水改性生物炭及其浸提液對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的影響

摘要 為探究水改性生物炭及其浸提液對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育與品質(zhì)的影響，采取室外盆栽方式，設(shè)6個(gè)處理，新鮮生物炭（X0）、水改性生物炭（WZ）、水改性生物炭浸提液原液（W0）、水改性生物炭浸提液稀釋50倍（W50）、水改性生物炭浸提液稀釋100倍（W100）、常規(guī)施肥（CK）。結(jié)果表明：施用水改性生物炭和不同倍數(shù)的浸提液能夠促進(jìn)烤煙農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累量、煙株氮磷鉀積累量等指標(biāo)提升。在烤煙團(tuán)棵期，WZ處理的株高和最大葉長(zhǎng)，較CK分別增加了75.85%和20.58%，其根和葉積累量較CK分別增加89.05%和61.27%；在烤煙旺長(zhǎng)期，WZ處理烤煙根、莖、葉生物量積累量較CK分別增長(zhǎng)了33.89%、41.15%、46.50%；在煙株現(xiàn)蕾期，根體積以X0處理最優(yōu)，較CK增長(zhǎng)了69.91%；WZ處理煙株主根長(zhǎng)達(dá)到最大值54.13 cm，較CK增長(zhǎng)16.84%，且達(dá)到顯著差異；除W0處理外，其余處理煙株根系活力均顯著高于CK；W100處理的葉片氮積累量較X0處理提高了26.72%，磷積累量較CK提高118.18%；WZ處理根、葉及整株煙的鉀積累量最高，與CK相比均達(dá)到顯著差異，其中根和葉的鉀積累量較對(duì)照組分別提升37.50%和86.09%，而浸提液不同稀釋處理間葉片鉀積累量差異不顯著。直接施用水改性生物炭固體和浸提液可促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 水改性生物炭；浸提液；煙葉品質(zhì)

中圖分類號(hào) S 572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2024）20-0127-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.032

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Water-modified Biochar and Its Extract on the Growth and Development of Flue-cured Tobacco

LI Guo-wei LI Yi-ke LIU Gang3 et al

（1.College of Tobacco，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 650201；2.Qingzhen Branch Company of Guiyang Tobacco Company，Qingzhen，Guizhou 551400； 3.Luzhou Branc_{e75d0a507fe92652f30d45e4cb4a7c49}h of Sichuan Provincial Tobacco Company，Luzhou，Sichuan 646600）

Abstract In order to explore the effects of water-modified biochar and its extract on the growth and quality of flue-cured tobacco，six treatments were set up in this study，fresh biochar （ X0 ），water-modified biochar （ WZ ），water-modified biochar extract stock solution （ W0 ），water-modified biochar extract diluted 50 times （ W50 ），water-modified biochar extract diluted 100 times （ W100 ），conventional fertilization （ CK ）.The results showed that the application of water-modified biochar and different multiple extracts could promote the improvement of agronomic traits，dry matter accumulation，nitrogen，phosphorus and potassium accumulation of flue-cured tobacco.In the rosette stage of flue-cured tobacco，the plant height and maximum leaf length of WZ treatment increased by 75.85% and 20.58% respectively compared with CK treatment，and the accumulation of root and leaf increased by 89.05% and 61.27% respectively compared with CK treatment.In the vigorous growth period of flue-cured tobacco，the biomass accumulation of root，stem and leaf of flue-cured tobacco in WZ treatment increased by 33.89%，41.15% and 46.50% respectively compared with CK treatment.At the squaring stage of tobacco plants，the root volume of X0 treatment was the best，which increased by 69.91% compared with the control treatment.The main root length of tobacco plants treated with WZ reached the maximum value of 54.13 cm，which was 16.84% higher than that of CK treatment，and reached a significant difference.Except for W0 treatment，the root activity of tobacco plants in other treatments was significantly higher than that in CK treatment.The leaf nitrogen accumulation of W100 treatment was 26.72% higher than that of X0 treatment，and the phosphorus accumulation was 118.18% higher than that of CK treatment.The potassium accumulation in root，leaf and whole plant of WZ treatment was the highest，which was significantly different from that of CK.The potassium accumulation in root and leaf increased by 37.50% and 86.09%，respectively，compared with the control group.There was no significant difference in potassium accumulation in leaves among different dilutions of extract.The direct application of water modified biochar solid and extract could promote the growth of flue-cured tobacco and improve the yield and quality.

