生物炭施用量對土壤特性和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

邱嶺軍 張翔 李亮

摘要 [目的]探究生物炭施用量和施用方式對連作植煙土壤的改良效果。[方法]通過田間試驗研究生物炭不同施用量（0、1 500、3 000、4 500、6 000 kg/hm2）對煙株農(nóng)藝性狀、土壤理化性質(zhì)及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響。[結(jié)果]不同生物炭用量可明顯改善連作植煙土壤品質(zhì)，調(diào)節(jié)植煙土壤pH至適宜水平，土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量隨著生物炭用量的增加而表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢;與對照比較，T3處理的土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量分別提高了9.72%、2.41%、6.55%和4.65%;施用生物炭還能提高煙株的抗病性，降低根腐病、黑脛病的發(fā)病率和病情指數(shù);以常規(guī)施肥+生物炭3 000 kg/hm2處理煙葉品質(zhì)最佳且經(jīng)濟(jì)性狀好，較對照產(chǎn)量提高26.14%，產(chǎn)值增加12.69%，中上等煙比例均提高21.08%。[結(jié)論]施用生物炭量處理能有效改善煙田土壤特性，促進(jìn)植株生長，顯著提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 烤煙;連作障礙;生物炭;土壤理化性質(zhì)

中圖分類號 S156.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）18-0153-04

Abstract [Objective]To explore the effect of biochar application rate and method on the improvement of continuous cropping tobacco soil.[Method]Effect of different application rates of biochar （0，1 500，3 000，4 500，6 000 kg/hm2） on tobacco agronomic characteristics，soil physical and chemical properties and tobacco yield and quality was studied by field experiment.[Result]The amount of biochar could significantly improved the quality of continuous cropping tobacco soil，adjusted the pH of the tobaccogrowing soil to an appropriate level，and the contents of total nitrogen，alkaline nitrogen，available potassium and available phosphorus showed an increase first with the increase of the amount of biochar.Compared with the control，the contents of total nitrogen，alkaline nitrogen，available potassium，and available phosphorus in T3 treated soil increased by 9.72%，2.41%，6.55%，and 4.65%，respectively;the application of biochar could also increase tobacco planting disease resistance，reduce the incidence and disease index of root rot and black shank disease;conventional fertilization+biochar 3 000 kg/hm2 had the best tobacco leaf quality and good economic characteristics，which increased 26.14% and increased output value compared with the control treatment.The output value increased by 12.69% and medium grade tobacco increased by 21.08%.[Conclusion]The application of biochar treatment can effectively improve the soil characteristics of tobacco fields，promote plant growth，and significantly improve the yield and quality of tobacco leaves.

Key words Tobacco;Continuous cropping obstacles;Biochar;Soil physical and chemical properties

