張 榜，張得平，袁 維，劉慧生，首安發(fā)，劉國順，王新發(fā)，殷全玉*

(1.河南農業(yè)大學 煙草學院/煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室/河南省生物炭工程技術研究中心，河南 鄭州450002；2.江蘇中煙工業(yè)有限責任公司 南京卷煙廠，江蘇 南京 210019；3.廣西壯族自治區(qū)煙草公司 賀州市公司，廣西 賀州 542899)

煙草是我國重要的經濟作物，它不僅需要適當的產量，更需要優(yōu)良的煙葉質量[1]。大部分煙區(qū)在煙草種植過程中過度使用單一化學肥料提高煙葉產量，使得植煙土壤的健康狀況嚴重惡化[2]，導致了土壤碳庫退化、碳氮比不平衡、有機物質貧乏、土壤板結、土壤微生物群落被破壞等，土壤生態(tài)急劇惡化，肥料利用率低，生產力低下，煙葉品質下降，從而嚴重影響了我國煙葉的質量[3]。因此，通過改善土壤條件以提高煙葉質量是目前亟待解決的問題。

生物炭是生物有機材料在缺氧或低氧環(huán)境中經過高溫裂解后的固體產物，除了含有大量的C(40%～75%)、H、O外，還含有豐富的大量元素(N、P、K)、中微量元素(B、Zn、Cu、Ca、Mg)[4-6]。施用生物炭可提高土壤有機碳含量，也能為作物生長提供多種養(yǎng)分[7]。有研究表明，在土壤中施用生物炭對土壤固碳減排有顯著的影響，甚至降低了溫室氣體的排放[8-9]。生物炭具有很高的吸附能力、陽離子交換能力和化學反應性，可作為肥料的緩釋載體，減緩肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放速率，減少肥料養(yǎng)分在土壤中的淋失和固定損失，提高肥料的利用率，減少肥料的用量[10]。總之，生物炭是一種很好的土壤改良劑，它在土壤中的輸入將有助于促進作物的生長和發(fā)育，并顯著提高作物產量[11]。但是生物炭本身所含養(yǎng)分有限，單獨施用不能滿足作物生長的需要[12-13]。近年來，高碳基有機肥已成為農業(yè)、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境等諸多領域的研究熱點[14]。

高碳基有機肥的主要成分是生物炭[15]，同時混合有腐殖酸、微量元素等成分，能修復結構破壞的土壤，能補充農作物供碳不足[16]。高碳基肥料主要通過生物炭對土壤改良發(fā)揮作用。煙草專用高碳基有機肥利用生物炭改善土壤微生物的棲息環(huán)境，使微生物菌劑更容易在煙草根系周圍定居，富含煙草生長發(fā)育所需的各種營養(yǎng)元素和有機質，其生物炭含量超過20%，施用該肥料可顯著改善土壤的物理、化學和生物學特性，提高土壤碳氮比，加速氮素礦化和有機物的降解，實現土壤養(yǎng)分的均衡供應[17]。高碳基有機肥是一種全營養(yǎng)有機肥，以碳為主，含有大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等大中量元素，以及鐵、錳、鋅、硼等微量元素，不僅能充分滿足煙草各生育期的營養(yǎng)需求，而且還能增加土壤中各種養(yǎng)分的含量，改善土壤的養(yǎng)分結構，對生態(tài)煙葉、有機煙葉和安全煙葉的生產具有重要意義[18-20]。

為了探究不同生物炭含量的高碳基肥對烤煙生產的影響，本研究根據富川煙田土壤養(yǎng)分基礎狀況，設計3種不同生物炭含量的高碳基肥配方，研究3種配方高碳基有機肥對煙株農藝性狀、干物質積累、根系發(fā)育、烤后煙葉化學成分、產量和產值的變化規(guī)律，以期確定適合賀州煙區(qū)的高碳基有機肥配方，為提高廣西煙葉質量和市場競爭力提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

