施用生物炭對烤煙根系生長和經(jīng)濟(jì)性狀的影響

邢光輝，典瑞麗，陳光輝，趙獻(xiàn)章

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，長沙 410128； 2 河南中煙工業(yè)有限公司，鄭州 450002；3 中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)校，河南鄭州 450011； 4 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鄭州 450002)

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施用生物炭對烤煙根系生長和經(jīng)濟(jì)性狀的影響

邢光輝1，2，典瑞麗3，陳光輝1*，趙獻(xiàn)章4*

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，長沙 410128； 2 河南中煙工業(yè)有限公司，鄭州 450002；3 中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)校，河南鄭州 450011； 4 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鄭州 450002)

為探討不同生物炭用量對烤煙根系發(fā)育和經(jīng)濟(jì)性狀的影響，于2015年在汝陽縣采用穴施的方法，設(shè)10、20、30和40 g/穴4個生物炭用量處理，以不施用生物炭為對照，研究生物炭對豫西煙葉‘秦?zé)?6’的影響。結(jié)果表明，煙株生長發(fā)育前期根系體積、根干重和鮮重差異不顯著，移栽90 d后差異顯著；生物炭用量每穴10～30 g，煙葉化學(xué)成分較協(xié)調(diào)，產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例高于對照及40 g/穴的處理。

烤煙；生物炭；根系；經(jīng)濟(jì)性狀

近年來，隨著節(jié)能減排成為全球熱點(diǎn)，人們對生物炭的研究越來越重視。生物炭(biochar)屬于黑炭的一種，是生物質(zhì)在完全或部分缺氧情況下經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一類高度芳香化的難熔性固態(tài)物質(zhì)，具有高度熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)吸附特性[1]。國內(nèi)外研究表明，生物炭含有少量植物生長所需的營養(yǎng)元素，可以促進(jìn)植物的生長[2]；生物炭具有巨大的比表面積和陽離子交換量，可以吸附肥料，提高肥料利用率[3]；生物炭的多孔性可以提高土壤的孔隙度，降低土壤容重，起到保水保肥的效果，而且還可以為微生物提供棲息的場所，同時它所吸附的肥料養(yǎng)分也可以為微生物提供食物，促進(jìn)微生物種類和數(shù)量的增多[4]；生物炭一般呈堿性，可以用來改良酸性土壤，降低土壤pH值和重金屬元素鋁等對植物的毒害[5]；生物炭對農(nóng)藥等有機(jī)物污染的土壤也有一定的修復(fù)功能。生物炭中含有的碳，主要是由單環(huán)和多環(huán)芳香族化合物組成，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定。生物炭施入土壤增加了土壤的含碳量[6]。國外在生物炭的性質(zhì)和特征及其對土壤物理、化學(xué)性質(zhì)、微生物的作用，作物肥效及土壤固碳等方面開展了較為廣泛的研究，并取得許多進(jìn)展[7～10]。而國內(nèi)對生物炭的研究才剛剛起步。鑒于生物炭對土壤、作物、環(huán)境等的諸多益處，對生物炭的深入研究應(yīng)該引起高度重視。

烤煙是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，生物炭在烤煙生產(chǎn)中的生態(tài)效應(yīng)及其對煙葉產(chǎn)量品質(zhì)影響的研究尚未見報道。因此，探索生物炭在烤煙生產(chǎn)中的環(huán)境效應(yīng)和作物效應(yīng)，對于加快農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高植煙土壤保水保肥性能和增產(chǎn)增收，保障煙區(qū)及烤煙可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本試驗(yàn)擬通過研究生物炭施用對豫西旱區(qū)烤煙根系發(fā)育和經(jīng)濟(jì)性狀的影響，旨在恢復(fù)和改良植煙土壤的生態(tài)環(huán)境，提高植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量，協(xié)調(diào)煙株營養(yǎng)，減少化肥施用量，最終達(dá)到提高豫西煙區(qū)烤煙質(zhì)量和煙區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