土壤作為烤煙種植的直接載體，其理化性質(zhì)、肥力水平及微生物活性水平與植物生長代謝關(guān)系緊密[1]，隨著我國人-地矛盾的日益突出，烤煙長期連作和過量施用化肥等嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)，C/N比例失調(diào)，最終造成煙田土壤養(yǎng)分不平衡、根際土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)惡化、土傳病害加重、煙葉化學(xué)成分不協(xié)調(diào)、煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)逐年下降[2-3]。在此情況下，實現(xiàn)煙草行業(yè)的可持續(xù)經(jīng)營引起大多數(shù)學(xué)者的關(guān)注。生物炭作為近年來新興的改良土壤措施，是繼有機(jī)與無機(jī)肥配施、綠肥翻壓及科學(xué)輪作之后又一種土壤改良方式，是生物質(zhì)（如秸稈、廢棄物、樹枝等）在缺氧條件下經(jīng)過熱裂解而形成的炭化物，生物炭可改良煙田土壤，降低烤煙土壤改良劑上部葉片煙堿含量，提高煙葉鉀、總糖和還原糖含量，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分，成為改良土壤、提高作物產(chǎn)量、增加土壤固碳的多贏措施[4]。何緒生等[5]研究表明，制備生物炭的副產(chǎn)品（木醋液）能協(xié)調(diào)烤后煙的化學(xué)成分、降低煙葉的總氮和煙堿含量以及提高煙株抗病性能。由于生物質(zhì)材料及炭化條件不同，導(dǎo)致生物炭的養(yǎng)分、性質(zhì)及其施用方法也必然存在差異，不同植煙區(qū)域和土壤類型在選擇生物炭和肥料施用方式和用量也會對其施用效果產(chǎn)生不同影響。筆者探討條施生物炭及不同用量對烤煙生長、土壤理化性狀及經(jīng)濟(jì)性狀的影響，明確條施生物炭對烤煙品質(zhì)的改良效果及最佳用量，為不同模式下利用生物炭改良煙草連作障礙和提升煙葉品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年5—10月在河南郟縣安良鎮(zhèn)酸莊村開展，供試烤煙品種為中煙100，試驗基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)：pH 5.12，有機(jī)質(zhì)14.9 g/kg，全氮0.75 g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀1.92 g/kg，堿解氮98.3 mg/kg，有效磷13.1 mg/kg，速效鉀165 mg/kg，陽離子交換量12.7 cmol （+）/kg。試驗前茬為煙草，烤煙品種為中煙100。供試肥料種類：煙草專用復(fù)合肥料（N 10%、P2O5 10%、K2O 20%），腐熟芝麻餅肥（N3%），硫酸鉀（K2O 50%），試驗地肥力均勻一致，地勢平坦，排灌方便。

1.2 試驗設(shè)計 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)6個處理。T1：常規(guī)施肥（NPK，不施生物炭）;T2：NPK+生物炭1 500 kg/hm2;T3：NPK+生物炭3 000 kg/hm2;T4：NPK+生物炭4 500 kg/hm2;T5：NPK+生物炭6 000 kg/hm2。生物炭在移栽前整地時條施。純氮（N）量為 75 kg/hm2，磷肥為 112.5 kg/hm2，鉀肥為262.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為1∶1.5∶3.5，試驗各處理氮、磷、鉀用量保持一致，氮肥70%條施、30%穴施，磷肥全部條施，鉀肥50%條施、20%穴施、30%追施。

每個小區(qū)面積72 m2 （4 m×15 m），每小區(qū)種植4行，行距120 cm，株距55 cm。每個處理3次重復(fù)。選取長勢均勻一致的煙苗進(jìn)行移栽，其他栽培及田間管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行。

1.3 樣品采集與分析

于烤煙生長的3個生育期（團(tuán)棵期，移栽后30 d;旺長期，移栽60 d;成熟期，移栽后90 d），在煙壟上采集2株煙正中位置0 ～ 20 cm土層3個重復(fù)的土樣，采用5點法混合均勻后取1/4低溫冷藏帶回室內(nèi)，鮮樣去雜后測定土壤理化性質(zhì)及物理性狀，另外部分土樣風(fēng)干后研磨測養(yǎng)分含量。土壤微生物區(qū)系用稀釋平板分離測數(shù)法測定;按照文獻(xiàn)[6]的方法測定土壤pH：采用電位法（ZD型酸度計）;堿解氮：堿解擴(kuò)散法;有效磷：碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀：醋酸銨浸提-火焰光度計法。

