煙草廢棄物生物質(zhì)炭對植煙土壤、烤煙生長及經(jīng)濟(jì)效益的影響

摘 要：采用田間小區(qū)試驗(yàn)，研究3種生物質(zhì)炭（煙葉、煙桿和玉米秸稈）對烤煙農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)效益和植煙土壤的影響。研究結(jié)果表明：添加生物質(zhì)炭處理，土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值和CEC值明顯提高；烤煙的株高、有效葉、最大葉長、最大葉寬和莖圍均有不同程度的增加；煙葉產(chǎn)量明顯增加，煙葉生物炭處理產(chǎn)量最高達(dá)到2 517.61 kg/hm2，顯著高于對照；煙葉生物炭、煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理分別比對照增產(chǎn)9.62%、7.92%和6.94%；上等煙比例分別比對照處理增加了6.76、4.05和1.69個百分點(diǎn)；產(chǎn)值分別比對照增加0.74萬、0.63萬和0.53萬元/ hm2。添加生物質(zhì)炭能夠改善植煙土壤和烤煙農(nóng)藝性狀，增加煙葉產(chǎn)量和上等煙比例，提高烤煙經(jīng)濟(jì)效益，添加煙葉生物炭效果明顯優(yōu)于煙桿和玉米秸稈生物炭。

關(guān)鍵詞：煙草；生物質(zhì)炭；產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）06-0036-04

Effects of Tobacco Waste Biochar on the Growth and Economic Benefits of Tobacco and Tobacco-Planting Soil

XIAO He-you1，LI Hong-tu2，YANG Yong3，DENG Jian-gong1，YANG Xiong-can4

（1. Xinning Branch of Shaoyang Tobacco Company， Shaoyang 422700， PRC； 2.Dali Branch of Yunnan Tobacco Company，

Dali 671002， PRC； 3. College of Resources and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC；

4.Qidong Branch of Hengyang Tobacco Company， Qidong 421600， PRC）

Abstract： The effects of 3 biomass charcoal （tobacco leaves， tobacco stems and corn stalks） on agronomic traits， economic benefits and tobacco planting soil were studied by field experiment. The results showed that soil organic matter content， pH value and CEC value increased significantly with the addition of biochar. The plant height， effective leaf， maximum leaf length， maximum leaf width and stem circumference of flue-cured tobacco increased to varying degrees. The yield of tobacco leaves increased significantly， and the yield of tobacco biochar treatment reached 2517.61 kg/hm2， which was significantly higher than that of control； Tobacco biochar， tobacco stalk biochar and corn straw biochar treatment increased 9.62%， 7.92% and 6.94% respectively compared with the control treatments. The proportion of upper class tobacco increased by 6.76， 4.05 and 1.69 percentage points respectively； The output value increased by 7400， 6 300 and 5 300 yuan/hm2 respectively. Adding biochar can improve the agronomic characters of tobacco planting soil and flue-cured tobacco， increase the yield of tobacco leaves and the proportion of upper tobacco， and improve the economic benefit of flue-cured tobacco. The effect of adding tobacco leaf biochar was obviously better than that of tobacco stem biochar and corn stalk biochar.

