?稻殼生物炭施用方式對土壤理化特性及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

摘 要：以稻殼制備的生物炭為試驗材料，以云煙87為供試烤煙品種，探究了在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上采用不同方式（壟面撒施、移栽穴撒施、條施、全田翻耕撒施）增施稻殼生物炭對植煙土壤改良、煙草生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響，以不施生物炭作對照，以期為生物炭在煙草種植及煙田土壤改良方面的應(yīng)用提供依據(jù)。結(jié)果表明：采用不同方式施用生物炭對植煙土壤肥力和烤煙產(chǎn)質(zhì)量均有顯著影響，其中，全田翻耕撒施的效果最優(yōu)，顯著增加了煙田土壤的堿解氮、速效鉀含量和最大田間持水量，與CK相比分別增加了23.78%、51.31%和11.54個百分點，土壤容重降低了0.16 g/cm3；烤后煙葉的總堿、總氮、總糖、還原糖、氯離子、糖堿比和上等煙比例顯著上升。

關(guān)鍵詞：稻殼生物炭；施用方式；土壤理化特性；烤煙產(chǎn)質(zhì)量

中圖分類號：S156.2" " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A 文章編號： 1006-060X（2023）03-0040-06

Abstract：This paper studied the effects of different application methods of rice husk biochar on soil remediation， and tobacco growth， development， yield and quality. With Yunyan 87 as the test tobacco cultivar， five treatments of rice husk biochar were set based on routine fertilization， including no biochar （CK）， ridge surface broadcasting （T1）， transplanting hole broadcasting （T2）， groove fertlization （T3） and broadcasting after the whole field ploughing （T4）. The results showed that different application methods of rice husk biochar significantly affected soil fertility and tobacco yield and quality. T4 performed the best， which significantly increased the soil alkali-hydrolyzable nitrogen and available potassium contents and maximum field water capacity by 23.78%， 51.31% and 11.54 percentage points， respectively， and decreased the soil bulk density by 0.16 g/cm3 compared with CK; in addition， the contents of total alkali， total nitrogen， total sugars， reducing sugars and chloride ions， sugar-nicotine ratio of flue-cured tobacco and the proportion of superior tobacco increased significantly.

Key words： rice husk biochar; application methods; soil physicochemical properties; tobacco yield and quality

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物，其種植面積和產(chǎn)量均位居世界前列。煙草消費稅作為我國消費稅的主要稅目，其收入占消費稅總收入的近50%[1]。近年來，受過度施肥、連作等不合理耕作的影響，植煙區(qū)土壤質(zhì)量和煙草產(chǎn)質(zhì)量均顯著下降[2-3]。作為土壤改良劑的生物炭[4]，被廣泛應(yīng)用于煙草生產(chǎn)中[5]，具有增強土壤水分和養(yǎng)分吸附能力[6]，降低土壤容重，提高土壤中微生物的種類和數(shù)量及其生物活性[7]，增加土壤中鉀、鈣、鎂等營養(yǎng)元素含量和陽離子交換量[8]，緩解土壤酸化，提高土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和氮肥利用效率等功效[9-10]，可有效促進煙草生長和經(jīng)濟產(chǎn)出。研究表明，在烤煙種植過程中添加生物炭可以顯著提升烤煙的農(nóng)藝性狀指標，促進煙株的生長發(fā)育，同時有利于改善煙葉化學成分及其協(xié)調(diào)性，提升烤煙品質(zhì)[11-13]。盡管關(guān)于生物炭對植煙土壤改良以及煙葉品質(zhì)的影響已有不少報道，但是有關(guān)生物炭施用方式對煙草種植土壤改良和烤煙產(chǎn)質(zhì)量影響的研究報道較少見。因此，研究以稻殼制備的生物炭為試驗材料，以云煙87為供試烤煙品種，探究了在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上采用不同方式增施稻殼生物炭對植煙土壤改良、煙草生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響，以期為生物炭在煙草種植及植煙土壤改良方面的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年3月至2017年9月在湖南省衡陽市衡南縣花橋鎮(zhèn)（109°30'36\"E，28°2'24\"N）進行。供試土壤為第四紀紅色粘土母質(zhì)發(fā)育的紅壤，基本理化性質(zhì)指標如下：pH值4.12、有機質(zhì)40.17 g/kg、全氮2.01 g/kg、全磷0.58 g/kg、全鉀9.39 g/kg。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87，由衡陽市煙草公司衡南分公司提供。供試生物炭為稻殼生物炭，購自湖南正恒農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司。稻殼經(jīng)箱式氣溫爐，由室溫逐步升溫至500℃，升溫速度為25℃/min，并充入氮氣。在達到500℃后，停止氮氣充入，密封氣溫爐，使稻殼在高溫無氧環(huán)境下裂解4 h，然后冷卻至室溫，最后得到黑色的稻殼生物炭，其微觀形態(tài)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，呈分散小團粒結(jié)構(gòu)。稻殼生物炭理化性質(zhì)：含碳量83%，含硅11.7%，比表面積184.42 m2/g；pH值9.6（w/v，1∶2.5），全氮5.48 g/kg，全磷1.02 g/kg，全鉀9.98 g/kg，微孔面積5.36 m2/g，總孔容積0.01 cm3/g，微孔容積0.001 cm3/g，平均孔徑6.13 nm，有機碳41.93 g/kg。

