生物炭和保水劑用量對(duì)土壤狀況及煙草品質(zhì)的影響

張瑞平 郭偉 李玉娥 齊奎元 金江華 劉鵬飛

摘要：為探究不同用量的生物炭和保水劑對(duì)土壤狀況及煙草品質(zhì)的影響，以云煙100為供試材料。采用大田試驗(yàn)，以2個(gè)生物炭用量（30、50g/株）和2個(gè)保水劑用量（5、10g/株）組合成4個(gè)處理。結(jié)果表明，施用生物炭和保水劑可以使土壤中的含水率保持較高的水平，T2處理（生物炭50g/株和保水劑5g/株）10cm和20cm土壤含水率均處于較高水平。施用生物炭和保水劑后，各個(gè)處理均可增加土壤pH值及旺長(zhǎng)期煙葉的SPAD值；各處理總糖含量較CK分別增加了1.30、8.37、3.81、5.30百分點(diǎn)；還原糖含量較CK分別增加了0.90、5.62、2.03、3.90百分點(diǎn)；其中T2處理的糖堿比和鉀氯比較CK分別增加了19.89%和5.79%；生物炭和保水劑可有效提高煙葉中性致香物質(zhì)總量和感官評(píng)吸質(zhì)量得分，均以T2處理最高，較CK分別增加39.55%和3.52%。生物炭和保水劑配施對(duì)改善土壤含水率、pH值、煙葉葉綠素含量以及烤后煙葉品質(zhì)均有較好效果，且當(dāng)生物炭施用量為50g/株和保水劑施用量為5g/株時(shí)，煙葉品質(zhì)最好。

關(guān)鍵詞：生物炭；保水劑；土壤含水率；土壤pH值；煙草品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S572.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）10-0072-06

生物炭是一種由木質(zhì)材料、作物秸稈、城市固體垃圾、畜禽糞便以及水生植物等有機(jī)物質(zhì)經(jīng)高溫裂解而成的一種富含碳素的多孔固體顆粒物質(zhì)［1］。研究發(fā)現(xiàn)，生物炭富含礦物質(zhì)，不僅可以促進(jìn)土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)［2］，還可以提高土壤的pH值［3］。另外，生物炭還能將土壤中的氮素固定，使其緩慢釋放，可有效增加肥效，降低肥料用量，增加農(nóng)作物產(chǎn)質(zhì)量［4-6］。李松偉等研究表明，生物炭配施海藻有機(jī)肥可增強(qiáng)煙株的光合能力，增加其抗氧化和滲透調(diào)控能力［7］。王希賢等研究表明，生物炭配施氮肥能使鼓節(jié)竹的葉綠素含量顯著增加，使其葉片的光合作用得到明顯改善，進(jìn)而促進(jìn)鼓節(jié)竹的生長(zhǎng)［8］。閻海濤等研究表明，生物炭和微生物菌劑配施不僅對(duì)煙株生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，而且對(duì)煙葉中的總糖含量、還原糖含量以及中性致香物質(zhì)總量均有明顯的提升作用［9］。

保水劑是一種高吸水性樹脂，具有極高的吸水性和保水性，在土壤中可快速吸收大量的水分，并能緩慢地將水分排出以供作物吸收，從而達(dá)到保水抗旱的作用［10］。保水劑能顯著提高土壤含水率、化肥利用率［11-12］。保水劑的適量施用可以提高煙葉中葉綠素的含量和平衡雪茄煙葉中的大、中、微量元素［13-14］。保水劑對(duì)提高煙草抗旱能力、抗病性以及烤后煙葉質(zhì)量均有顯著作用［15］。另有研究得出，保水劑還可以將土壤中的水分維持在表層，降低土壤中水分的滲入，有利于煙苗的移栽和成活［16-18］。

