根區(qū)穴施生物炭對(duì)烤煙生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的影響

王衛(wèi)民　張保全　程昌合

摘要：為了探索生物炭在煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，通過(guò)設(shè)置田間試驗(yàn)，選擇水稻秸稈生物炭，采取穴施的方式，研究了其對(duì)烤煙生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的影響。結(jié)果表明，根區(qū)穴施生物炭后煙株株高、葉片面積等農(nóng)藝指標(biāo)表現(xiàn)較好，能夠增加煙株的生物量，但隨著生物炭施用量的增加，煙株生長(zhǎng)發(fā)育受到了一定程度的抑制，其中在0.2 kg/株的生物炭用量下，烤煙整個(gè)生育期生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)最好；根區(qū)穴施生物炭后，土壤pH以及陽(yáng)離子交換量（CEC）具有升高趨勢(shì)，并能夠增加有機(jī)質(zhì)、速效磷以及速效鉀等養(yǎng)分含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤堿解氮含量呈下降趨勢(shì)；根區(qū)穴施生物炭能夠較好地促進(jìn)煙株對(duì)鉀元素的吸收，3個(gè)不同用量處理的煙株根、莖和葉3個(gè)部位的鉀含量均有上升趨勢(shì)，但在較高的生物炭施用量下（0.3 kg/株），煙株葉片氮的含量呈現(xiàn)出了一定的下降趨勢(shì)。根區(qū)穴施生物炭也能夠促進(jìn)煙株根、莖和葉對(duì)磷的吸收，0.2 kg/株的施用量表現(xiàn)最好。因此，通過(guò)根區(qū)穴施生物炭能夠促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)以及對(duì)養(yǎng)分的吸收，綜合考慮以0.2 kg/株的穴施生物炭用量較為適宜。

關(guān)鍵詞：生物炭；穴施；烤煙；生長(zhǎng)；養(yǎng)分吸收

中圖分類號(hào)：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）03-0032-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.008

Abstract： In order to explore the effects of biochar on tobacco production，the effects of rice straw biochar with hole application on growth and nutrient uptake of flue-cured tobacco was studied through the field experiment. Results showed that biochar could improve the growth of flue-cured tobacco and increase the biomass of tobacco plant. However，the growth of flue-cured tobacco was inhibited with a higher application amount of biochar. In the conditions of this experiment，the growth of flue-cured tobacco was best with the hole application amount of 0.2 kg per plant. The soil pH，cation exchange capacity（CEC），organic matter，available phosphorus and available potassium increased with hole application of biochar. The content of soil available nitrogen showed a decreased trend with the increasing of the amount of biochar. The biochar with hole application could promote the absorption of potassium，and the content of potassium in root，stem and leaf of flue-cured tobacco all increased. The content of nitrogen in leaf showed a decreased trend with the higher application amount of 0.3 kg per plant. In conclusion，the biochar with hole application could promote the growth and nutrient uptake of flue-cured tobacco，and the application amount of 0.2 kg per plant was suitable.

Key words： biochar； hole application； flue-cured tobacco； growth； nutrient uptake