Key words： tobacco； biochar； yield； economic benefits

當(dāng)前，我國植煙土壤環(huán)境呈現(xiàn)惡化趨勢，這與煙草的種植制度、栽培措施、施肥模式等有關(guān)，化肥的大量施用導(dǎo)致土壤板結(jié)，增加養(yǎng)分流失，植煙土壤環(huán)境的惡化造成煙葉品質(zhì)下降[1-3]。此外，種植煙草產(chǎn)生大量的煙桿及下等煙葉等廢棄物，如何處理這些廢棄物并加以利用是煙草行業(yè)的一大難點(diǎn)。近年來，生物質(zhì)炭引起了科研工作者的廣泛關(guān)注，它不僅具有普通有機(jī)物質(zhì)的優(yōu)良性質(zhì)，更具有獨(dú)特的物理、化學(xué)及生物學(xué)特性[4-7]。研究表明，生物炭能顯著降低土壤容重，土壤空隙增大有利于提高土壤持水能力，尤其對提高砂質(zhì)土壤的保水能力具有重要意義[8-9]。生物質(zhì)炭本身屬于有機(jī)質(zhì)，施用量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈線性正相關(guān)關(guān)系[10-11]，此外，生物炭可以提高土壤pH值，酸性土壤尤為明顯[12-13]。由于較強(qiáng)的吸附能力，生物質(zhì)炭可以有效減少土壤養(yǎng)分流失，保持土壤肥力[14]。施用生物質(zhì)炭可以促進(jìn)作物生長，主要表現(xiàn)為營養(yǎng)生長旺盛、產(chǎn)量和品質(zhì)提高等，生物質(zhì)炭增加了煙株根際土壤含水量，根系活力、根冠比有所提高，并改善葉片的光合性能，促進(jìn)煙株地上部的生長，生物量有所提高[15-17]。有研究指出[18-19]，適量生物質(zhì)炭可以顯著促進(jìn)烤煙生長后期的生長，提高烤煙干物質(zhì)累積量，盡管其對烤煙前期的生長表現(xiàn)為抑制作用，但烤煙后期生長旺盛會降低煙葉品質(zhì)，因此要對生物質(zhì)炭施用量進(jìn)行調(diào)整。生物質(zhì)炭對煙草生長的促進(jìn)效應(yīng)表現(xiàn)為滯后性，考慮到生物質(zhì)炭的肥效性及煙草生長需肥規(guī)律，應(yīng)結(jié)合與化肥配施來滿足煙草對養(yǎng)分的需求。生物質(zhì)炭能提高烤煙產(chǎn)量，更為重要的是能顯著提高烤煙產(chǎn)值及上等煙比例[16-18]。綜上所述，生物質(zhì)炭具有獨(dú)特理化及生物學(xué)特性，在促進(jìn)作物生長及土壤改良方面具有較大的潛力。湖南煙區(qū)生產(chǎn)的煙葉質(zhì)量不高，植煙土壤普遍呈酸性，有機(jī)質(zhì)含量偏低，土壤質(zhì)量和煙葉品質(zhì)有待提高。筆者自制廢棄煙葉、煙桿和玉米秸稈3種類型生物炭，研究其對烤煙生長、經(jīng)濟(jì)效益和植煙土壤的影響，為烤煙廢棄物在烤煙生產(chǎn)應(yīng)用上提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試煙草品種為云煙87，由邵陽市煙草公司新寧縣分公司提供。供試土壤為第四紀(jì)母質(zhì)發(fā)育紅壤，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為14.55、1.21、0.54和16.56 g/kg，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為96.07、17.84和88.41 mg/kg，pH值為4.72，CEC值為6.06。供試肥料為湖南金葉眾望科技有限公司生產(chǎn)的煙草專用肥料，基肥（N-P2O5-K2O 8-11-11），追肥（N-P2O5-K2O 10-0-32），提苗肥（N-P2O5-K2O 20-9-0），硫酸鉀（K2O≥50%）。生物質(zhì)炭由煙葉廢物、煙桿和玉米秸稈采用炭化爐法制備而成，基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

田間試驗(yàn)于2016年3～8月在湖南省邵陽市新寧縣豐田鄉(xiāng)堆子田村進(jìn)行。共設(shè)計4個處理，以不添加生物質(zhì)炭處理為對照（CK），其他3個處理分別添加煙桿炭（T1）、廢棄煙葉炭（T2）、玉米秸稈炭（T3）。各處理的施肥量如下，CK：煙草基肥750 kg/hm2，煙草提苗肥75 kg/hm2，煙草專用追肥450 kg/hm2，硫酸鉀375 kg/hm2；T1、T2、T3的施肥量均為：生物炭

2 250 kg/hm2，煙草基肥600 kg/hm2，煙草提苗肥75

kg/hm2，煙草專用追肥450 kg/hm2，硫酸鉀375 kg/hm2。

每個處理重復(fù)三次，共12個田間小區(qū)（42 m2），每個小區(qū)移栽長勢一致的煙苗64株，所有田間操作管理按當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行。于2015年12月22日播種，2016年3月10日移栽，2016年5月12日打頂，2016年5月22日開始采烤下部葉。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

觀察并記載煙草各個生育期的變化時間，包括移栽期、團(tuán)棵期、旺長期、打頂期，以及下、中、上部煙葉的采收期；煙草移栽后，每個小區(qū)定點(diǎn)選擇3株煙，每周觀測一次煙株的株高、有效葉片數(shù)、最大葉的長和寬等生長指標(biāo)的變化；株生長發(fā)育定型后，觀測并記載原定點(diǎn)觀察的3株煙的株高、有效葉、最大葉長、最大葉寬和莖圍；收獲后記載煙葉的產(chǎn)量、等級、上等煙比例、中等煙比例、均價和產(chǎn)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 17.2統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭處理?xiàng)l件下的土壤性質(zhì)