生物炭和保水劑作為2種土壤改良劑對(duì)于植物的促進(jìn)作用，已經(jīng)被越來(lái)越多的試驗(yàn)所證實(shí)，但大多數(shù)研究都是分別對(duì)農(nóng)作物生理特性的初探，而對(duì)生物炭與保水劑配施作用的研究鮮有報(bào)道。目前，人們僅在玉米［19］、油菜［20］和火鶴花［21］上有過(guò)類似研究。本試驗(yàn)主要研究不同用量的生物炭和保水劑對(duì)土壤含水率、土壤pH值以及煙草品質(zhì)的影響，這對(duì)改善干旱條件下煙株生長(zhǎng)以及研究生物炭與保水劑之間的聯(lián)合作用效果具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2021年4—9月在云南省曲靖市羅平縣阿崗鎮(zhèn)（104°13′E，25°17′N，海拔1900m）試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行，供試烤煙品種為云煙100。供試土壤為云南典型地帶性紅壤土，有機(jī)質(zhì)含量46.52g/kg，堿解氮含量145.33mg/kg，速效磷含量30.45mg/kg，速效鉀含量214.50mg/kg，pH值6.73。

試驗(yàn)所用的生物炭以花生殼為原料制得，購(gòu)自河南惠農(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司。保水劑為沃特保水劑，購(gòu)自勝利油田長(zhǎng)安控股集團(tuán)有限公司，為“有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化新型多功能保水劑”。煙草專用基肥由云南歐羅漢姆肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)（氮含量15%，磷含量8%，鉀含量25%）；農(nóng)業(yè)用硫酸鉀為國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共5個(gè)處理：CK（常規(guī)施肥）、T1（常規(guī)施肥+生物炭30g/株+保水劑5g/株）、T2（常規(guī)施肥+生物炭50g/株+保水劑5g/株）、T3（常規(guī)施肥+生物炭30g/株+保水劑10g/株）、T4（常規(guī)施肥+生物炭50g/株+保水劑10g/株）。常規(guī)施肥為煙草專用基肥和農(nóng)業(yè)用硫酸鉀，每株煙施用煙草專用基肥50g，硫酸鉀40g，均為穴施。4月25日移栽，每個(gè)處理150株煙，設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，其他處理同常規(guī)田間管理，8月底完成采收。

1.3測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.3.1土壤含水率的測(cè)定

從煙苗移栽后每隔5d使用快速土壤水分測(cè)定儀在2個(gè)煙株間的壟體上進(jìn)行測(cè)量（分別測(cè)定土壤10cm和20cm深處），直至進(jìn)入當(dāng)?shù)赜昙窘邓Y(jié)束后停止測(cè)量。

1.3.2土壤pH值的測(cè)定

將土樣經(jīng)過(guò)晾曬風(fēng)干后參照文獻(xiàn)［22］的方法進(jìn)行土壤pH值的測(cè)定。

1.3.3葉綠素含量（SPAD值）的測(cè)定

移栽后40d在試驗(yàn)田選擇5株具有代表性的煙株，參考文獻(xiàn)［23］，從上往下選取第8張葉代表中部葉，用SPAD-502手持式葉綠素測(cè)定儀選取葉中部，每隔7d記錄1次煙葉SPAD值，讀取時(shí)間均在晴天的10：00以前或16：00以后。

1.3.4煙葉常規(guī)化學(xué)成分的測(cè)定

采用連續(xù)流動(dòng)法［24］測(cè)定煙葉中總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯等的含量。

1.3.5主要中性致香物質(zhì)的測(cè)定

中性致香物質(zhì)的測(cè)定參考文獻(xiàn)［25］，采用同時(shí)蒸餾萃取法進(jìn)行測(cè)試分析，萃取劑為二氯甲烷。稱取20.00g煙樣及600mL水置于平底燒瓶中，準(zhǔn)確量取40mL二氯甲烷放在另一側(cè)的燒瓶?jī)?nèi)，并加入內(nèi)標(biāo)溶液1mL。萃取濃縮后使用HP-5890（日本島津公司）氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.6感官質(zhì)量

