柳開樓 胡惠文 葉會(huì)財(cái) 胡秋萍 胡志華 黃慶海 李大明 余喜初

摘? 要? 在紅壤區(qū)，土壤鉀素缺乏嚴(yán)重限制了煙草的需鉀能力和品質(zhì)提升。本研究以稻草源的生物炭為切入點(diǎn)，分別在水稻土和旱地紅壤上設(shè)不施鉀肥（CK）、化學(xué)鉀肥（FK）、60%化學(xué)鉀肥配施40%的稻草鉀肥（60% FK+40% SK）、60%化學(xué)鉀肥配施40%的生物炭鉀肥（60% FK+40% BK）等4個(gè)處理，分析烤煙產(chǎn)量和煙葉鉀素含量以及土壤速效鉀含量。結(jié)果表明，與CK和FK相比，60% FK+40% SK和60% FK+40% BK處理可以顯著提高煙葉產(chǎn)量和煙葉鉀含量，且水稻土明顯高于旱地紅壤。在所有處理中，均呈現(xiàn)出60% FK+40% BK處理的增幅最高。與CK相比，水稻土上60% FK+40% BK、60% FK+40% SK和FK處理的土壤速效鉀含量分別增加了48.43%、40.88%和11.95%，旱地紅壤上的增幅分別為29.63%、22.96%和20.00%。進(jìn)一步分析表明，土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（p<0.05）。通過擬合方程發(fā)現(xiàn)，盆栽試驗(yàn)條件下，水稻土和旱地紅壤的速效鉀含量增加10 mg/kg，煙葉鉀含量可以增加0.12%，但還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，在紅壤地區(qū)，施用稻草源的生物炭可以替代40%的化學(xué)鉀肥，且可以保證煙葉產(chǎn)量和提高煙葉鉀含量。

關(guān)鍵詞? 稻草;生物炭;土壤速效鉀;烤煙;紅壤中圖分類號(hào)? S143.3; S572 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2018.12.004

在南方丘陵區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，雖然煙草種植的比重不高，但由于具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其在農(nóng)業(yè)產(chǎn)值提升和促進(jìn)農(nóng)民增收中占有重要的一席之地^[1]。但是，煙草種植對(duì)土壤肥力消耗較大（吸鉀能力強(qiáng)、地上部分連年帶走）^[2]，再加上該地區(qū)的紅壤鉀素有效性偏低^[3]，因此，煙草種植極易加速該地區(qū)的土壤鉀素耗竭。盡管由于秸稈還田的大力推廣，該地區(qū)土壤的鉀素匱缺現(xiàn)象有所緩解，特別是水田上^[4-5];然而，土壤鉀素降低仍然是限制該地區(qū)烤煙品質(zhì)提升^[6]和煙農(nóng)植煙積極性的重要因素之一。

稻草是主要的農(nóng)業(yè)廢棄物，有研究表明，稻草還田可以補(bǔ)充土壤鉀素，從而緩解水稻土的鉀素耗竭^[4-5]，然而，雙季稻種植模式中的早稻草還田存在腐解緩慢、影響晚稻秧苗生長(zhǎng)等問題，從而嚴(yán)重制約了該地區(qū)稻草的循環(huán)利用^[7-8]。但是，在旱地紅壤上進(jìn)行稻草覆蓋還田可以顯著提高土壤有機(jī)碳含量，且可以顯著阻控水土流失^[9-10]。同時(shí)，稻草覆蓋還可以提高旱地紅壤保墑和抗旱能力，從而提高作物產(chǎn)量^[11-12]，然而，由于運(yùn)輸成本等因素的制約，稻草異地還田也不能完全解決該區(qū)域內(nèi)稻草的循環(huán)利用。