2.1.1 不同生物炭處理?xiàng)l件下的土壤有機(jī)質(zhì) 不同生物炭處理對不同時期土壤有機(jī)質(zhì)的影響不一致（表2）?？傮w上生物炭處理土壤有機(jī)質(zhì)含量都高于對照處理。團(tuán)棵期土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，T2和T3較高，T1稍低于CK；旺長期生物炭處理間差異不顯著，T1和T2土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK，T3與CK差異不顯著；打頂期T1土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于T2和CK，T2和T3處理差異不顯著；采收期T2土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著大于CK，各生物炭處理土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。綜上所述，煙桿生物炭對提高土壤有機(jī)質(zhì)含量效果更佳，可能原因是煙桿生物炭含有更高的有機(jī)碳（表1）。施用生物炭能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，且采收期土壤有機(jī)質(zhì)含量有小幅提高，煙桿炭提升土壤有機(jī)質(zhì)含量效果較好。

2.1.2 不同生物炭處理?xiàng)l件下的土壤CEC值 由表3可知，添加生物炭處理土壤CEC值明顯高于對照處理，但處理間的差異沒有達(dá)到顯著水平。在4個生育期不同生物炭處理間土壤CEC值差異較小，團(tuán)棵期T3土壤CEC值較高，旺長期T2高于其他兩個生物炭處理，打頂期T1和T2高于T3，采收期3個生物炭處理基本相當(dāng)且高于對照處理。

2.1.3 不同生物炭處理?xiàng)l件下的土壤pH值 由表4可知，添加生物炭處理土壤pH值明顯高于對照處理，在生育后期差異更加明顯但是處理間的差異沒有達(dá)到顯著水平。T2提高土壤pH值的效果較好且比較穩(wěn)定，T1對土壤pH值的提高在生育前期效果不明顯，而生育后期的效果較好，T3對提高土壤pH值的效果相對較差，但在旺長期的效果最好。

2.2 不同生物炭處理?xiàng)l件下的煙草農(nóng)藝性狀

2.2.1 不同生物炭處理?xiàng)l件下的煙草團(tuán)棵期農(nóng)藝性狀 團(tuán)棵期不同處理煙草農(nóng)藝性狀如表5。添加生物炭處理的株高、有效葉數(shù)、最大葉長和葉寬都明顯高于對照處理。T2各項(xiàng)指標(biāo)都最高，但生物炭處理間的差異不顯著。生物炭處理的有效葉數(shù)和最大葉長與對照處理的差異達(dá)顯著水平，最大葉寬只有T2與對CK差異顯著，株高的差異不顯著。T1、T2和T3的株高分

別比CK增加2.2、2.5和1.7 cm，有效葉分別比對照增

加0.7、0.9和0.6片，最大葉長分別比對照增加2.1、3.5

和2.6 cm，最大葉寬分別比對照增加0.9、1.4和0.8 cm。

2.2.2 不同生物炭處理?xiàng)l件下的煙草旺長期農(nóng)藝性狀 旺長期不同處理煙草農(nóng)藝性狀如表6。添加生物炭處理各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)的差異都不顯著，T1的效果比T2和T3的效果稍差。添加生物炭處理各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)都明顯高于對照處理，株高、有效葉數(shù)和最大葉長差異達(dá)到顯著水平，最大葉寬差異不顯著。T1、T2和T3的株高分別比CK增加4.5、5.3和5.4 cm，有效葉分別比對照增加1.7、2.2和2.3片，最大葉長分別比對照增加2.8、4.0和4.3 cm，最大葉寬分別比對照增加0.4、1.0和0.4 cm。

2.2.3 不同生物炭處理?xiàng)l件下的煙草圓頂期農(nóng)藝性狀 圓頂期不同處理煙草農(nóng)藝性狀如表7。添加生物炭處理農(nóng)藝性狀各項(xiàng)指標(biāo)均高于對照處理，且生物炭處理的最大葉長和莖圍均顯著高于對照。T1的株高、有效葉、最大葉長和莖圍均比T2和T3高，而最大葉寬卻稍低。T1、T2和T3的株高分別比對照增加4.7、5.2和3.3 cm，有效葉分別比對照增加2.0、2.2和1.7片，最大葉長分別比對照增加3.9、4.1和3.2 cm，最大葉寬分別比對照增加1.6、0.6和1.4 cm，莖圍增加了1.1、1.3和1.0 cm。

2.3 不同生物炭處理?xiàng)l件下的煙草產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益

不同處理煙草產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益見表8。生物炭處理煙葉產(chǎn)量明顯高于對照處理，T2產(chǎn)量最高達(dá)到