依據(jù)烤煙質(zhì)量風(fēng)格特色、土壤類型、質(zhì)地、肥力狀況等因素，于2015年在豫西汝陽縣三屯鄉(xiāng)選擇典型植煙地塊兩塊，取樣調(diào)查分析土壤pH值、堿解氮、速效鉀和有效磷含量。兩塊地土壤基本情況和基礎(chǔ)肥力如表1和表2所示。

表1 供試土壤基本情況Table 1 The basic conditions of the experiment soil

表2 供試土壤主要理化性質(zhì)Table 2 Main physicochemical properties of the experiment soil

試驗(yàn)所用的生物炭是由小麥秸稈于400～500℃條件下，低氧、連續(xù)炭化12 h制得，粉碎后過2 mm篩備用。其基本理化性質(zhì)為：比表面積16.69 m2/g，容重0.28 g/cm3，pH值9.15，全碳524.06 g/kg、全氮2.28 g/kg、全磷6.44 g/kg、全鉀9.87 g/kg。

試驗(yàn)設(shè)5個處理：CK.不施用生物炭；T1.生物炭10 g/穴；T2.生物炭20 g/穴；T3.生物炭30 g/穴；T4.生物炭40 g/穴。

供試烤煙品種：秦?zé)?6。小區(qū)面積135 m2，植煙200穴。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。除生物炭用量不同外，其它均按《優(yōu)質(zhì)煙栽培技術(shù)方案》進(jìn)行栽培管理。在移栽后30、60、90、120 d分別取樣進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定；煙葉成熟采烤后，挑選具有代表性的中部葉帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行常規(guī)化學(xué)成分的檢測，并分小區(qū)調(diào)查經(jīng)濟(jì)性狀。

1.2 生理指標(biāo)測定方法

植株根系體積測定：在植株不同生長階段選用不同型號的量筒進(jìn)行測量。

根系鮮重、干重測定：重量法，采用精度為0.01 g的電子天平進(jìn)行測量。

烤煙化學(xué)成分測定：使用流動分析儀進(jìn)行測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理軟件

試驗(yàn)數(shù)據(jù)計算、作圖與統(tǒng)計分析采用Excel2003和SPSS19.0數(shù)據(jù)分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭用量對烤煙根系發(fā)育的影響

2.1.1 不同生物炭用量對烤煙根系體積的影響

不同生物炭用量對上河村和新建村煙株根系體積影響較大；隨著移栽天數(shù)的增加，煙株根系體積逐漸增大(表3)。在移栽后30 d，上河村和新建村兩地不同生物炭用量各處理之間差異較小。移栽后60 d，上河村各處理之間差異逐漸增大，T2、T3與對照之間差異顯著，T1、T4與對照之間差異不顯著；新建村各處理與對照之間差異不顯著。移栽后90 d，上河村各處理均與對照之間差異顯著，不同處理之間，除了T2和T3處理外，其他處理之間差異顯著；新建村，處理T1、T2和T3之間差異不顯著，T4根系體積最大。移栽后120 d，煙株根系體積達(dá)到最大值，除了新建村T1和T2處理以外，其他各處理之間差異均達(dá)到顯著水平。

表3 不同生物炭用量處理的烤煙根系體積(cm3)Table 3 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco root volume

2.1.2 不同生物炭用量對烤煙根系鮮重影響

不同生物炭用量對煙株根系鮮重有顯著影響。移栽后30 d，上河村和新建村不同處理之間差異不顯著。移栽后60 d，在上河村，T2顯著低于CK，其他處理和對照之間差異不顯著；在新建村，T1和T4煙株根系鮮重顯著高于對照，T2、T3與對照之間差異不顯著。移栽后120 d，除了上河村T3和T4、新建村T1和T2處理差異不顯著以外，其他各處理之間差異顯著(表4)。

表4 不同生物炭用量處理的烤煙根系鮮重(g)Table 4 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco fresh root weight