選取烤后煙葉C3F等級(jí)進(jìn)行煙葉感官質(zhì)量評(píng)價(jià)，由吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心完成。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Excel2016、SPSS26.0和Origin2018統(tǒng)計(jì)工具對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作。

2結(jié)果與分析

2.1生物炭和保水劑用量對(duì)土壤含水率的影響

由圖1可知，各處理10cm土壤含水率整體表現(xiàn)為在移栽后15～30d小幅度升高，之后又緩慢下降。移栽后15d，T3和T4處理的土壤含水率相差不大，CK、T1和T2處理的土壤含水率無(wú)顯著性差別，但顯著高于T3和T4處理（P<0.05）。移栽后30d，CK的土壤含水率降低了18.21%，除CK外，各處理的土壤含水率均有所升高；可能是因?yàn)樵?0d前有降雨，保水劑能吸收大量水分，使水分緩慢釋放；而CK水分散失較多，則是因?yàn)橥寥勒舭l(fā)所致。進(jìn)入旺長(zhǎng)期后，煙株快速生長(zhǎng)，各處理的土壤含水率均有所下降，此時(shí)土壤蒸發(fā)是最主要的水分流失。移栽后60d，T2處理的土壤含水率最高，較CK高出27.73%，且顯著高于其他處理。移栽后75d，4個(gè)處理的土壤水分含量均顯著高于CK，說(shuō)明生物炭和保水劑與基肥穴施可有效吸水和保水，滿足烤煙生長(zhǎng)的用水需求。

由圖2可知，各處理20cm土壤含水率表現(xiàn)為前期較高，30d后開始緩慢下降，與10cm土壤含水率整體變化基本一致。移栽后15d和30d，CK和T3處理存在土壤含水率低于45%的情況，尚未滿足烤煙正常的用水需求，其他3個(gè)處理的土壤含水率均超過(guò)47%，保水效果較好。移栽后45d，由于煙株蒸騰作用加強(qiáng)，各處理的土壤含水率均有所下降，其中T2處理的土壤含水率最高，較CK高出12.32%。移栽后60d和75d，各處理的含水量較45d無(wú)明顯變化，均為小幅度下降。相較于CK，施加了生物炭和保水劑的處理后期下降的趨勢(shì)更加平緩。在生長(zhǎng)后期，10cm和20cm土壤的含水率均以T2處理最高。

2.2生物炭和保水劑用量對(duì)土壤pH值的影響

由圖3可知，隨著移栽天數(shù)的增加，不同處理的土壤pH值整體表現(xiàn)為先升高后降低，在各個(gè)時(shí)期CK的土壤pH值均顯著低于施加生物炭和保水劑的處理（移栽后75d的T3處理除外）。移栽后15d和30d，T1、T2、T3與T4處理間土壤pH值差異不顯著，且顯著高于CK。移栽后45d，施用生物炭和

保水劑處理的土壤pH值均有所增加，其中T2處理的增幅最大，為5.15%。移栽后60d和75d，各處理的土壤pH值稍有所降低，T2處理的土壤pH值依然保持在較高水平，分別較CK高出12.71%、10.02%。表明施加生物炭和保水劑可以顯著提高土壤pH值，T2處理的效果較好。

2.3生物炭和保水劑用量對(duì)煙葉葉綠素含量（SPAD值）的影響

由圖4可知，煙葉SPAD值整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，移栽后50d，煙葉的SPAD值達(dá)到最大，隨后緩慢下降。煙株移栽后40d，CK的SPAD值最高，T4處理次之，T3處理最低，4個(gè)處理均顯著低于CK。移栽后50d，煙株處于旺長(zhǎng)期，各處理的煙葉SPAD值大幅度提高，這可能因?yàn)闇y(cè)定前期的降水所致。移栽后60d，各處理的煙葉SPAD值均有所降低，其中T2處理的煙葉SPAD值最高，與CK、T1、T3、T4處理差異顯著。移栽后70d，各處理的煙葉SPAD值逐漸降低，則是因?yàn)榇蝽敽箅S著氮代謝的減弱而呈下降趨勢(shì)。