1.3 試驗設(shè)計

試驗根據(jù)施用方式設(shè)置5個處理，分別為：CK，不施生物炭；T1（壟面撒施），移栽前7 d，均勻撒施在煙壟上，耙動表土層25 cm，使生物炭與表層土壤混勻；T2（移栽穴撒施），移栽前7 d，將生物炭撒在移栽穴中，耙動移栽穴中土壤，使生物炭與移栽穴土壤充分混合；T3（條施），移栽前7 d，垂直煙壟方向，在移栽穴兩邊10 cm處開15 cm的條溝，生物炭均勻撒在條溝中，并將挖開的土壤回填；T4（全田翻耕撒施），移栽前7 d，翻耕煙田，全田撒施。每組處理3次重復，共計15個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積81 m2，移栽密度0.45 m×1.20 m，每小區(qū)移栽150株煙苗，折合1 230株/667m2，各小區(qū)之間設(shè)保護行1.20～2.40 m。生物炭施用量均為1 800 kg/hm2，各小區(qū)常規(guī)施肥標準：煙草專用基肥900 kg/hm2（N–P2O5–K2O=8–9–10）、專用追肥375 kg/hm2（N–K2O=10–32）、硝酸鉀225 kg/hm2（N–K2O=13.5–44.5）、硫酸鉀375 kg/hm2（K2O 50%）、鈣鎂磷肥600 kg/hm2（P2O5 12%），純N、P2O5和K2O分別為165、165和462 kg/hm2。其余各項農(nóng)事操作按當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)規(guī)范進行。烤煙在溫室內(nèi)育苗，于5～6片真葉期移栽。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)測定 烤煙移栽后50 d，每小區(qū)按照“S形”線路五點法采集0～20 cm土層樣品，充分混勻后帶回實驗室制樣，用于測定土壤容重、土壤含水量/最大田間持水量、土壤孔隙度。采烤結(jié)束后，按照上述方法重復采樣，用于測定土壤pH（水浸提電位法，水土質(zhì)量比為2.5∶1）、有機質(zhì)含量（重鉻酸鉀容量法）、總氮（半微量凱氏定氮法）、全鉀（火焰光度法）、全磷（高氯酸–硫酸法）、堿解氮（堿解擴散法）、速效磷（碳酸氫鈉浸提–鉬銻抗比色法）、速效鉀（醋酸銨浸提–火焰光度法）和陽離子交換量（乙酸銨交換法），具體方法參考《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》[14]。

1.4.2 煙株農(nóng)藝性狀測定 烤煙移栽90 d后，每小區(qū)隨機定點調(diào)查5株，調(diào)查內(nèi)容包括株高、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬、葉節(jié)間距。

1.4.3 烤煙經(jīng)濟性狀測定 待烤煙成熟后，各小區(qū)煙葉單獨采收編桿，單獨計產(chǎn)。煙葉全部采收烘烤完畢后，根據(jù)GB2635—1992進行分級，參照2019年煙葉收購價格計算產(chǎn)值，統(tǒng)計煙葉產(chǎn)量和上等煙比例。