Key words Water-modified biochar;Leaching solution;Tobacco quality

生物炭（Biochar）是一種在氧氣有限的環(huán)境中從生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的多功能固體碳質(zhì)材料，具有密度低，比表面積高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)［1］。目前，其主要用作農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、園藝和環(huán)境領(lǐng)域的土壤改良劑［2-3］。但為了獲得理想的有效反應(yīng)，往往需要投入相對(duì)大量的生物炭，這不僅增加了作物改良受益者的成本，還會(huì)限制其更廣泛的應(yīng)用［4-5］。因此，為了實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)炭的有效利用，獲得多種效益，以生物質(zhì)炭為原料制作的產(chǎn)品類型及數(shù)量也在與日俱增［6-7］。其中新崛起的主要生物質(zhì)炭產(chǎn)品有改性生物炭及其浸提液［8-9］。

生物炭的改性是指通過物理、化學(xué)或者生物途徑來改良生物炭的物理化學(xué)性質(zhì)，使原生物炭的孔隙度和表面積增大，表面負(fù)載容量提升的一種技術(shù)手段，一般包括表面結(jié)構(gòu)改性和表面化學(xué)改性［10-11］。目前，改性生物炭在環(huán)境污染物、重金屬離子的吸附性能及機(jī)理方面的研究較多［12-13］，但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上研究卻較少，因此，除了作為性能優(yōu)秀的土壤改良劑，改性生物炭在農(nóng)業(yè)上的利用途徑還有待開發(fā)［1 14］?；诖?，該試驗(yàn)以稻殼生物炭為原料，通過去離子水對(duì)其改性，制備出改性生物炭和浸提液做盆栽試驗(yàn)，分析增施改性生物炭與罐施浸提液對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響，進(jìn)而初步評(píng)估改性生物炭與浸提液應(yīng)用到煙草的整個(gè)生產(chǎn)過程中的可行性，以期為優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)及改性生物炭的有效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2022年3—8月在云南省昆明市盤龍區(qū)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)盆栽試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。該地經(jīng)緯度為102°75′E，25°13′N，海拔1 943 m。盆栽試驗(yàn)土壤pH 5.27、有機(jī)質(zhì)含量68.15 g/kg、堿解氮277.34 mg/kg、速效磷76.80 mg/kg、速效鉀363.82 mg/kg。

1.2 供試材料

試驗(yàn)新鮮生物炭為稻殼生物炭（400 ℃厭氧制得），購(gòu)自河南立澤環(huán)?？萍加邢薰?；供試烤煙品種為K326，由玉溪中煙種子有限責(zé)任公司供種。供試肥料：施復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=16∶5∶28）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.3.1 水改性生物炭與浸提液的制備。

將新鮮生物炭粉碎，過60目篩網(wǎng)，按照生物炭鮮重與浸提劑1∶25的體積比例（即1 g生物炭配25 mL去離子水）混合，在（25±2）℃、100 r/min的旋轉(zhuǎn)搖床上振蕩24 h，過濾分離后上層清液用0.22 μm有機(jī)系尼龍微孔濾膜經(jīng)循環(huán)水式真空泵抽濾，濾液則轉(zhuǎn)移至聚乙烯塑料瓶中后置入4 ℃冰箱冷藏保存以待后續(xù)試驗(yàn)。固體殘?jiān)鼊t置于室內(nèi)自然風(fēng)干，置入密封袋備用。