生物炭是指農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)材料在完全或部分缺氧的條件下，經(jīng)高溫?zé)峤馓炕a(chǎn)生的一類高度芳香化難熔性固態(tài)物質(zhì)[1]。生物炭含碳量豐富，具有較大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，吸附能力強(qiáng)，在自然條件下較穩(wěn)定，通常呈堿性[2]。生物炭所具有的優(yōu)良結(jié)構(gòu)和特性能夠?qū)ν寥赖睦砘再|(zhì)產(chǎn)生重要影響[3-5]。生物炭施入土壤后能夠改善土壤的通氣性和保水能力，并能夠增加土壤養(yǎng)分的吸持能力，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分的有效性，便于作物吸收利用[6，7]。因此將生物炭作為土壤改良劑或肥料增效載體使用，能夠促進(jìn)作物的增產(chǎn)，降低肥料損失，提高肥料的利用效率，同時(shí)可以減少土壤肥料養(yǎng)分損失給環(huán)境帶來(lái)的危害[8，9]。煙草是中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，多數(shù)煙區(qū)煙草種植采取長(zhǎng)期連作方式，同時(shí)在煙葉生產(chǎn)中普遍存在大量施用化學(xué)肥料的現(xiàn)象[10]，近年來(lái)，大部分煙葉產(chǎn)區(qū)植煙土壤生態(tài)逐漸遭到破壞，植煙土壤環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，導(dǎo)致煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量下降，成為制約煙草農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題[11，12]。生物炭由于其良好的特性已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，目前，生物炭在煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的研究應(yīng)用尚處于起步階段。本試驗(yàn)利用水稻秸稈生物炭，采取穴施的方法，研究了其對(duì)烤煙生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的影響，以期能夠?yàn)樯锾吭跓煵萆系倪M(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為云煙87。于2015年4-9月在湖北省恩施市白果鄉(xiāng)茅壩槽村進(jìn)行大田試驗(yàn)。土壤類型為黃棕壤，耕層土壤pH 6.7，有機(jī)質(zhì)含量20.7 g/kg， 堿解氮含量69.8 mg/kg，速效磷含量57.4 mg/kg， 速效鉀含量194.7 mg/kg。供試生物炭由水稻秸稈炭化而得，其pH 9.2，總碳為630.0 g/kg，總氮為13.5 g/kg，全磷為4.5 g/kg，全鉀為21.5 g/kg。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)穴施生物炭用量共設(shè)計(jì)4個(gè)處理，分別為不施用生物炭（CK）、根區(qū)穴施生物炭0.1 kg/株（T1）、根區(qū)穴施生物炭0.2 kg/株（T2）、根區(qū)穴施生物炭0.3 kg/株（T3）。每個(gè)處理3次重復(fù)，試驗(yàn)田共12個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為100 m2，栽煙150株。

生物炭施用方法：煙苗移栽后15 d左右，在圍兜封口時(shí)分別將不同用量的生物炭與營(yíng)養(yǎng)土混合后在煙苗四周施用，使生物炭與煙苗根莖部自然貼合，隨后用田間本土進(jìn)行覆蓋。

試驗(yàn)田按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥方式統(tǒng)一進(jìn)行施肥，各處理所用肥料用量保持一致，純氮用量為120 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量比例為m（N）∶m（P2O5）∶ m（K2O）=1∶1.5∶3，70%的氮肥和鉀肥及100%磷肥用作底肥，30%氮肥和鉀肥于移栽后30 d左右結(jié)合培土進(jìn)行追施。各處理煙苗采用井窖式移栽方式統(tǒng)一進(jìn)行移栽，其他田間管理措施均按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.3 樣品采集

1.3.1 煙株樣品 分別在烤煙生長(zhǎng)團(tuán)棵期和平頂期，在每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)選擇代表性煙株1株，用鐵鍬將其連根挖出，分開(kāi)根、莖、葉（平頂期時(shí)分上、中、下3個(gè)部位）在105 ℃殺青15 min，在60 ℃下烘干，烘干后進(jìn)行稱重。

1.3.2 土壤樣品 在煙株生長(zhǎng)平頂期，分別在每個(gè)小區(qū)兩株煙之間的籠體土壤上采集0～20 cm土壤樣品，采用多點(diǎn)取樣法，每一個(gè)樣品取10鉆進(jìn)行混合，統(tǒng)一帶回室內(nèi)自然風(fēng)干，用于測(cè)定土壤養(yǎng)分等基本理化性狀。

1.4 樣品檢測(cè)

