不同生物質(zhì)炭施用量對(duì)烤煙相關(guān)性狀的影響研究

周孚美++周龍翔++黃新國(guó)

摘要 針對(duì)衡陽(yáng)市煙區(qū)長(zhǎng)期連作及不合理施肥造成的土壤質(zhì)量持續(xù)下降等因素，通過(guò)施用稻殼生物炭等技術(shù)措施，開(kāi)展其對(duì)煙田土壤修復(fù)效果研究。結(jié)果表明：煙苗移栽前穴施稻殼生物炭12 000 kg/hm2，可使采收后煙田土壤中堿解氮、速效鉀、最大田間持水量分別增加17.55%、36.29%、6.51%，土壤容重降低0.033 g/cm3，明顯提升上等煙葉比例；對(duì)煙株生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)藝性狀、煙葉產(chǎn)值、經(jīng)濟(jì)效益等具有一定的改善與提升，而且未發(fā)現(xiàn)其對(duì)煙株生長(zhǎng)產(chǎn)生任何不利影響。

關(guān)鍵詞 烤煙；生物質(zhì)炭；連作障礙；土壤；質(zhì)量

中圖分類號(hào) S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）17-0015-04

Research on Effects of Different Biochar Dosage on Correlated Traits of Flue-cured Tobacco

ZHOU Fu-mei 1 ZHOU Long-xiang 2 HUANG Xin-guo 1

（1 Leiyang Branch of Hengyang Tobacco Monopoly Company in Hunan Tobacco Company，Leiyang Hunan 421800； 2 Changning Branch of Hengyang Tobacco Monopoly Company in Hunan Tobacco Company）

Abstract Aim to soil quality deterioration caused by continuous cropping obstacle and absurd fertilizing in Hengyang tobacco area，the study investigated the repairing effects of biochar on deteriorated tobacco soil. The main results showed that alkaline hydrolysis N，available K，maximum water capacity had increased by 17.55%，36.29% and 6.51% before transplanting under 12 000 kg/hm2 biochar was applied，respectively，and the soil bulk density reduced 0.033 g/cm3，moreover，the ratio of first-class and middle-class leaves significant increased as well. In addition，biochar application had improved the growth，agronomic traits，leaf-profit on different degree in flue-cured tobacco production instead of any adverse impacts.

Key words flue-cured tobacco；biochar；continuous cropping obstacle；soil；quality

生物質(zhì)炭（Biochar）是指植物或動(dòng)物生物質(zhì)在缺氧的條件下進(jìn)行高溫處理，其中的油和氣燃燒掉后剩余的物質(zhì)，其具有特殊的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分豐富、堿性和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)[1-3]。生物炭作為土壤改良劑，由于其具有穩(wěn)定特性且難于分解，可有效提升土壤肥力，服務(wù)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，不但能夠提供養(yǎng)分，而且可增強(qiáng)土壤中有益微生物種類及活性，對(duì)于提升土壤持續(xù)生產(chǎn)力具有積極作用效果[4-8]。為探索衡陽(yáng)煙區(qū)生物炭合理利用新途徑，本項(xiàng)目以生物質(zhì)炭為主要研究材料，擬通過(guò)大田試驗(yàn)研究植煙土壤施用不同用量生物質(zhì)炭后，對(duì)土壤理化性質(zhì)、煙株生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的影響，旨在為快速有效提升衡陽(yáng)煙區(qū)土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)，指導(dǎo)衡陽(yáng)市煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉的可持續(xù)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2013年12月至2014年8月在耒陽(yáng)市洲陂鄉(xiāng)石洞江村煙田進(jìn)行；供試烤煙品種為K326，生物質(zhì)炭為谷殼炭。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，即常規(guī)施肥（CK）；常規(guī)施肥+生物質(zhì)炭3 000 kg/hm2（T1）；常規(guī)施肥+生物質(zhì)炭6 000 kg/hm2（T2）；常規(guī)施肥+生物質(zhì)炭9 000 kg/hm2（T3）；常規(guī)施肥+生物質(zhì)炭12 000 kg/hm2（T4）。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共計(jì)15個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積81 m2，移栽密度0.45 m×1.20 m，移栽煙苗150株。各處理其他栽培與管理措施一致。生物質(zhì)炭于移栽前7 d穴施并與穴土充分混勻后，植入煙苗。各小區(qū)單收、單烤、單分級(jí)、單計(jì)重。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