1.4 煙株病蟲害調(diào)查

煙株病害調(diào)查：分別在團(tuán)棵期、旺長期和圓頂期調(diào)查病毒類病害（TMV、PVY）、根莖類病害（黑脛病、根黑腐病）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較不同處理間差異顯著性（P=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響 由表1可知，生物炭不同用量處理顯著促進(jìn)了煙株生長發(fā)育。在團(tuán)棵期，與對照相比，不同生物炭處理株高的提高幅度為2.1～5.4 cm，葉長分別提高了9.82%、16.49%、13.68%、10.18%，莖圍方面以T3處理最大，為5.8 cm，T4處理表現(xiàn)次之，為5.7 cm，不同生物炭用量處理中以T3處理農(nóng)藝性狀最佳。在旺長期，株高和莖圍均以T3處理最大，分別達(dá)98.4和8.9 cm，與對照相比，株高、葉長和葉寬分別提高了9.70%、10.0%、19.54%，葉寬表現(xiàn)為T3>T4>T5>T2>T1。在圓頂期，株高和莖圍均以T3處理表現(xiàn)最高，為145.9、12.8 cm，與對照相比，株高、莖圍和葉長分別提高了4.44%、13.27%、7.68%，而葉片數(shù)在整個生育期不同處理之間均差異不顯著。綜上，T3處理對烤煙株高、葉片數(shù)、莖圍及葉面積均有促進(jìn)作用，能有效促進(jìn)烤煙生長發(fā)育。

2.2 不同處理對煙株發(fā)病率的影響 由表2可知，在團(tuán)棵期，各個處理均有不同程度的根腐病害發(fā)生，其中對照發(fā)病率最高，為1.5%，T3處理發(fā)病率最低。在旺長期，根腐病發(fā)病率表現(xiàn)為T1>T2>T4>T5>T3。隨著煙株生育期的不斷推進(jìn)，到了圓頂期根腐病已十分嚴(yán)重，對照根腐病發(fā)病率最高，達(dá)8%，T2、T3、T4、T5處理根腐病發(fā)病率與對照相比分別降低了31.25%、62.5%、43.75%、40.0%，同時，黑脛病開始出現(xiàn)，且發(fā)病率也以對照表現(xiàn)最高，為5%，T2處理表現(xiàn)次之。不同生物炭用量處理中根腐病和黑脛病發(fā)病率均為T3處理最低，根腐病發(fā)病率為3%，黑脛病發(fā)病率為2%，表明施用生物炭對根腐病和黑脛病有明顯的防治效果，以NPK+生物炭3 000 kg/hm2的T3處理效果最佳，能降低根腐病和黑脛病的發(fā)病率和病情指數(shù)。

2.3 不同處理對煙田土壤物理性質(zhì)的影響 從表3可以看出，土壤含水率隨生育期表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，于旺長期出現(xiàn)峰值，土壤鹽度、土壤電導(dǎo)率、介電常數(shù)隨生育期表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢，土壤溫度隨生育期表現(xiàn)為不斷減少的趨勢。團(tuán)棵期，隨生物炭施用量的增加，土壤鹽度、土壤電導(dǎo)率、介電常數(shù)呈先增加后降低的趨勢，土壤固相率逐漸下降。T2、T3、T4、T5處理的土壤含水率與對照相比分別提高了8.68%、26.87%、20.43%、13.34%，旺長期，土壤鹽度、土壤電導(dǎo)率、土壤介電常數(shù)以T3處理表現(xiàn)最高，為22.33 mg/L、68.2 us/cm、4.62，不同生物炭處理的土壤含水率分別為對照處理的1.05、1.14、1.03和1.05倍。T3處理的總?cè)芙夤腆w含量與對照相比提高了11.87%。圓頂期，施用生物炭處理的土壤含水率與對照處理相比降低了5.35%、5.28%、7.53%、3.24%，隨生物炭施用量的增加，土壤電導(dǎo)率、土壤介電常數(shù)先增加后降低，在生物炭3 000 kg/hm2時達(dá)到最大值，而土壤溫度和總?cè)芙夤腆w含量呈遞減趨勢。表明施用適量生物炭可以改善土壤水分環(huán)境，疏松土壤，優(yōu)化土壤耕作性能，改善土壤通氣狀況。