1.4.4 煙葉化學成分測定 每小區(qū)選取10株生長整齊一致有代表性的煙株作為待測株，烘烤后參考王彥亭等[15]的方法測定煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯等指標，計算糖堿比、氮堿比。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖，結(jié)果以“均值±標準差”表示；采用單因素方差分析（one–way ANOVA）比較處理間差異，用LSD法檢驗差異顯著性（P＜0.05），采用Pearson法進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭不同施用方式對土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，與對照相比，施用生物炭的各處理土壤物理性質(zhì)發(fā)生了顯著變化（P＜0.05），土壤容重降低了0.03～0.16 g/cm3，土壤孔隙度提高了1.07～6.12個百分點，田間持水量增加了1.80～11.54個百分點，其中T4處理（全田翻耕撒施）的效果最優(yōu)，相比于對照，土壤容重降低了12.60%，土壤孔隙度提高了11.74%，田間持水量增加了28.10%，差異均達顯著水平（P＜0.05）。由表2可知，施用生物炭對土壤全氮、全磷、全鉀和速效磷含量的影響無明顯規(guī)律，但卻提高了土壤堿解氮、速效鉀的含量，其中T4處理的土壤堿解氮、速效鉀含量分別比對照提高了23.78%和51.31%，差異顯著（P＜0.05）。由圖1和圖2可知，施用生物炭后，植煙土壤的pH值和有機質(zhì)含量均有顯著增加，以T4處理的增量最大。

2.2 生物炭不同施用方式對煙株農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，T4處理烤煙株高較CK提高了3.52 cm，差異顯著（P＜0.05），其余各處理間株高均無顯著差異；各處理烤煙有效葉片數(shù)介于14～16之間，無顯著性差異；上、下部最大葉面積均以T4處理最大，分別達到1 101.50和1 478.17 cm2，顯著高于其他處理（P＜0.05），中部最大葉面積以T1處理最高，達到1 270.97 cm2（P＜0.05），其次是T4處理，二者差異不顯著，但均顯著大于其他處理。此外，比較煙株節(jié)間距發(fā)現(xiàn)，T2處理無明顯變化，但T4處理顯著增加，而T1、T3處理顯著降低。綜合來看，T4處理的農(nóng)藝性狀較優(yōu)。

2.3 生物炭不同施用方式對煙葉經(jīng)濟學性狀的影響

由表4可知，T4處理烤煙實際產(chǎn)量最高，達到2 099.40 kg/hm2，T1、T2和T4分別較CK增產(chǎn)27.15、15.45和34.80 kg/hm2，差異顯著（P＜0.05），T3處理的產(chǎn)量稍高于CK，差異不顯著；進一步比較上等煙、中等煙的產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，施用生物炭處理的上等煙產(chǎn)量較CK提高了9.15～21.00 kg/hm2、產(chǎn)值提高了235.5～597.9 元/hm2，差異均達顯著水平（P＜0.05），以T4處理增幅最大、效果最好；中等煙產(chǎn)量提高了3.15～27.75 kg/hm2、產(chǎn)值提高了79.65～541.8 元/hm2，差異也均達顯著水平（P＜0.05），同樣以T4處理表現(xiàn)最優(yōu)。從煙葉等級結(jié)構(gòu)看，施用生物炭處理的中上等煙比例為96.96%～97.05%，比CK提高了0.67～0.76個百分點。

2.4 生物炭全田翻耕撒施對煙葉化學成分的影響

由表1～表4的結(jié)果可知，生物炭全田翻耕撒施對煙田土壤肥力和烤煙產(chǎn)質(zhì)量提升效果相對最優(yōu)。因此，僅對比CK與T4處理煙葉的化學成分差異。由表5可知，T4處理煙葉總糖和還原糖提高了約1.5倍，差異顯著（P＜0.05），2項指標均高于優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍，這可能會導致烤煙氣味平淡。相關(guān)研究表明，對于中部煙葉來說，其煙堿含量的最佳范圍為2.0%～3.0%，總氮含量的適宜范圍為1.4%～2.2%[16]，而氯含量為0.3%～0.6%時最佳。T4處理的煙葉總氮、煙堿含量較CK分別提高54.89%和48.28%，氯含量在適宜范圍內(nèi)比CK提高了21.21%，差異顯著（P＜0.05）。糖堿比反映了煙氣酸堿性的平衡協(xié)調(diào)關(guān)系，優(yōu)質(zhì)烤煙的糖堿比一般接近10[17]，T4處理煙葉糖堿比是CK的約3.5倍（P＜0.05），達到優(yōu)質(zhì)烤煙品質(zhì)標準；但2個處理煙葉的氮堿比無顯著差異。

2.5 土壤理化性質(zhì)與煙草產(chǎn)質(zhì)量指標的相關(guān)性分析

由表6可知，煙草的產(chǎn)質(zhì)量與土壤堿解氮、速效鉀、速效磷、總氮的擬合程度較高（R2＞0.6），表明不同處理的煙草產(chǎn)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分含量顯著相關(guān)。具體來看，煙草產(chǎn)量與土壤速效鉀含量極顯著正相關(guān)；株高與土壤速效磷、總氮含量極顯著負相關(guān)，與土壤速效鉀含量極顯著正相關(guān)；上等煙產(chǎn)量與土壤堿解氮含量極顯著正相關(guān)；中等煙產(chǎn)量與土壤速效鉀含量極顯著正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