2019年，在廣西自治區(qū)賀州市富川縣木朗村進行田間試驗。地理位置：111.16° E、24.53° N，海拔為167 m。土壤類型是黃壤土，土壤肥力中等，灌排方便。土壤的基礎肥力狀況：速效磷56.44 mg/kg、速效鉀117.11 mg/kg、銨態(tài)氮18.70 mg/kg、硝態(tài)氮29.78 mg/kg、pH值7.82、總氮含量0.22%、總碳含量3.49%。

1.2 試驗設計

對照(CK)為常規(guī)施肥，總施肥量為1125 kg/hm2的煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O=12∶9∶24)，其中基肥為825 kg/hm2，追肥為300 kg/hm2。在保持總氮量、追肥次數和數量相同的情況下，試驗設置3個不同生物炭配方的高碳基肥處理，其生物炭含量分別為30%、34%和38%，高碳基肥的其他成分及含量：N+P2O5+K2O≥5%、有機質(干基)≥45%、粗脂肪≥1%、水分≤20%。每個處理施高碳基肥600 kg/hm2。生物炭來自河南惠農土質保育研發(fā)有限公司。

試驗地采用隨機區(qū)組設計，每個處理重復3次，隨機排列，每個小區(qū)0.02～0.03 hm2。種植密度和管理措施與當地一致。采用窩肥的施肥方式。生物炭和高碳基肥全部用作基肥。對照和各處理的追肥次數和數量一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農藝性狀的測量 打頂后10 d，對照及每個處理隨機選取9株煙，調查其農藝性狀：株高、莖圍、葉片數、最大葉長、葉寬和葉面積。葉面積計算公式：葉面積=葉長×葉寬×0.6345。

1.3.2 殺青樣的采集 打頂后10 d，對照及每個處理隨機選取9株煙，將根上的土用水沖洗干凈。將根、莖、葉分開，在105 ℃下殺青20 min，60 ℃烘至恒重，分別稱量根、莖、葉的干重。

1.3.3 根系發(fā)育的測量 打頂后10 d，對照及每個處理隨機選取9株煙，將根上的土用水沖洗干凈。用根系掃描儀(LA2400 Scanner, Expression 12000XL)對洗凈的煙根進行根系掃描，分析根系的發(fā)育情況。

1.3.4 烤后煙葉產量、產值及化學成分的測定 統計各處理產量和產值，記錄上、中、下3個部位煙葉的等級，稱量每個等級的重量，計算各小區(qū)的產量和經濟產值。采烤結束取C3F和B2F煙葉樣品，每個處理的每個等級取50片完整葉片，45 ℃下烘干，碾碎后過60目篩子，分析其化學成分。常規(guī)化學成分分析執(zhí)行煙草行業(yè)標準YC/T 161─2002煙草及煙草制品，使用連續(xù)流動分析儀(PULSE3000)進行測定。

1.4 數據分析

采用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 21軟件對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同碳氮比高碳基有機肥對煙株農藝性狀的影響