2 517.61 kg/hm2，顯著高于CK，T1和T3產(chǎn)量分別為2 478.75和2 456.12 kg/hm2，T1、T2和T3分別比CK增產(chǎn)7.92%、9.62%和6.94%。T2上等煙比例顯著高于CK，T1、T2和T3上等煙比例比CK分別增加了4.05、6.76和1.69個百分點(diǎn)。中等煙比例CK最高，T2最低。各處理煙葉均價差異不顯著，T2稍高，T2次之。不同生物炭處理總產(chǎn)值差異較大，T2產(chǎn)值達(dá)到7.01萬元/hm2，顯著高于CK，分別比T1和T3增加0.15萬和0.25萬元/hm2。T1、T2和T3產(chǎn)值分別比CK增加0.63萬、0.74萬和0.53萬元/hm2。

3 結(jié) 論

3.1 添加生物質(zhì)炭明顯改良土壤性狀

生物質(zhì)炭可以優(yōu)化土壤環(huán)境，改善土壤質(zhì)量；施用生物質(zhì)炭量可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；生物質(zhì)炭呈堿性，可以提高土壤pH值，酸性土壤尤為明顯；生物質(zhì)炭表面負(fù)電荷豐富，具有較高的陽離子交換量，施入土壤后可增加土壤CEC[4-6，10-11]。研究表明施用生物炭能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，煙桿生物炭提升土壤有機(jī)質(zhì)含量效果較好；施用生物炭可以提高土壤pH值和CEC，不同生物炭處理對土壤CEC的影響無明顯差異，煙葉生物炭提高土壤pH值效果較好。

3.2 添加生物質(zhì)炭有效促進(jìn)煙草生長

施用生物質(zhì)炭可以促進(jìn)作物生長，主要表現(xiàn)為營養(yǎng)生長旺盛。有研究表明施用生物質(zhì)炭可以提高煙草生長中后期煙葉葉綠素含量，且葉綠素含量與生物質(zhì)炭施用量呈正比；生物質(zhì)炭改善葉片的光合性能，促進(jìn)煙株地上部的生長，增加生物量，同時施用生物質(zhì)炭可顯著增加煙株對磷和鉀的吸收[16-17]。研究結(jié)果表明，添加生物炭能夠明顯促進(jìn)煙草生長發(fā)育，生物炭處理在煙草生長不同時期的株高、有效葉、最大葉長、最大葉寬、莖圍均明顯高于對照處理。不同生物炭處理間農(nóng)藝性狀指標(biāo)的差異較小，總體上煙葉生物炭處理的各項(xiàng)指標(biāo)均高于煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理。

3.3 添加生物質(zhì)炭顯著增加煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值

有研究表明生物質(zhì)炭能提高烤煙產(chǎn)量，更為重要的是能顯著提高煙葉上等煙比例及烤煙產(chǎn)值，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，煙株干物質(zhì)量和產(chǎn)量總體表現(xiàn)為增加趨勢[18]。研究結(jié)果表明生物炭處理煙葉產(chǎn)量明顯高于對照處理。煙葉生物炭處理產(chǎn)量最高達(dá)到2 517.61 kg/hm2，煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理產(chǎn)量分別為2 478.75和2 456.12 kg/hm2，煙葉生物炭、煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理處理分別比對照處理增產(chǎn)9.62%、7.92%和6.94%。生物炭處理煙葉產(chǎn)量、上等煙比例和均價都高于對照處理，因此總產(chǎn)值也明顯增加，煙葉生物炭處理產(chǎn)值達(dá)到7.01萬元/hm2，顯著高于對照處理，煙葉生物炭、煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理產(chǎn)值分別比對照處理增加0.74萬、0.63萬和0.53萬元/hm2。

綜上所述，廢棄煙葉生物炭在烤煙上應(yīng)用的效果最好，其次為煙桿生物炭。生物質(zhì)炭不僅有普通有機(jī)物質(zhì)的優(yōu)良性質(zhì)，更具有獨(dú)特的物理、化學(xué)及生物學(xué)特性。生物質(zhì)炭有機(jī)質(zhì)含量很高且養(yǎng)分含量水平也較高，可以為作物正常生長提供營養(yǎng)保障。生物質(zhì)炭呈堿性且具有較高的陽離子交換量，可以緩解土壤酸性增加土壤CEC。生物質(zhì)炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具較大的比表面積，能夠降低土壤容重，增強(qiáng)土壤通氣性和保水性，為微生物提供較好的生存環(huán)境。烤煙土壤添加生物質(zhì)炭土壤質(zhì)量明顯改善，土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值和CEC都有不同程度的提高；煙草生長旺盛，各時期的株高、有效葉、最大葉長、最大葉寬、莖圍均明顯增加，煙葉產(chǎn)量也隨之增加，并且上等煙比例增加，最終產(chǎn)值顯著增加。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）