2.4 不同處理對煙田土壤養(yǎng)分和pH的影響

由表4可知，生物炭不同用量處理的土壤pH相對于背景值（5.12）存在顯著升高趨勢，高于不施生物炭的對照，其中以T3處理改良效果最好，pH升幅最大，提高了19.73%。土壤有機(jī)質(zhì)含量隨生物炭施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，以T3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高;土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量隨著生物炭施用量增加而表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。T3處理的土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量與對照相比分別提高了9.72%、2.41%、6.55%和4.65%，而生物炭的施用對土壤陽離子交換量影響不大。表明施用生物炭對土壤物理特性有明顯的改良效果，可增加土壤對鉀的吸持作用，提升土壤鉀素供應(yīng)水平。

2.5 不同處理對煙葉經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表5可知，生物炭不同用量處理對烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價等經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)的影響顯著，施用生物炭處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和中上等煙比例與對照相比均有不同程度提高，其中T3處理煙葉品質(zhì)最佳且經(jīng)濟(jì)性狀好，較對照產(chǎn)量提升26.14%，產(chǎn)值增加12.69%，中上等煙比例均提升21.08%，T3處理產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和中上等煙比例顯著優(yōu)于T2、T4、T5處理，表明NPK+生物炭3 000 kg/hm2的T3處理可提高上等煙比例、均價和煙葉產(chǎn)量，提高烤煙產(chǎn)值，對烤煙的經(jīng)濟(jì)效益有積極的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論與討論

生物炭是增強(qiáng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力、調(diào)控土壤根際生境、減緩煙草連作障礙、促進(jìn)煙草碳氮代謝及提升煙葉品質(zhì)的一項重要技術(shù)途徑[7-8]。生物炭是具有高度芳香化、熱穩(wěn)定性和抗分解特性的富含碳元素產(chǎn)物，能有效改良土壤性狀、提高土壤養(yǎng)分有效性、改善土壤微生物多樣性和酶活性以及促進(jìn)烤煙生長發(fā)育[9-10]。不同生物炭用量處理不僅改善了植株的生長狀況，煙株的株高、莖圍及葉面積均有不同程度提高。土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量隨著生物炭用量的增加而表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，而對土壤陽離子交換量影響不大。與對照比較，T3處理的土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量分別提高了8.57%、1.68%、2.38%和4.65%。表明施用生物炭可以促進(jìn)煙株生長發(fā)育，為烤煙快速生長提供充足的養(yǎng)分。

施用生物炭能夠明顯改善煙田土壤物理特性，促進(jìn)煙株對養(yǎng)分和水分的吸收，進(jìn)而改良連作煙田[11-13]。土壤鹽度、土壤電導(dǎo)率、介電常數(shù)隨生育期表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢。旺長期，施用生物炭處理的土壤含水率分別為對照的1.05、1.14、1.03和1.05倍。T3處理的總?cè)芙夤腆w含量與對照相比提高了11.87%。圓頂期，施用生物炭處理的土壤含水率與對照處理相比降低了5.35%、5.28%、7.53%、3.24%?？赡茉蚴巧锾康氖┯酶淖兞送寥赖慕Y(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)了土壤養(yǎng)分，使土壤的透氣性、透水性以及根系的生長環(huán)境發(fā)生變化。凌天孝等[14]研究表明生物炭與化肥配施對烤煙品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性狀有顯著影響，不同生物炭用量對烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價等經(jīng)濟(jì)性狀影響顯著，其中生物炭3 000 kg/hm2處理的煙葉品質(zhì)最佳且經(jīng)濟(jì)性狀好，較對照產(chǎn)量提升26.14%，產(chǎn)值增加12.69%，中上等煙比例均提升21.08%。結(jié)果表明，烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值并不與條施生物炭用量呈正相關(guān)關(guān)系，只有科學(xué)合理地施用適量的生物炭，才能節(jié)約成本，提高煙農(nóng)收益。因此，在該試驗條件下NPK+生物炭3 000 kg/hm2能夠很好地改善土壤物理性質(zhì)，提高烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)，從而提高煙農(nóng)的收益。

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