一是土壤農(nóng)化性狀指標(biāo)分析。試驗(yàn)前與試驗(yàn)后采用五點(diǎn)取樣法取土樣，測(cè)定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、鉀、緩效鉀等指標(biāo)。二是烤煙農(nóng)藝性狀觀察記載。觀察生育期、株高、有效葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)/寬、最大葉面積、單葉重。葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.634 5（0.634 5為葉面積系數(shù)）。三是煙葉經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀。煙葉產(chǎn)量、上中等煙比例、產(chǎn)值。四是大田農(nóng)藝性狀。每小區(qū)定點(diǎn)10株對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)期農(nóng)藝性狀進(jìn)行觀察記載。數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件處理、SPSS 11.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭材料物理性質(zhì)endprint

2.1.1 形貌結(jié)構(gòu)。由圖1可知，稻殼生物炭結(jié)構(gòu)解體，產(chǎn)生多種無(wú)定形物質(zhì)。細(xì)的晶體表面分布較多的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，微觀孔隙結(jié)構(gòu)是生物炭具有較高吸附能力的原因之一，也是生物炭吸附養(yǎng)分、水分及微生物棲息的微空間結(jié)構(gòu)。

2.1.2 能譜分析。能譜分析（圖2）表明，稻殼生物炭含炭量83%以上，還含有豐富的Si元素，含量在11.7%以上。此外，經(jīng)檢測(cè)稻殼炭pH值為9.6，其堿性與高硅含量等特征對(duì)酸性土壤改良與治理重金屬污染等均有積極作用。由圖3可知，稻殼生物炭的主要吸收峰的位置出現(xiàn)在3 425、1 561、1 096和462 cm-1附近。上述譜峰的歸屬一般認(rèn)為是3 425 cm-1附近的吸收峰為-OH伸縮振動(dòng)峰，表面基團(tuán)可能為羧基或羰基；1 561 cm-1為COO-反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰（其余幾個(gè)峰值暫未查出）；由稻殼生物炭IR圖可推測(cè)出，稻殼生物炭中的碳大多以芳香環(huán)存在，其結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定。生物炭表面有較多羥基、羧基和羰基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)的存在使得生物炭具有較強(qiáng)的吸附性能和CEC量。

2.1.3 比表面積。稻殼生物炭的比表面積分別為184.42 m2/g，比傳統(tǒng)竹炭的表面積還要大，這反映稻殼生物炭微孔結(jié)構(gòu)多且復(fù)雜，稻殼生物炭可能具有較多的吸附性官能團(tuán)或者吸附點(diǎn)位。生物炭比表面積是生物炭具有較高吸附性能的基礎(chǔ)和原因之一。

2.2 施用生物炭對(duì)植煙土壤pH值的影響

土壤的酸堿度是土壤的重要屬性之一，影響著土壤養(yǎng)分的有效化及土壤性狀，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育也有較大的影響，適宜煙株生長(zhǎng)的pH值為5.5～7.5，由圖4可知，耒陽(yáng)市使用稻殼生物炭植煙土壤的pH值有上升的趨勢(shì)，這說(shuō)明施用稻殼生物炭對(duì)煙田酸性土壤具有一定的改良效果。隨著用量的加大，pH值整體也呈上升的趨勢(shì)，煙葉收獲后，施用稻殼生物炭12 000 kg/hm2的植煙土壤pH值顯著高于對(duì)照。

2.3 施用生物炭對(duì)植煙土壤有機(jī)碳的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)植煙土壤肥力的重要參考指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)也是煙株生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)源之一，適宜的有機(jī)質(zhì)含量水平可起到改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、土壤通透性，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)等作用，可以提高植煙土壤保水保肥，促進(jìn)煙株生長(zhǎng)發(fā)育。國(guó)內(nèi)外已有研究表明，生物炭為比較穩(wěn)定的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的碳，其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)雖然與有機(jī)質(zhì)或腐殖質(zhì)不同，施入植煙土壤后也可提高土壤有機(jī)碳含量，達(dá)到提高植煙土壤質(zhì)量的目的。由圖5可知，生物炭的添加使得各處理的土壤有機(jī)碳含量均顯著高于未添加生物炭的土壤，這表明施用稻殼生物炭，可提高土壤有機(jī)碳水平，而有機(jī)碳水平的提高有助于提高土壤吸持養(yǎng)分和水分的容量，并有改善土壤其他肥力指標(biāo)的潛力。耒陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)隨生物質(zhì)炭用量的加大，土壤有機(jī)碳含量緩慢增加，增加幅度呈非線性上升，隨著用量的加大，增加的幅度減小。