煙株根、莖、葉樣品測(cè)定全量氮、磷、鉀含量，全氮用凱氏定氮法測(cè)定，全鉀用硫酸-雙氧水消煮-火焰光度法測(cè)定，全磷用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法測(cè)定。具體方法參考文獻(xiàn)[13]。

土壤樣品測(cè)定pH、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量（CEC）等指標(biāo)，其中pH用水浸提法（水與土質(zhì)量比為2.5∶1）；CEC用EDTA-銨鹽快速法；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法；全氮用半微量開(kāi)氏法；全磷用H2SO4-HClO4消煮鉬銻抗比色法；全鉀用H2SO4-HClO4火焰光度法；堿解氮用堿解擴(kuò)散法；速效磷用碳酸氫鈉浸提比色法；速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度法。具體方法參考文獻(xiàn)[13]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件和DPS7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀分析

在烤煙生長(zhǎng)團(tuán)棵期和平頂期，根區(qū)穴施生物炭處理煙株株高、葉片面積等農(nóng)藝性狀數(shù)值與對(duì)照相比均有一定的優(yōu)勢(shì)，但是隨著生物炭施用量的增加煙株生長(zhǎng)發(fā)育也受到了一定程度的抑制，相對(duì)而言以每株煙穴施0.2 kg生物炭效果表現(xiàn)最好，對(duì)烤煙田間長(zhǎng)勢(shì)具有較好的促進(jìn)作用（表1、表2）。

2.2 煙株生物量分析

根區(qū)穴施生物炭增加了煙株的生物量，在烤煙生長(zhǎng)團(tuán)棵期，處理T2和處理T3煙株根、莖和葉的干重表現(xiàn)較好，均優(yōu)于對(duì)照（圖1）；在平頂期，3個(gè)施用生物炭處理煙株根、莖、中部和下部葉片的干重均表現(xiàn)較好（圖2）。與煙株田間農(nóng)藝性狀表現(xiàn)相似，每株煙穴施0.2 kg生物炭能夠在烤煙生長(zhǎng)前期和后期均能夠取得較好的生物量，并且在平頂期隨著生物炭用量的增加煙株根、莖以及中部葉干重均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

2.3 煙株養(yǎng)分分析

由表3可知，根區(qū)穴施生物炭能夠較好地促進(jìn)煙株對(duì)鉀元素的吸收，根、莖和葉3個(gè)部位鉀含量均高于對(duì)照，隨著生物炭用量的增加煙株根中鉀含量具有一定的下降趨勢(shì)；施用生物炭后促進(jìn)了煙株根、莖和葉中磷的吸收累積，以處理T2表現(xiàn)最好；施用生物炭T1和T2兩個(gè)處理促進(jìn)了煙株葉片對(duì)氮的吸收累積，但較高的生物炭施用量（T3）煙株葉片氮含量呈現(xiàn)出了一定的下降趨勢(shì)，低生物炭用量（T1）煙株根和莖的氮含量處于相對(duì)較高水平。

2.4 煙田土壤養(yǎng)分分析

由表4可知，穴施生物炭后，煙株根區(qū)土壤pH以及CEC具有升高趨勢(shì)并且煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量增加；施用生物炭3個(gè)處理煙田土壤全氮和全鉀含量均高于對(duì)照，全磷含量呈下降趨勢(shì)。在烤煙生長(zhǎng)平頂期，穴施生物炭提高了煙田土壤的速效磷和速效鉀等養(yǎng)分的含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤速效氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 討論