1.3.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

盆栽試驗(yàn)于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)處理如表1所示，每個(gè)處理重復(fù)15株，每個(gè)重復(fù)為1盆，總計(jì)90盆，按照施純氮105 kg/hm2計(jì)，生物炭施用量為136.36 g/株，在移栽前需將復(fù)合肥、生物炭與土壤充分混合。浸提液各處理組以灌根的形式施入，以7 d 1次、連續(xù)49 d，每株每次200 mL的頻率，其余處理則灌等量清水。

1.3.3 測(cè)定指標(biāo)。

1.3.3.1

農(nóng)藝性狀調(diào)查。

按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查。在移栽后的30、60和90 d時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)測(cè)量6株，測(cè)定的內(nèi)容包括株高、莖圍、有效葉片數(shù)、節(jié)距、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬及最大葉面積。

1.3.3.2 生物量測(cè)定。

將所選煙株以莖基為中心把周圍 20 cm 根系帶土取出，將根系清水沖洗干凈后，將地上部分與煙株根系分開，再用吸水紙吸干根系表面的水分，分成根、莖、葉，于 105 ℃殺青 30 min，隨后在 75 ℃烘干至恒重，稱量各器官干重，計(jì)算單株重。

1.3.3.3 根系測(cè)定。

煙株生長(zhǎng)至現(xiàn)蕾期時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)測(cè)量6株長(zhǎng)勢(shì)一致的烤煙，測(cè)定其根系體積、主根長(zhǎng)及活力。以莖基為中心將周圍30 cm根系帶土取出，沖洗干凈后用吸水紙吸去根表面的水分，用排水法測(cè)定根系體積，根系活力測(cè)定方法采用紅四氮唑（TTC）比色法。

1.3.3.4 氮、磷、鉀含量測(cè)定。

于烤煙現(xiàn)蕾期，分別采集煙株葉、莖和根。葉片一次性采集；采集煙根時(shí)，先將煙株地上部分切除，后將煙根及周圍土壤一同挖起，盡量保證根系的完整，小心抖落松散泥土后置于尼龍網(wǎng)袋中，室內(nèi)靜水清洗后晾干。煙株葉、莖和煙根分開后分別置入烘箱中105 ℃殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重，分別獲取煙株根、莖、葉生物量，并檢測(cè)根、莖、葉中的氮、磷、鉀含量，檢測(cè)方法按照NY/T 2017—2011《植物中氮、磷、鉀的測(cè)定》執(zhí)行。煙株氮（磷、鉀）積累量計(jì)算公式：

根（莖、葉）的氮 （磷、鉀）累積量=氮 （磷、鉀） 含量×積累量

1.3.4 數(shù)據(jù)處理。

采用Excel 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，SPSS 25.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，Origin 2021軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水改性生物炭及其浸提液對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

如表2所示，在團(tuán)棵期，水改性生物炭與浸提液對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀各指標(biāo)均有促進(jìn)作用，WZ處理的株高和最大葉長(zhǎng)顯著高于CK，較其分別增加了75.85%和20.58%；煙株有效葉片數(shù)以W0處理最優(yōu)，相比CK與X0分別增加了25.71%與7.32%；W100處理的最大葉面積最大，較對(duì)照增大69.89%，且顯著高于CK、W0和W50處理。在移栽旺長(zhǎng)期，WZ、W0、W100處理的最大葉長(zhǎng)顯著高于CK;水改性生物炭與浸提液各處理最大葉面積均顯著高于對(duì)照，以W100處理葉面積最大，較CK增長(zhǎng)了28.20%。