2.4生物炭和保水劑用量對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

由表1可知，施加生物炭和保水劑的處理總糖含量顯著高于CK，T1、T2、T3和T4處理的總糖含量

較CK分別增加1.30、8.37、3.81、5.30百分點(diǎn)；還原糖含量分別增加0.90、5.62、2.03、3.90百分點(diǎn)。在總氮含量方面，T1和T4處理與CK無(wú)顯著差別，但顯著低于T2和T3處理。T3處理的煙堿含量最低，較CK低了0.21百分點(diǎn)，T4處理的煙堿含量最高。對(duì)于鉀含量而言，施加生物炭和保水劑的各個(gè)處理均顯著高于CK。T1處理的氯含量最高，其余各處理之間差異不顯著。各處理的糖堿比表現(xiàn)為T2處理>T3處理>T1處理>T4處理>CK，其中T2處理的糖堿比為19.89%；T1、T2和T3處理的氮堿比較CK分別增加5.68%、2.27%和10.23%；T2、T3和T4處理的鉀氯比較CK分別增加5.79%、15.58%和3.41%。綜上來(lái)看，生物炭和保水劑配施可改善烤后煙葉的常規(guī)化學(xué)成分，以T2和T4處理較好。

2.5生物炭和保水劑用量對(duì)烤煙中性致香物質(zhì)成分的影響

由表2可知，施加生物炭和保水劑的4個(gè)處理苯丙氨酸類中性致香物質(zhì)含量表現(xiàn)為T1處理最高，T4處理最低。T1處理的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中性致香物質(zhì)含量與CK差不多，其他3個(gè)處理與CK相比分別增加了4.87%、21.43%和14.09%。T4處理的類胡蘿卜素類中性致香物質(zhì)含量明顯高于其他處理，T3處理含量最低。類西柏烷類中性致香物質(zhì)含量表現(xiàn)為T2處理>T3處理>T1處理>T4處理>CK，其中T2處理含量最高，較CK增加了125.46%。新植二烯含量、除新植二烯外總量以及中性致香物質(zhì)總量均以T2處理最高，較CK分別增加了41.00%、31.30%和39.55%。

2.6生物炭和保水劑用量對(duì)烤煙感官評(píng)吸質(zhì)量的影響

由表3可知，各處理的香氣質(zhì)、燃燒性和灰分均無(wú)明顯差異；T2和T3處理的香氣量明顯高于其他處理，較CK分別增加了11.11%、5.56%。T3處理的濃度最低，刺激性最小（評(píng)分最高），勁頭最大，但余味干凈較舒適。各處理感官評(píng)吸質(zhì)量總分表現(xiàn)為T2>T3>T4>T1>CK，分別較CK增加了3.52%、3.02%、1.51%、1.01%。

3討論

3.1生物炭和保水劑用量對(duì)土壤狀況的影響

由于其較大的比表面積和吸附性能，生物炭可以增加土壤的孔隙度，具有較好的保水、保肥作用［26-27］。本研究表明，生物炭和保水劑配施可有效提高10cm和20cm土壤含水率，可為煙株的后續(xù)生長(zhǎng)提供相應(yīng)的水分。且隨著生物炭施用量的增加，土壤含水率也會(huì)增大，這與張立恒等的研究結(jié)果［28-29］一致。在生物炭施用量一定時(shí)，保水劑用量越多，保水性能越差，這可能是由于保水劑的吸水率增加使土壤微觀組織發(fā)生變化，導(dǎo)致土壤的孔隙變小，細(xì)小的生物質(zhì)炭顆粒會(huì)阻塞土壤的孔隙，從而減少水分的滲透［30］。

