.3%～0.8%，两糖比 ≥0.9，糖碱比8～12，氮碱比0.8～1.1，钾氯比≥4。由表6可知，CK与3个高碳基有机肥处理的化学成分中，除氯含量较低外，其他化学成分指标多在优质烟叶适宜指标之内，烟叶质量整体较好。

表5 不同处理黑胫病发生情况

B2F的分析表明，与CK相比，3个高碳基有机肥处理的总糖和还原糖含量高于CK，T2和T3的总糖含量较高，超过23.50%，与CK差异显著；3个高碳基有机肥处理的还原糖含量均在21.50%以上，与CK差异显著。3个高碳基有机肥处理的总氮含量显著高于CK，T1处理最高，与T2、T3处理差异显著。CK的烟碱含量最高，为2.57%，显著高于3个高碳基有机肥处理。钾含量普遍较高，均在2.30%以上，CK最低，而3个高碳基有机肥处理的含量在2.50%以上。氯含量普遍较低，除T3处理的含量稍高，为0.31%，CK与另外2个高碳基有机肥处理的含量均较低，为0.22%～0.24%。在化学成分协调性方面，CK与3个高碳基有机肥处理的两糖比均在0.94左右，基本没有差别；糖碱比大小为T3>T2>T1>CK，T3和T2处理的糖碱比在10.00以上，CK仅为8.24；在氮碱比方面，3个高碳基有机肥处理较高，在0.9以上，CK最低，为0.82；CK及3个处理的钾氯比普遍较高，均在8.00以上。C3F分析结果的变化规律与B2F相似。综合以上结果，化学成分整体较好，协调性表现为T2>T1>T3>CK(表6)。

表6 烤后烟叶化学成分分析

2.6 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质量，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7所示。对于上部叶，在产量组成上，CK以B3F和B4F为主，这2个级别占CK产量的64.63%，3个高碳基有机肥处理的B2F比例最大，B1F和B3F也有较大的比例。在上等烟比例上，3个高碳基有机肥处理均在50.00%以上，显著高于CK的25.51%，大小为T3>T2>T1>CK。3个处理的中等烟比例在30.00%以下，显著低于CK的64.63%。在产量上，3个处理显著高于CK，增加比例分别为19.73%、32.65%和22.79%，T2的产量最高，显著高于T3和T1。在产值上，CK最低，仅为12 484.50元/hm2，3个处理均在20 000.00元/hm2左右，比CK分别增加了58.31%、95.30%和81.05%。综合上部叶的结果，高碳基有机肥在一定程度上能增加上部叶的产量，能提高上部叶的产值55.00%以上，上等烟的比例较高，达到50.00%以上，综合效果为T2>T3>T1>CK。

对于中部叶，在产量组成上，CK以档次较低的C4F为主，占31.87%，C3F和杂色烟也占有较大比例；3个高碳基有机肥处理均以档次较高的C3F为主，占38.00%～52.00%，C2F和C4F也有较大的比例，杂色烟比例较低。3个高碳基有机肥处理的上等烟比例均在55.0%以上，显著高于CK的43.22%，大小为T2>T3>T1>CK。中等烟比例呈相反的趋势。在产量上，CK与3个高碳基有机肥处理差异不显著，均在682.00～692.00 kg/hm2之间。在产值上，CK最低，为15 209.00元/hm2，3个高碳基有机肥处理比CK分别增加了13.81%、25.52%和17.69%。综合中部叶的结果，高碳基有机肥对中部叶的产量有一定的促进作用，能提高中部叶的上等烟比例和产值，各处理综合表现为T2>T3>T1>CK。

对于下部叶，在产量组成上，CK及3个高碳基有机肥处理均没有上等烟，中等烟(X3F)的比例也较低，均在10.00%左右，差异不显著，杂色烟叶较多，均在90.00%左右。产量和产值整体较低，产量在245.00～278.00 kg/hm2之间，差异不显著；产值小于330.00元/hm2。综合下部叶的结果，高碳基有机肥对下部叶的产量、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。

表7 不同处理烤后烟叶产量和产值分析

综合各部位烟叶的结果，在总上等烟比例上，CK最低，仅为28.79%，3个高碳基有机肥处理较高，均在45.00%以上，显著高于CK。在总中等烟比例上，CK最高，为41.33%，显著高于3个高碳基有机肥处理，3个高碳基有机肥处理在25.00%～31.00%之间。与CK相比，3个高碳基有机肥处理的总产量也呈增加的趋势，增幅在9.80%～14.01%之间，显著高于CK，总产量的大小为T2>T3>T1>CK。在总产值上，3个高碳基有机肥处理显著大于CK，增幅在33.63%～56.48%之间，大小为T2>T3>T1>CK。综合总产量和总产值的结果，T2处理的结果最好，表现为T2>T3>T1>CK。

3 讨论与结论

3.1 高碳基有机肥对烟草生长发育的影响

生物炭基肥有促进作物生长的作用，这在大豆[14]、花生[14-15]、番茄[16]、水稻和青椒[17]、玉米[18]、甘蔗[19]等多种作物上得到验证。近年来，高碳基有机肥在烟草生产上的应用取得了较好的效果，烟草的生长发育状况是烟叶优质适产的基础，许多研究认为，高碳基有机肥有促进烟草生长发育的作用，能促进烤烟株高、茎围、叶长、叶宽和最大叶面积[9，20]；能够促进烤烟干物质积累[9-10，21-22]。然而，路丹等的研究表明，高碳基有机肥不影响烤烟的株高和单叶质量，但可显著提高烤烟的茎粗、有效叶片数和最大叶面积[23]。本试验中，高碳基有机肥对烟株有效叶数、株高、茎围、最大腰叶面积没有正向作用，主要影响上部叶，促进上部叶开片，可能的原因是高碳基有机肥前期肥效稍慢，后期雨水较大时，淋溶相对较少，保持肥效充足，从而使上部叶开片较好。高碳基有机肥有促进根系发育的作用，尤其对根长、表面积、根尖数和分枝数4个方面有较大的促进作用；有促进干物质积累的作用，主要促进茎秆和根系的干质量，为培育强壮的烟株提供物质基础。究其原因，可能是因为高碳基有机肥由生物炭和有机肥混制而成，可充分发挥生物炭具有良好吸附特性和有机肥养分齐全的优点，进而有效调节作物生育期的养分供应状况，使作物各个生育期的养分供需更加合理，从而促进作物的生长发育。