2.2 水改性生物炭及其浸提液對(duì)烤煙生物量的影響

由表3可知，移栽團(tuán)棵期，與CK相比，X0處理烤煙的根、莖、葉與總干質(zhì)量分別增加了88.57%、110.73%、60.09%和69.10%；WZ處理煙株的根、莖、葉與總干質(zhì)量分別增加了89.05%、113.56%、61.27%和70.36%；改性生物炭浸提液不同處理烤煙各部分干物質(zhì)積累量均高于對(duì)照，其中稀釋50倍W50處理效果較好，較CK分別提高了64.76%、43.50%、41.32%和44.52%。移栽旺長(zhǎng)期在烤煙各部分干物質(zhì)積累量上，各處理顯著優(yōu)于對(duì)照，以WZ處理最佳，烤煙根、莖、葉與總干質(zhì)量較CK分別增長(zhǎng)了33.89%、41.15%、46.50%和41.80%，較X0處理根、葉、總干質(zhì)量增長(zhǎng)了3.22%、3.91%、2.34%，莖干重部分降低了1.65%；而較W50處理根、莖、葉與總干質(zhì)量分別增加1.23%、1.16%、1.08%和1.14%。從整株煙株干物質(zhì)積累量來看，促進(jìn)從大到小依次是水改性生物炭>新生物炭>水改性生物炭浸提液。

2.3 水改性生物炭對(duì)煙株葉片SPAD值的影響

由圖1可知，水改性生物炭與浸提液處理葉片SPAD值均高于新生物炭，且顯著高于對(duì)照組，水改性浸提液隨著稀釋倍數(shù)的增加葉片SPAD值整體呈上升趨勢(shì)，W50處理時(shí)SPAD值達(dá)到最大值，且顯著高于X0與CK處理，同比分別增加27.65%和46.38%。說明經(jīng)水改性生物炭后，固液產(chǎn)物均對(duì)烤煙葉片SPAD值產(chǎn)生促進(jìn)影響。

2.4 水改性生物炭及其浸提液對(duì)烤煙根系的影響

2.4.1 不同處理對(duì)煙株根體積及根長(zhǎng)的影響。

由圖2可知，煙株達(dá)到現(xiàn)蕾期時(shí)，施加生物炭與水改性生物炭不同處理煙株根體積均顯著高于對(duì)照組，以X0處理最優(yōu)，其次是W50處理，相比CK處理，煙株根體積分別增長(zhǎng)69.91%和45.96%。WZ處理時(shí)煙株主根長(zhǎng)達(dá)到最大值54.13 cm，較CK處理增長(zhǎng)16.84%；W100處理煙株主根長(zhǎng)略低于CK處理，同比降低了7.80%。

2.4.2 不同處理對(duì)烤煙根系活力的影響。

由圖3可知，除W0處理外，其余處理煙株根系活力均顯著高于CK處理，X0處理煙株根系活力最高，其次是W50處理，較對(duì)照分別增加30.48%和28.03%，其中水改性生物炭浸提原液根系活力略低于對(duì)照組，但差異不顯著，相比對(duì)照降低了5.86%，說明水改性浸提液原液噴施對(duì)烤煙根系活力并無促進(jìn)作用，需經(jīng)稀釋一定倍數(shù)后促進(jìn)效果才明顯加強(qiáng)，增施新生物炭與水改性生物炭均具有促進(jìn)煙株根系活力的作用。

2.4.3 不同處理對(duì)烤煙氮磷鉀積累量的影響。

如圖4a所示，水改性生物炭及浸提液各處理的烤煙整株氮積累量均顯著高于對(duì)照處理，其中WZ處理根的氮積累量最高，較CK、X0處理分別提高了91.11%和45.76%，且均達(dá)到顯著差異，

隨著浸提液稀釋倍數(shù)的增加根氮積累量也增加，但處理間差異不顯著；烤煙莖氮積累量在W50處理時(shí)達(dá)到最大值，較CK處理增加129.63%；W100處理的葉片氮積累量最高，顯著高于其他處理，較X0處理提高26.72%，隨著浸提液稀釋倍數(shù)的增加葉片氮積累量也顯著增加。如圖4b所示，水改性生物炭浸提液不同處理整株煙磷積累量均高于WZ處理，且隨著稀釋倍數(shù)的增加磷積累量增加。以W100處理的煙株葉片磷積累量最高，較WZ和CK處理分別提高了33.33%