生物炭施入土壤后會影響土壤理化性狀，進而降低土壤容重、增加土壤孔隙度、改變土壤孔隙結(jié)構(gòu)和數(shù)量[18]。研究中，施用生物炭的各處理土壤容重顯著降低了，土壤孔隙度和田間持水量提高了，這與前人的研究結(jié)果一致，其中生物炭全田翻耕撒施處理的提升效果最優(yōu)，這是由于全田翻耕讓表土層和心土層土壤充分混合，打破了土壤表面板結(jié)層，增加了土壤通透性，且有效增加了耕作層厚度，疏松和熟化土壤。一般而言，適宜煙株生長的pH值為5.5～7.5[19]，試驗地的pH值多在4.5左右，偏酸性，對煙草生長存在一定抑制作用。施用生物炭可在一定程度上提高土壤的pH值，其中以全田翻耕撒施效果最佳，并且該方式下土壤的有機質(zhì)增量最大（圖4），堿解氮和速效鉀含量也有顯著增加（表2）。這是因為稻殼殘渣本身是一種富含碳、氫、氧等元素的化合物；其次生物炭具有孔隙多、比表面積大的特點，一方面可以改善土壤結(jié)構(gòu)，為微生物的生長提供良好的附著位點，促進微生物的生長繁殖，另一方面，微生物活性的增加也是其活化養(yǎng)分的能力增強，進而提高土壤中堿解氮和速效鉀含量；第三，生物炭撒施前全天翻耕可以改善稻田的保墑功能，有效減少水肥流失，提高土壤中的有效養(yǎng)分和含水量。因此，在稻殼殘渣、生物炭、全田翻耕三者綜合作用之下，植煙土壤的理化性質(zhì)得到了較好的改善。

煙株的農(nóng)藝性狀在一定程度上可以直觀地反映烤煙的品質(zhì)。研究表明，生物炭具有良好的吸附作用，不僅能提高土壤保水保肥能力，而且可以促進煙株的生長發(fā)育[11-12，17]。研究中生物炭不同施用方式對煙株株高、有效葉片數(shù)無顯著影響，其中條施對烤煙株高、葉節(jié)間距的促進作用最佳，壟面撒施、全田翻耕撒施對烤煙煙葉面積促進作用最為顯著（表3）。

邱嶺軍等[20]研究了生物炭施用量對土壤特性和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，試驗組產(chǎn)量、產(chǎn)值和中上等煙比例均有顯著提高，這與試驗結(jié)果基本相符。研究中，施用生物炭的烤煙實際產(chǎn)量比對照顯著增加，全田翻耕撒施處理的中上等煙比例比CK提高了0.67～0.76個百分點（表4）。這表明生物炭全田翻耕撒施可促進烤煙的生長，提高煙葉質(zhì)量，提升烤煙經(jīng)濟效益。

生物炭全田翻耕撒施處理提高了煙葉中總糖、還原糖、總氮和煙堿含量，這可能與施用生物炭活化了土壤養(yǎng)分，促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與轉(zhuǎn)化有關(guān)[21]。生物炭全田翻耕撒施處理烤后煙葉的氯含量和糖堿比提高，達到了優(yōu)質(zhì)烤煙品質(zhì)（表5），但是總糖、還原糖超出優(yōu)質(zhì)烤煙適宜范圍，可能會導致烤煙氣味平淡。綜合土壤理化性質(zhì)以及煙株的農(nóng)藝、經(jīng)濟性狀分析，生物炭全田翻耕撒施處理的烤煙品質(zhì)好、產(chǎn)量高，施用效果最佳。

綜上所述，稻殼生物炭不僅優(yōu)化了植煙土壤的水肥條件，而且還在一定程度上刺激了煙株生長，提高了上等煙比例和煙葉產(chǎn)質(zhì)量，其中以煙田翻耕前全田翻耕撒施的施用方式效果最佳，顯著降低了土壤容重，大幅增加了土壤堿解氮和速效鉀含量，對土壤孔隙度、田間持水量、pH值也有一定的改善，對烤煙生長和產(chǎn)量的提升效果最為顯著，同時優(yōu)化了烤后煙葉的氯含量以及糖堿比，提高了總糖、還原糖、總堿和總氮含量。

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（責任編輯：肖彥資）