研究結(jié)果顯示，施用生物炭和保水劑后，土壤pH值均有不同程度提高，這與于玲玲等的研究結(jié)果［31-32］一致。土壤pH值的變化主要是由于生物炭中的鹽離子與土壤中的水分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致土壤中H+、Al3+濃度降低，致使土壤pH值升高［26］。

3.2生物炭和保水劑用量對(duì)煙草品質(zhì)的影響

干旱會(huì)損害植物葉綠體，不僅會(huì)影響葉綠素的合成，還會(huì)加速葉綠素分解［33］。試驗(yàn)結(jié)果表明，移栽后60～70d，施加生物炭和保水劑處理的SPAD值整體高于對(duì)照組，可能是由于生物炭和保水劑可以提高土壤的保水能力，為煙株的生長(zhǎng)提供足夠的水分，促進(jìn)肥料的有效利用［34］。本研究表明，在煙株移栽60～70d時(shí)，煙株進(jìn)入旺長(zhǎng)后期，生物炭與保水劑配施可以減少葉綠素的破壞和分解，促進(jìn)光合作用，使煙葉SPAD值升高。生長(zhǎng)后期煙葉中的葉綠素大量降解，導(dǎo)致SPAD值降低，其中T2處理效果最好。

生物炭因其具有較高的生物活性，可有效改善土壤微生物環(huán)境，并能促進(jìn)土壤的營(yíng)養(yǎng)供給，從而使煙草品質(zhì)得到提高［35-36］。保水劑除能吸收水分外，還能與肥料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相結(jié)合［37］，可以使肥料中的養(yǎng)分得以充分釋放，特別是對(duì)K+、NH+4、NO-3有很好的吸附效果［38］，為煙株生長(zhǎng)不斷提供營(yíng)養(yǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，施用生物炭和保水劑可以顯著提高煙葉中的總糖和還原糖含量［39］，而且鉀含量也有不同程度的提高。說(shuō)明生物炭和保水劑配施可以使煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，且隨著生物炭含量的增加，總糖和還原糖含量也越高，說(shuō)明生物炭對(duì)煙草中淀粉的轉(zhuǎn)化具有促進(jìn)作用［40］。

新植二烯為葉綠素降解產(chǎn)物，可有效減輕煙氣刺激性以及具有醇和煙氣（純正煙氣，減少令人不悅的雜氣和刺激感）的作用［41］。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭和保水劑處理可以明顯提高煙葉中的新植二烯含量以及中性致香物質(zhì)總量，感官評(píng)吸質(zhì)量得分也均有提高，其中T2處理的感官評(píng)吸質(zhì)量總分較CK增加了3.52%，這與趙銘欽等的研究結(jié)果［25］相一致。

4結(jié)論

本研究結(jié)果表明，將生物炭和保水劑配施可有效提高土壤含水率和pH值，改善土壤養(yǎng)分環(huán)境，提升對(duì)煙株的水分供應(yīng)能力；在旺長(zhǎng)后期（60～70d），煙葉SPAD值明顯增加，使得葉綠素降解產(chǎn)物新植二烯含量以及煙葉中性致香物質(zhì)總量較CK均明顯提升。同時(shí)，煙葉中的總糖含量顯著增加，可有效調(diào)節(jié)糖堿比，使化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)；烤后煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量綜合得分較CK均有不同程度的提高，其中T2處理最優(yōu)?？竞鬅熑~的化學(xué)成分及感官評(píng)吸質(zhì)量最優(yōu)處理與土壤含水率及土壤pH值較高處理基本一致，說(shuō)明生物炭和保水劑對(duì)土壤水分的改善有利于煙株生長(zhǎng)，且對(duì)土壤狀況與生長(zhǎng)狀況的改善是同步的。在本試驗(yàn)條件下，以50g/株生物炭和5g/株保水劑配施效果較好。

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