2.4 施用生物炭對(duì)植煙土壤養(yǎng)分與結(jié)構(gòu)的影響

由表1可知，施入生物炭后個(gè)處理土壤全氮含量有一定的增加，但增加效果不明顯，生物炭處理堿解氮均顯著高于CK，而且有隨炭量增加而提高的趨勢(shì)。處理T1、T2、T3、T4分別比CK提高了18.37%、14.70%、22.04%、17.55%，平均提高了18.17%。可見(jiàn)，生物炭處理對(duì)植煙土壤堿解氮水平有一定促進(jìn)作用，對(duì)煙株生長(zhǎng)具有積極意義?？傮w上看，較高施炭量為植煙土壤堿解氮的提高起到了重要促進(jìn)作用。土壤堿解氮的提高，可為作物生長(zhǎng)提供更多的可利用氮源，有利于促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)產(chǎn)量提高起到有力的促進(jìn)作用。按照生物炭的理化性狀，本身其含氮量比較低，但植煙土壤中體現(xiàn)出得這種狀況，可能與生物炭獨(dú)特的物理性狀有關(guān)，稻殼生物炭的多孔結(jié)構(gòu)，為微生物的生長(zhǎng)與發(fā)揮作用提供了比較好的環(huán)境，微生物活性增加，活化養(yǎng)分的能力增強(qiáng)。生物炭處理對(duì)土壤全磷、速效磷影響不明顯；此外，生物炭處理對(duì)土壤全鉀有一定增加作用，隨著生物炭用量增加，植煙土壤全鉀不同程度升高，處理T2、T3、T4土壤中速效鉀含量分別比CK提高了8.87%、26.61%、36.29%，這可能與生物炭特性有關(guān)，生物炭磷、硅含量豐富，鉀含量也高達(dá)1.8%，隨著生物炭用量的增加，也增加了土壤中鉀的含量，而煙草為喜鉀作物，生物炭的這種特性，無(wú)疑對(duì)優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)有積極作用。另外，與CK相比，施入生物炭，可不同程度降低土壤容重，提高土壤最大田間持水量，從而增強(qiáng)土壤的持水能力。各處理土壤容重降低量介于0.004～0.033 g/cm3之間，其中處理T4土壤容重降低最為明顯，處理T3次之。各處理的土壤最大田間持水量較CK增加0.48%～6.51%，同樣以處理T4為最高?？梢?jiàn)，施用生物炭可在一定程度上降低土壤容重，增強(qiáng)土壤的持水性能，提高土壤的保水保肥能力，且處理T4效果最佳。

2.5 施用生物質(zhì)炭對(duì)大田烤煙發(fā)育進(jìn)程的影響

從表2生物質(zhì)炭不同施用量對(duì)大田發(fā)育進(jìn)程記載可以看出，施用生物質(zhì)炭對(duì)大田烤煙發(fā)育進(jìn)程有一定影響，生物質(zhì)炭不同施用量對(duì)旺長(zhǎng)期烤煙生長(zhǎng)影響不大，主要是各處理施用基肥和化肥的用量一樣，從5月7日后，施用生物質(zhì)炭對(duì)株高、總?cè)~片數(shù)均有影響，以處理T4株高105.70 cm、葉片數(shù)25.1片為最高，處理T1～T4株高和總?cè)~片數(shù)有隨生物質(zhì)炭施用量增大有增加的趨勢(shì)，這種相關(guān)性可能與生物質(zhì)炭的吸附氮、磷及礦物離子的性能有關(guān)，烤煙進(jìn)入中后期生長(zhǎng)，養(yǎng)分得到釋放。

2.6 施用生物質(zhì)炭對(duì)大田烤煙農(nóng)藝性狀的影響

各處理烤煙在5月28日打頂后，各小區(qū)定點(diǎn)10株進(jìn)行考察生物質(zhì)炭不同施用量對(duì)大田烤煙農(nóng)藝性狀影響（表3）。結(jié)果表明，生物質(zhì)炭不同施用量對(duì)大田烤煙農(nóng)藝性狀有一定影響。有效葉片數(shù)（打完腳葉后）以處理T3、T4最多，分別達(dá)到18.0、17.9片，以CK最少（17.1片），說(shuō)明施用生物質(zhì)炭對(duì)烤煙有效葉有促進(jìn)作用，但方差分析發(fā)現(xiàn)，處理T1～T4無(wú)顯著差異，但隨著生物質(zhì)炭施用量增加有增加的趨勢(shì)，處理T3與CK存在極顯著差異，處理T1、T2、T4與CK無(wú)顯著差異。上部煙最大葉葉面積，以處理T2最高（758.65 cm2），以CK最少（683.29 cm2），經(jīng)方差分析，處理T2與CK存在極顯著差異，處理T1、T3、T4之間無(wú)差異，處理T4與CK存在顯著差異，處理T1、T3、CK之間無(wú)差異，但施用生物質(zhì)炭各處理上部煙面積均比對(duì)照多，說(shuō)明施用生物質(zhì)炭對(duì)烤煙增大上部煙有促進(jìn)效果。中部煙最大葉葉面積，以處理T4最大（1 245.17 cm2），CK最?。? 153.71 cm2），經(jīng)方差分析處理T4與CK差異顯著，其他處理間無(wú)差異。下部煙葉最大葉葉面積，以處理T4最大（1 319.44 cm2），各處理間無(wú)顯著差異。葉節(jié)距以處理CK最長(zhǎng)（5.51 cm），處理T3最短（5.25 cm），說(shuō)明施用生物質(zhì)炭有促進(jìn)烤煙莖桿粗壯、縮短葉節(jié)距有一定作用。endprint