3.2 高碳基有机肥对烟草病害的影响

烟草是一种易发生病害的作物，常年连作导致烟草发病率逐渐升高，严重影响到烟叶的产量和品质。一些研究报道了高碳基有机肥对烟草病害的影响。方明等研究表明，与对照常规施肥相比，高碳基有机肥能提高烟株对青枯病和气候斑点病的抗性[24]；姚文艺等研究表明，高碳基有机肥能明显促进烤烟生长，降低烤烟黑胫病、普通花叶病等主要病害的发病率和病情指数[25]；汪坤等研究表明，高碳基有机肥能降低烟草普通花叶病、黑胫病和青枯病的发病率[26]。本研究中，3个高碳基有机肥处理的叶斑病(靶斑病和气候斑)发病率和病情指数普遍比正常施肥的对照高一些，这可能与2019年6月中旬广西连续暴雨，导致叶斑病暴发有关，而3个高碳基有机肥处理的烟株发育稍快，烟叶接近成熟，更容易感染叶斑病，这可能是3个高碳基有机肥处理叶斑病发病率稍高的原因。另外，统计发病株时，有轻微症状的烟株均按发病株统计，这可能是本试验中叶斑病发病率较高的一个主要原因。然而，对于黑胫病，3个高碳基有机肥处理的发病率和病情指数极低，而对照组却大规模发病，这可能与处理组根系发育较好、茎秆较粗壮，抗病性强有关。

3.3 高碳基有机肥对烟叶化学成分的影响

烤后烟叶的化学成分是烟叶质量的重要评价标准之一，多数研究认为，适宜的高碳基有机肥用量能够改善烤后烟叶化学品质，显著提高总糖、还原糖和钾含量[9-10，27-30]；降低烟碱、总氮和氯含量[27，29-31]；有提钾降氯的作用，使钾氯比更协调[27，32]；使糖碱比更适宜[27，30]，改善中、上部烟叶化学成分的协调性[21，33]。然而，也有一些研究表明，施用高碳基有机肥能够有效提高上部叶氯含量、降低烟碱含量[10]，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[23]。在本研究中，上部叶(B2F)和中部叶(C3F)的化学成分变化基本一致，高碳基有机肥处理有提高总糖、还原糖和钾含量的作用，对总氮含量有一定的提高作用，在一定程度上降低烟碱含量，提高糖碱比和氮碱比，这与前人的研究结果[9-10，27-30]基本一致，这可能是因为高碳基有机肥在一定程度上促进了碳水化合物的代谢。对于提高烟叶的协调性，这可能因为高碳基有机肥有较强的生物稳定性，可以改善土壤微生物环境，使土壤养分供应更加协调，进而提升烟叶质量[26]。

3.4 高碳基有机肥对烟草经济性状的影响

烟草是一种重要的经济作物，经济性状是衡量试验效果的重要标准之一，经济性状主要包括产量、产值、上等烟比例、中等烟比例等指标。在高碳基有机肥对烟草影响的研究中，通常认为，施用高碳基有机肥可有效提高烟叶产量、产值及中上等烟比例[10，23，25，27，34]，产量可以提高5.15%～26.06%[23]，甚至24.46%[10]，产值提高4.97%～28.41%[23，34]，上等烟比例高出48.84%～61.36%[27]。在本研究中，高碳基有机肥在一定程度上能提高中、上部烟叶的产量，显著提高产值和上等烟比例，对下部叶的影响较小。然而，在本试验中，3个处理的中部叶产量与对照CK差别不大，可能的原因是受2019年6月中下旬的大暴雨和飓风的影响，烟田烟叶吹掉情况十分严重，尤其中部叶掉落情况特别严重。而3个高碳基处理烟叶的落黄稍早，对照CK落黄稍晚，所以高碳基有机肥处理中部叶掉落相对较多。这也可能是导致本试验产量和产值总体偏低的主要原因。在中部叶产量受到一定影响的情况下，3个高碳基有机肥处理最终获得较高的产量和产值。对于下部叶，由于阴雨天影响，相比较于往年，采收时间过早，烟叶变黄程度不够充分，导致青黄烟出现的比例占很大一部分。同时，下部叶靶斑病较为严重，严重影响烤后烟叶的质量及等级。这些因素严重影响下部叶的烤后烟质量，导致X4F的烟叶含量较大，基本没有出现X2F的烟叶，仅有少量的X3F烟叶。这些因素最终导致对照及3个高碳基有机肥处理下部叶的总体产值较低。

高碳基有机肥能促进上部叶开片，促进根系发育，促进干物质向茎秆和根系积累；对叶斑病没有改善作用，对预防黑胫病有非常好的效果；能提高烟叶的糖含量和钾含量，协调烟叶的化学成分；对提高经济性状有较好的效果。穴施高碳基有机肥时，330 kg/hm2的用量效果最好，因此，在广西贺州地区，适宜推广这种肥料用量。