生物炭具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)，同時(shí)自身含有的灰分元素較為豐富，生物炭施入土壤可以直接帶入營(yíng)養(yǎng)元素同時(shí)還能夠促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的持留[14]。因此施用生物炭能在一定程度上改善土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，有利于促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。近年來(lái)，有關(guān)利用生物炭提高作物產(chǎn)量和增加作物生產(chǎn)力的研究越來(lái)越多，劉世杰等[15]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠促進(jìn)玉米苗期的生長(zhǎng)，株高和莖粗分別比對(duì)照增加了4.31～13.13 cm和0.04～0.18 cm。張偉明等[16]研究指出生物炭延緩了水稻后期葉片的衰老，對(duì)水稻莖、葉干物質(zhì)積累具有比較明顯的促進(jìn)作用，尤其較低的生物炭施用量對(duì)莖稈干物質(zhì)積累作用相對(duì)明顯。本研究通過(guò)利用根區(qū)穴施生物炭的方式促進(jìn)了煙株的生長(zhǎng)發(fā)育，增加了煙株根、莖和葉等器官的生物量，但在較高的生物炭施用量下煙株的田間長(zhǎng)勢(shì)受到一定的抑制作用，這與劉卉等[17]的研究結(jié)果一致，生物炭施用量并非越多越好，當(dāng)施用量達(dá)4 500 kg/hm2時(shí)，烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育速度低于常規(guī)不施用生物炭處理，因此，生物炭施用量過(guò)高能夠?qū)緹煹纳L(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。

生物炭本身的理化性質(zhì)使其可以作為土壤改良劑，生物炭施入土壤后能夠改善土壤的理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)植物對(duì)N、P、K化學(xué)肥料的反應(yīng)[18]。已有研究結(jié)果表明，生物炭可以提高酸性土壤的pH、增加土壤的陽(yáng)離子交換量、提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，同時(shí)能夠貯存土壤養(yǎng)分、提高土壤肥力[4，5]。本研究得到了相似的結(jié)果，穴施生物炭后，煙株根區(qū)土壤pH以及CEC具有升高趨勢(shì)并且煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，施用生物炭提高了煙田土壤的速效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤堿解氮含量呈現(xiàn)了下降趨勢(shì)。有研究表明，盡管生物炭能夠降低土壤氨氮和硝氮的淋出，但是同時(shí)也降低土壤中可交換氮的含量[19]，其原因可能是生物炭含有的高揮發(fā)性物質(zhì)刺激了微生物活動(dòng)，出現(xiàn)了氮固定[20]。施用生物炭有利于促進(jìn)作物組織器官中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收[21，22]，在本試驗(yàn)條件下根區(qū)穴施生物炭后煙株根、莖和葉中氮、磷、鉀含量具有上升趨勢(shì)，但較高的生物炭施用量（T3）煙株葉片氮含量呈現(xiàn)出一定的下降趨勢(shì)。已有研究表明，生物炭對(duì)土壤性質(zhì)、作物生長(zhǎng)等方面有積極的影響，但過(guò)量施用會(huì)出現(xiàn)負(fù)面效應(yīng)[23]。生物炭在作物對(duì)養(yǎng)分吸收方面的影響與生物炭的種類、施用方式以及土壤中養(yǎng)分含量密切相關(guān)[24]。因此，在生物炭的實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合不同的環(huán)境條件，針對(duì)生物炭的施用技術(shù)以及影響機(jī)理系統(tǒng)開(kāi)展相關(guān)研究工作，進(jìn)而為生物炭的合理利用奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

根區(qū)穴施生物炭促進(jìn)了煙株的生長(zhǎng)發(fā)育，能夠增加煙株的生物量，但在生物炭用量較高的條件下，煙株生長(zhǎng)發(fā)育受到了一定程度的抑制，以每株煙穴施0.2 kg生物炭較為適宜。

根區(qū)穴施生物炭后土壤pH以及CEC具有升高趨勢(shì)，增加了土壤中有機(jī)質(zhì)、速效磷以及速效鉀等養(yǎng)分含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤堿解氮含量呈現(xiàn)出了下降趨勢(shì)。根區(qū)穴施生物炭能夠促進(jìn)煙株對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，煙株根、莖和葉中氮、磷、鉀含量具有上升趨勢(shì)，在本試驗(yàn)條件下，較高的生物炭施用量（0.3 kg/株）煙株葉片氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

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