2.7 施用生物質(zhì)炭對(duì)大田烤煙生育期的影響

從表4可以看出，施用生物質(zhì)炭各處理大田生育期117～118 d，均比CK大田生育期長(zhǎng)1～2 d，表明施用生物質(zhì)炭對(duì)養(yǎng)分的吸附特性，對(duì)烤煙后期生長(zhǎng)吸收養(yǎng)分有促進(jìn)作用，致使頂部煙延遲成熟，而對(duì)前期生長(zhǎng)影響不大。

2.8 施用生物質(zhì)炭對(duì)煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表5可以看出，施用生物質(zhì)炭各處理烘烤經(jīng)濟(jì)有效葉片數(shù)均比CK多0.1～0.4片，單株干重以處理T2最重（137.74 g），各處理間無(wú)差異；下部煙單葉重以處理T4最重（6.90 g），各處理間存在顯著差異。中部煙單葉重以處理T4最重（8.54 g），上部煙單葉重以處理T2最重（11.00 g），但經(jīng)方差分析，中、上部煙單葉重各處理間無(wú)差異，說(shuō)明施用生物質(zhì)炭對(duì)烤煙中、上部煙單葉重影響不大。

2.9 施用生物質(zhì)炭對(duì)煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量和效益的影響

各處理煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量、效益比較分析見(jiàn)表6。結(jié)果表明：各處理實(shí)際產(chǎn)量以處理T4最高（2 100.00 kg/hm2），比CK增產(chǎn)35.80 kg/hm2，各處理間無(wú)差異；各處理實(shí)際產(chǎn)值以處理T4最高（47 987.10元/hm2），比CK增收1 044.75元/hm2，各處理間無(wú)差異；施用生物質(zhì)炭各處理中、上等煙比例為96.95%～97.06%，比CK（96.30%）提高0.67%～0.79%，說(shuō)明施用生物質(zhì)炭對(duì)烤煙提高品質(zhì)有一定作用。從各處理煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)看，各處理上等煙比例中以處理T3的比例占49.34%最高，比CK提高0.49個(gè)百分點(diǎn)，與處理T1、CK存在顯著差異，上等煙各處理間產(chǎn)量、產(chǎn)值無(wú)差異；各處理中等煙比例中以處理T1最高（48.17%），與處理CK存在極顯著差異，處理T2與CK無(wú)差異，各處理間產(chǎn)量、產(chǎn)值無(wú)差異。

3 結(jié)論與討論

長(zhǎng)期以來(lái)，化學(xué)肥料大量施用與多茬連作，使植煙土壤酸化板結(jié)、耕地質(zhì)量持續(xù)下降[1-3]，已成為制約煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。本項(xiàng)目針對(duì)湖南省植煙土壤連作障礙，植煙土壤可持續(xù)能力下降等日趨嚴(yán)重的現(xiàn)狀，將谷殼生物炭應(yīng)用于烤煙栽培領(lǐng)域，具有探索性的意義。

本研究采用植煙土壤改良材料稻殼生物炭，稻殼炭材料其微觀形貌為分散蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，稻殼的外觀形態(tài)基本不可見(jiàn)，呈分散小團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，主要由C、O、H、Si組成，C、Si含量較高，pH值為9.6，呈堿性。稻殼生物炭具有微孔狀孔隙結(jié)構(gòu)、高比表面積及羥基、羰基等官能團(tuán)、高碳量等理化性質(zhì)，是其負(fù)載肥料養(yǎng)分并提高土壤有機(jī)碳含量物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與物質(zhì)基礎(chǔ)。使用稻殼生物炭能有效地提高土壤pH值、有機(jī)碳含量，還能有效增加土壤中堿解氮、速效鉀的含量，對(duì)土壤主要理化性狀都有較好的改良作用。使用稻殼生物炭12 000 kg/hm2，土壤堿解氮、速效鉀、最大田間持水量分別增加17.55%、36.29%、6.51%，土壤容重降低0.033 g/cm3，施用方法已全田撒施效果最好。稻殼生物炭?jī)?yōu)化了土壤水、肥、氣、熱條件，施用不同用量的生物炭與采取不同的施用方法，均沒(méi)有對(duì)煙株生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)發(fā)生不利的影響，還在一定程度上刺激煙株生長(zhǎng)，提高上等煙比例，提高了煙葉質(zhì)量。

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