打頂后10 d，調查各處理煙株的農藝性狀，每個處理調查9株，最后取其平均值。由表1可知，與CK相比，各處理的葉片數和株高均低于CK，且CK與T2和T3之間達到顯著水平。在莖圍上，T1和T2的莖圍與CK基本一致，T3的莖圍稍高于CK，但CK與各處理之間均沒有達到顯著水平。對于最大腰葉，CK的葉長最大，達到79.64±5.21 cm，T2和T3的葉長居中，在76.00 cm左右，T1的葉長最小，僅為72.10±8.48 cm，CK的葉長與T1的葉長達到顯著差異；在葉寬上，T2和T3的葉寬較大，在30.00 cm左右，大于CK的葉寬，T1的葉寬最小，僅為26.43±3.50 cm，與T2和T3的葉寬達到顯著差異；在葉面積上，以T3的葉面積最大，達到1497.95±150.86 cm2，CK和T2的葉面積次之，T1的葉面積最小，僅為1215.52±231.46 cm2，與CK及T2、T3達到顯著差異。對于最大上部葉，CK的葉長最小，不足70.00 cm，3個處理的葉長均在70 cm以上，大小為T3>T2>T1>CK，T3的葉長顯著大于CK和另外2個處理，為76.76±5.49 cm；在葉寬上，CK、T1和T2的葉寬均在24 cm左右，差別不大，T1的葉寬最小，僅為23.86±2.75 cm，T3的葉寬最大，為27.35±4.63 cm，與CK、T1和T2達到顯著差異；在葉面積上，CK、T1和T2的葉面積均在1100 cm2左右，差別不大，T1的葉面積最小，僅為1067.24±211.14 cm2，T3的葉面積最大，為1344.64±309.12 cm2，與CK、T1和T2達到顯著差異。綜合各農藝性狀的數據，高碳基肥配施生物炭對有效葉數、株高、莖圍沒有促進作用，對最大腰葉的葉寬、最大上部葉的葉長和葉寬有一定的促進作用，綜合效果表現為T3>T2>T1>CK。

表1 不同處理打頂后10 d煙草的農藝性狀的比較

2.2 不同碳氮比高碳基有機肥對根系發(fā)育情況的影響

打頂后10 d調查各處理煙株農藝性狀，每個處理取9株煙的煙根，沖洗干凈后，通過數字化掃描儀對根系進行掃描，對7個根系生長指標進行分析，最后取9個煙根的平均值。從表2可知，與CK相比，各處理根系的7個生理指標均大于CK。在根長上，T3的根長最大，達到901.74±155.95 cm，T2的根長次之，T1和CK的根長較小，但CK與各處理間沒有達到顯著差異。在投影面積和表面積上，變化趨勢一致，大小為T3>T2>T1>CK，T3與CK達到顯著差異。在平均直徑上，以T2的直徑最大，為2.73±0.42 mm，T3和T1次之，CK最小，僅為2.03±0.42 mm，T2和CK達到顯著差異。在根體積上，T3的根體積最大，為39.75±8.43 mm3，T2次之，而T1和CK的根體積較小，但CK與各處理之間沒有達到顯著差異。在根尖數上，T2和T3的根尖數較大，均在4400個以上，而T1和CK的根尖數明顯較小，在3800個左右，T2和T3與T1和CK達到顯著差異。在分支數上，以T3最大，達到12912±30.55個，T2次之，T1和CK明顯較小，在1000個以下，CK與3個處理之間均達到顯著差異。綜合根系掃描的結果，高碳基肥配施生物炭能促進根系的發(fā)育，顯著增加了投影面積、表面積、平均直徑、根尖數和分支數，綜合效果表現為T3>T2>T1>CK。

表2 不同處理打頂后10 d煙根根系掃描結果分析

2.3 不同碳氮比高碳基有機肥對煙株干物質積累情況的影響

打頂后10 d，調查各處理煙株農藝性狀，每個處理調查9株，最后取9株的平均值。從表3可知：在葉干重上，以T3的干重最大，為80.00±10.00 g，CK次之，T1和T2的干重較小，在71.00 g左右，CK與3個處理在葉干重上差異不顯著。在莖干重上，T3的干重最大，達到42.60±1.46 g，T2和T1次之，CK最小，僅為28.53±8.83 g，T3與T1和CK達到顯著差異，T2與CK達到顯著差異。在莖葉干重上，T3的干重明顯較大，為122.60±11.38 g，其他2個處理和CK均在107.00左右，T3與T2、T1、CK達到顯著差異。在根干重上，與莖葉干重的變化規(guī)律相似，T3的干重明顯較大，達到49.78±4.52 g，與T2、T1、CK達到顯著差異。在總干重上，T3的干重明顯較大，達到172.38±15.78 g，T2次之，T1和CK較小，T3與T2、T1、CK達到顯著差異。在根冠比上，T3的根冠比較大，為0.41，顯著高于T2、T1和CK。綜合干物質積累情況，高碳基肥配施生物炭能促進根、莖、葉的干物質積累，在一定程度上可以提高碳氮比，綜合效果表現為T3>T2>T1>CK。