2.1.3 不同生物炭用量對烤煙根系干重的影響

生物炭用量對煙株根系干重的影響在不同的地點(diǎn)表現(xiàn)不同(表5)。移栽后30 d，上河村和新建村各處理之間差異均不顯著；移栽后60 d，上河村各處理之間差異不顯著，而在新建村，T1和T2處理顯著高于對照；移栽后90 d，在上河村T1和T3處理顯著高于對照，T4和對照之間差異不顯著，T2顯著低于對照，在新建村，T1、T2和T4處理煙株根系干重顯著高于對照，T3處理和對照之間差異不顯著；移栽后120 d，在上河村，T3顯著高于對照，T2和對照之間差異不顯著，T1和T4顯著低于對照，在新建村，T1和T2處理與對照差異不顯著，T3和T4之間差異不顯著，但明顯高于對照。

表5 不同生物炭用量處理的烤煙根系干重(g)Table 5 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco root dry weight

2.2 不同生物炭用量對煙葉化學(xué)成分含量的影響

2.2.1 不同生物炭用量對煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

常規(guī)化學(xué)成分是描述烤煙品質(zhì)的重要因素。不同生物炭用量處理能夠顯著提高烤煙煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性(表6)。上河村煙葉含碳化合物(總糖、還原糖)和鉀含量高于新建村，而含氮化合物(煙堿、總氮和蛋白質(zhì))含量低于新建村。上河村和新建村兩個地方施用生物炭處理的總糖和還原糖含量高于對照，而煙堿、總氮和蛋白質(zhì)含量則低于對照。煙葉鉀含量高低與生物炭用量關(guān)系不明顯。

表6 不同生物炭用量處理的烤煙煙葉化學(xué)成分(%)Table 6 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco leaf chemical components

2.2.2 不同生物炭用量對烤煙化學(xué)成分比值的影響

不同生物炭用量對烤煙煙葉化學(xué)成分比值的影響較大(表7)。上河村和新建村，不同處理之間氮堿比和雙糖比差異不明顯。在上河村，糖氮比和糖堿比以T1處理最高，各個處理均比對照高。新建村T1處理的糖堿比低于對照，其他處理均比對照高，且T3處理糖氮比最高，達(dá)到10.05，T2處理糖堿比最高，達(dá)到6.91。鉀氯比，上河村和新建村均以T2處理最高。

表7 不同生物炭用量處理的煙葉化學(xué)成分比值Table 7 Effects of biochar dosage on the chemical components ratio of flue-tobacco leaves

2.3 不同生物炭用量對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表8可知，施用生物炭可以提高上河村煙葉上等煙比例、上中等煙比例以及均價。生物炭處理對烤煙產(chǎn)量影響較大，除T3處理外，其它施用生物炭處理的產(chǎn)量和產(chǎn)值均明顯低于對照。T3處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例均最高，因此每穴施用30 g生物炭可以提高烤煙產(chǎn)值、產(chǎn)量和上等煙比例。

表8 不同生物炭用量處理的烤煙經(jīng)濟(jì)性狀Table 8 Effects of biochar dosage on flue-tobacco leaf economic traits

對于新建村而言，施用生物炭處理的產(chǎn)量和產(chǎn)值明顯高于對照，其中T1產(chǎn)量最高，較對照處理高1542 kg/hm2。在產(chǎn)值方面，T1處理最高，其次是T3處理。上等煙和上中等煙比例以T3最高，中等煙比例以T1表現(xiàn)最好(表8)。總體來說，每穴施用生物炭10～30 g，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例均高于對照及40 g/穴的處理。因此，適量施用生物炭有利于提高煙葉的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。