和118.18%，且達(dá)到顯著差異。如圖4c所示，WZ處

理根、葉及整株煙的鉀積累量最高，與CK相比均達(dá)到顯著差異，其根和葉的鉀積累量較對(duì)照組分別提升37.50%和86.09%，浸提液不同處理間葉片鉀積累量差異不顯著。說明水改性生物炭與浸提液整體上均可促進(jìn)煙株各部分對(duì)氮磷鉀積累量的吸收，且改性生物炭比新生物炭對(duì)煙株氮和鉀的積累促進(jìn)效果更好。

3 討論

煙葉的農(nóng)藝性狀與干物質(zhì)積累量是衡量煙株生長(zhǎng)產(chǎn)質(zhì)量狀況的重要指標(biāo)。研究表明，增施改性生物炭或者噴施一定稀釋倍數(shù)的改性浸提液后，可有效提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量［15-16］，筆者試驗(yàn)研究結(jié)果與上述研究結(jié)果總體一致，在整個(gè)烤煙生育期中，水改性生物炭與浸提液對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀、葉綠素含量、干物質(zhì)積累量等各指標(biāo)均存在促進(jìn)作用。但總體上，在各處理中，改性生物炭固體處理對(duì)烤煙生長(zhǎng)正向效應(yīng)優(yōu)于浸提液處理，而經(jīng)稀釋50、100倍數(shù)的浸提液處理要優(yōu)于浸提液0倍處理。這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)在控氧環(huán)境下制成生物炭過程中產(chǎn)生的生物油具有一定的生物毒性，從而抑制煙株的生長(zhǎng)，而這些有毒物質(zhì)具有一定的水溶性，隨稀釋倍數(shù)的增加其毒性降低，且浸提液中正效應(yīng)因子（如丁烯酸內(nèi)酯）的作用掩蓋掉了負(fù)效應(yīng)因子［17-18］。但也有研究表示，生物炭可溶性有機(jī)分子對(duì)會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，包括生物量、葉面積和植物高度的減少等［19-20］，這與筆者試驗(yàn)結(jié)果不一致。這可能是因?yàn)閬碜圆煌系纳锾恐泻械亩拘晕镔|(zhì)種類、性質(zhì)和含量以及正向效應(yīng)因子等均存在較大差異所導(dǎo)致［21］。另外，筆者試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，施加改性生物炭與浸提液不同處理（W0除外）均促進(jìn)煙株根系的生長(zhǎng)，其根系活力明顯提高，根體積也顯著優(yōu)于對(duì)照組，但主根長(zhǎng)與對(duì)照相比差異不明顯（W100除外），且浸提液各稀釋處理主根長(zhǎng)整體表現(xiàn)＜CK，這說明改性生物炭與浸提液主要促進(jìn)烤煙根系橫向側(cè)根的生長(zhǎng)，從而增加其根系體積以及干物質(zhì)含量，進(jìn)而提升烤煙整體的外觀與內(nèi)在質(zhì)量。該試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，增施水改性生物炭及其浸提液可提高烤煙各部位氮磷鉀積累量，與前人研究一致［22-23］。

4 結(jié)論

增施水改性生物炭和灌施浸提液可有效提升煙株地上部農(nóng)藝性狀、地下部根系活力、根體積以及煙株干物質(zhì)積累量等關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)一步提高烤煙整體的生產(chǎn)質(zhì)量。該試驗(yàn)結(jié)果僅適用于盆栽試驗(yàn)，對(duì)于水改性生物炭（及其浸提液）農(nóng)業(yè)應(yīng)用途徑的開發(fā)以及對(duì)煙田土壤根際微生物真菌、細(xì)菌群落的影響，還有待進(jìn)一步研究試驗(yàn)加以闡述和補(bǔ)全。

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