表3 不同處理打頂后10 d干物質積累情況

2.4 不同碳氮比高碳基有機肥對烤后煙葉化學成分的影響

分別取CK及各處理B2F和C3F這2個等級的煙葉做常規(guī)化學成分分析，結果見表4。B2F的分析結果表明，T2和T3的總糖和還原糖含量明顯較高，總糖分別為25.88%和26.82%，還原糖分別為25.87%和24.76%，這2個處理的總氮和煙堿稍低于CK，鉀含量稍高于CK，氯含量稍低于CK。整體上看，T1與CK差別不大，T2和T3糖分物質含量多，利于煙葉香甜味的形成。CK及各處理表現出較高的煙堿含量，均在2.0%以上。鉀含量也較高，含量在2.30%以上。

表4 烤后煙化學成分比較分析 %

分析C3F的化學成分，CK具有較低的總糖含量，低于24.00%，煙堿含量較高，為2.49%，鉀含量低于3個處理，氯含量稍高于其他處理。3個高碳基肥處理的總糖在26.80%左右，均高于CK，總氮含量差別不大，而還原糖含量高于CK，氯含量稍低于CK，T2的煙堿含量最低，為2.00%，而鉀含量最高，超過3.0%，明顯高于其他處理。綜合B2F和C3F的化學成分的分析結果，表現為T2>T1>T3>CK。

2.5 不同配方高碳基有機肥對烤后煙產量與產值的影響

對上、中、下3個部位的烤后煙葉進行分級和稱重，根據2019年廣西煙葉收購價格計算產值，各個級別的產量、產值及中上等煙比例情況如表5、表6、表7、表8所示。

對于上部葉(表5)，在產量上，CK和T1的產量較低，均在730.00 kg/hm2左右，T1的產量最低，僅為729.00 cm；T2和T3的產量較高，分別為768.00和798.00 kg/hm2，比CK增加了4.49%和8.57%。雜色煙數量相對較低，CK最大，為72.50 kg/hm2，3個處理較低，均在50.00 kg/hm2左右。從上部葉4個級別(B1F～B4F)的產量可知，對照CK以B3F和B4F為主，2個級別占64.63%(即中等煙比例)，3個處理均以級別較高的B2F和B1F(或B2F)為主，上等煙比例均在55.00%以上，T2的上等煙比例最大，達到66.80%，CK的上等煙比例最小，僅為25.51%。中等煙比例呈相反的趨勢，CK最大，3個處理較小，均在40.00%以下。在產值上，CK的產值最低，僅為12484.50元/hm2，3個處理的產值較高，比對照的產值分別增加了35.67%、55.12%和50.85%，T2的產值最大，為19366.20元/hm2。

表5 不同處理的上部葉各級別產量及產值的比較

對于中部葉(表6)，在產量上，CK與3個處理的產量差別不大，均在700.00 kg/hm2左右，CK的產量最低，僅為682.50 kg/hm2，3個處理的產量分別比CK增加了0.51%、3.00%和1.25%。在各級別煙葉產量上，CK以C4F為主，占31.87%，其次是C3F和雜色煙，高檔次的C2F較少，僅占總產量的16.48%。3個處理均以級別較高的C3F為主，C2F和C4F的含量也較高，雜色煙的比較低。在上等煙比例上，CK的上等煙比例最低，僅為43.22%，3個處理的上等煙比例較高，均在60.00%以上，T2最高，達到65.72%。在中等煙比例上，CK和T3較高，分別為31.87%和31.26%，T1和T2較低，均在30.00%以下。在產值上，CK的產值最低，僅為15209.00元/hm2，3個處理的產值較高，比對照的產值分別增加15.23%、28.98%和24.21%，T2的產值最大，為19616.80元/hm2。