3 結(jié)論與討論

生物炭的多孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)吸附性決定了生物炭可以作為一種非常好的肥料增效載體[11]，對改良土壤理化性質(zhì)、協(xié)調(diào)土壤碳氮平衡、促進(jìn)土壤的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。勾芒芒等[12]采用盆栽試驗(yàn)，研究了不同含量生物炭對番茄各根系參數(shù)的影響，結(jié)果表明施加生物炭促進(jìn)了番茄根系的發(fā)育和產(chǎn)量的提高。張偉明等[13]認(rèn)為，土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根長、根體積和根鮮重，在水稻生育后期，生物炭在一定程度上延緩了根系衰老。本研究結(jié)果表明，移栽后30和60 d，生物炭對烤煙根系體積、根鮮重和根干重的促進(jìn)作用不明顯，90 d以后，煙株的根系差異顯著，生物炭的改良作用表現(xiàn)明顯。這可能是因?yàn)榍捌谏锾康亩嗫捉Y(jié)構(gòu)和吸附作用導(dǎo)致根系周圍的肥料被吸附，前期煙株差異不大，后期肥料釋放，生物炭促進(jìn)肥料吸收，改良根系微環(huán)境，促進(jìn)了根系的發(fā)育。

陳敏等[14]研究表明，增施生物炭后增加了烤后煙葉的總產(chǎn)量以及上、中等煙葉的產(chǎn)出率；這和生物炭在新建村的表現(xiàn)一致，而在上河村僅處理30 g/穴略優(yōu)于對照處理，這可能是因?yàn)樯锾康淖饔眠€和土壤質(zhì)地和肥力等狀況有關(guān)。趙殿峰等[15]研究表明，生物炭能顯著提高烤煙內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，改善烤煙品質(zhì)；劉新源等[16]認(rèn)為，施用生物炭可以促進(jìn)烤煙生長和產(chǎn)量的提高，并且隨著生物炭施用量的增加，煙株干物質(zhì)量和產(chǎn)量總體表現(xiàn)為增加，但當(dāng)生物炭施用量達(dá)到一定量時，煙葉的品質(zhì)開始下降。

本研究結(jié)果表明，生物炭能提高煙葉中含碳化合物含量，降低含氮化合物含量，適當(dāng)施用生物炭也能提高煙葉對鉀離子的吸收，提高鉀氯比；生物炭施用量以30 g/穴處理最優(yōu)，生物炭施用量過多的處理(40 g/穴)反而經(jīng)濟(jì)效益降低，這和前人的研究結(jié)果一致。因此在烤煙生產(chǎn)過程中，生物炭的用量要結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥婪柿Φ纫蛩鼐C合分析，不宜過多或者過少，適量施用生物炭有利于烤煙的生長及品質(zhì)的提高。

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The Effects of Biochar Application on Root Growth and Economic Characters of Tobacco

XING Guanghui1，2，DIAN Ruili3，CHEN Guanghui1*，ZHAO Xianzhang4*

(1 Hunan Agriculture University，Changsha，Hunan 410128，China；2 China Tobacco Henan Industrial Co.，LTD，Zhengzhou，Henan 4500002，China；3 China National Tobacco Corporation Staff Training School，Zhengzhou，Henan 450011，China；4 Henan Agriculture University，Zhengzhou，Henan 450002，China)

To investigate the effects of biochar application on flue-cured tobacco root growth and the economic characters，and to study the effect of biochar application on the variety ‘Qinyan 96’.Field experiments were done in Ruyang with four biochar application amounts of 0，10，20，30，40 g/hole.The result showed that no significantly different on root volume，root dry weight and fresh weight in the early growth stage.But there were significant differences among the above three indexes after 90 d.When the biochar application amount were between 10 and 30 g/hole，the tobacco chemical components showed coordination，The yield，output value and proportion of upper grade cured-leaves were higher.

flue-tobacco；biochar；root；economic traits

2016-05-24

邢光輝(1970-)，男，碩士研究生，主要從事煙草栽培生理生化研究，Email：754684356@qq.com。*通信作者：陳光輝，教授，主要從事作物栽培與耕作科學(xué)研究，Email：cgh68@163.com；趙獻(xiàn)章，副教授，主要從事煙葉分級研究，Emal：xzhzhao01@126.com。

河南省煙草公司科技項(xiàng)目(HYKJZD201401)。

S572.062

A

1001-5280(2016)05-0549-06

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2016.05.16