表6 不同處理的中部葉各級別產量及產值的比較

對于下部葉(表7)，整體產量和產值均較低，產量在250.00～315.00 kg/hm2之間，3個處理均高于CK，產量大小為T3>T2>T1>CK；下部葉沒有上等煙，中等煙(X3F)的比例也較低，3個處理稍大于CK，但3個處理和CK均在10.00%左右；無價值的煙葉較多，均在90.00%左右；產值在252.00～315.00元/hm2之間，產值大小表現為T3>T2>T1>CK。

表7 不同處理的下部葉各級別產量及產值的比較

綜合各部位煙葉的產量和產值(表8)，按每公頃計算，除T1上部葉的產量和總產量以及下部葉的產值低于CK外，3個處理的產量和產值均高于CK。在產量上，與CK相比，上、中、下3個部位以及整株的產量增加幅度分別是4.49%～8.57%、0.51%～3.00%、0.31%～21.61%和4.02%～7.60%。在總上等煙比例上，CK最小，僅為28.79%，3個處理均在50.00%左右，T2最大，為55.94%，大小表現為T2>T1>T3>CK。在總中等煙比例上，CK最大，為41.33%，3個處理均較低，在30.00%以下。在產值上，3個處理的上、中、下3個部位的產值及總產值均大于CK，上部葉產值的增幅較大，達到35.67%以上，最高達到55.12%；中部葉產值的增幅稍低，在15.23%～28.98%之間，下部葉產值的增幅在9.51%～25.83%之間，總產值的增幅在24.19%～40.48%之間，總產值大小表現為T2>T3>T1>CK。綜合產量和產值的分析結果，以T2處理的最好，表現為T2>T3>T1>CK。

表8 不同處理各部位煙葉產量及產值的比較

3 討論與結論

本試驗結果表明，與傳統施肥的CK相比，高碳基有機肥配施生物炭在農藝性狀方面沒有明顯的優(yōu)勢，有效葉數、株高、莖圍均低于CK，對最大腰葉的葉寬、最大上部葉的葉長和葉寬有一定的促進作用。孫鵬等研究認為，施用高碳基土壤修復肥能促進葉片開片和煙株生長[21]，與本試驗的結果基本一致。根系發(fā)育的數據表明，高碳基肥配施生物炭有促進根系發(fā)育的作用，尤其在根系投影面積、表面積、平均直徑、根尖數和分支數5個方面有顯著的效果。在干重方面，高碳基肥配施生物炭在葉干重方面沒有促進作用，但能促進莖干重、根干重及總干重，根冠比也有增加的趨勢。這與根系發(fā)育的數據一致，具有明顯的促進根發(fā)育和增加根系干重的作用。B2F和C3F這2個等級的煙葉化學成分分析表明，高碳基肥配施生物炭能增加B2F煙葉兩糖含量、減少氮化物的含量，有一定的提鉀降氯的作用。高碳基肥配施生物炭能增加C3F的總糖含量，對還原糖和總氮影響不大，對鉀含量有一定的提升作用，降低氯含量。按照煙葉各成分比例協調的適宜范圍來看，高碳基有機肥配施生物炭在一定程度上使中、上部煙葉的化學成分更協調[22]。劉新源等研究表明：隨著生物炭用量的增加，烤后煙葉的產量和產值逐漸提高，上等煙和中等煙比例也隨著生物炭用量的增加呈現先增加后下降的趨勢[23]。

在本試驗中，高碳基有機肥配施生物炭能明顯增加產量、產值和均價，提高上等煙的比例，這與劉新源等的研究結果一致。由于2019年夏季富川縣遭遇洪澇災害，對產量和產值影響很大，這也是本試驗產量、產值相對較低的原因之一。綜合本試驗的研究結果，3個肥料配比整體表現為T2>T3>T1，以T2的肥料配比更適宜在廣西富川地區(qū)推廣。