大量研究表明，將稻草進(jìn)行高溫厭氧裂解制備成生物炭是解決稻草循環(huán)利用的關(guān)鍵技術(shù)之一^[13]。趙殿峰等^[14]和高林等^[15]研究表明，稻草源的生物炭還田可以顯著提高土壤肥力和烤煙產(chǎn)量。同時(shí)，由于生物炭具有較高的比表面積和較強(qiáng)的活性^[16]，其可以顯著提升土壤的速效氮磷鉀含量，有研究表明，生物黑炭施用可以在化肥減施的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)^[17-18]。然而，對(duì)于喜鉀的煙草，稻草及生物炭的施用對(duì)于化肥鉀的替代效果還鮮有報(bào)道。因此，本研究以稻草源的生物炭為切入點(diǎn)，利用南方丘陵區(qū)的典型土壤類型

（水稻土和旱地紅壤），探討煙草種植中稻草和生物炭對(duì)化學(xué)鉀肥（硫酸鉀）的替代效果，以期為該區(qū)域的煙草化學(xué)鉀肥替代技術(shù)提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2017年進(jìn)行，試驗(yàn)地位于江西省進(jìn)賢縣江西省紅壤研究所內(nèi)（116°17?60?E、28°35?24?N），地處中亞熱帶，年均氣溫18.1 ℃，≥10 ℃積溫6 480 ℃，年降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 150 mm，無霜期約為289 d，年日照時(shí)數(shù)1 950 h。試驗(yàn)地土壤為水稻土和旱地紅壤。土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，分別在水稻土和旱地紅壤上各設(shè)4個(gè)處理：不施鉀肥（CK）、化學(xué)鉀肥（FK）、60%化學(xué)鉀肥配施40%的稻草鉀肥（60% FK+40% SK）、60%化學(xué)鉀肥配施40%的生物炭鉀肥（60% FK+40% BK），所有處理均施用相同用量的化學(xué)氮磷肥。每個(gè)處理4次重復(fù)，盆栽土壤為15 kg，煙草品種為云煙87，每盆栽1穴煙苗。各處理具體的肥料用量按照田間試驗(yàn)的3倍換算成每株煙草的施肥量，具體的肥料用量根據(jù)大田常規(guī)用量（N、P₂O₅和K₂O分別為120、135、360 kg/hm²）換算，盆栽施肥量見表2。其中生物質(zhì)炭原料是水稻秸稈。采用連續(xù)立式生物質(zhì)炭化爐生產(chǎn)，炭化溫度為450 ℃，生物質(zhì)材料35%的轉(zhuǎn)化為生物炭。生產(chǎn)的生物炭過5 mm篩備用，生物炭的pH 10.4，有機(jī)碳467.0 g/kg，全氮5.90 g/kg，全磷1.50 g/kg，全鉀29.50 g/kg。稻草含有機(jī)碳421 g/kg，全氮8.70 g/kg，全磷1.52 g/kg和全鉀22.72 g/kg。

化學(xué)鉀肥種類為硫酸鉀（K₂O含量為50%）、

氮肥為尿素（N含量為46%）、磷肥為鈣鎂磷肥（P₂O₅含量為12.5%）。氮、磷、鉀肥施用方法按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣施用，移栽時(shí)將全部的稻草（風(fēng)干稻草，為更好的模擬田間稻草還田情況，將全部稻草剪成5 cm左右）、生物炭、磷肥、70%的氮肥和70%的鉀肥與土壤混勻，剩余氮肥和鉀肥在煙草移栽30 d時(shí)追施。其他栽培管理措施同常規(guī)大田。

1.3? 測(cè)定指標(biāo)與數(shù)據(jù)處理

1.3.1? 烤煙產(chǎn)量和煙葉鉀素含量? 成熟期整株采取，煙葉采集后先用自來水洗凈，再用蒸餾水潤(rùn)洗，然后用吸水紙擦干，裝入紙袋 ，在105 ℃下殺青0.5 h，再將溫度降至75 ℃烘干至恒重并粉碎裝袋待測(cè)。植株全鉀含量采用H₂SO₄-H₂O₂消化-火焰光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2? 土壤速效鉀含量? 在煙草采收后采集土壤，風(fēng)干過篩后，采用四硼酸鈉法分析土壤速效鉀含量^[19]。

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003軟件進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)分析采用SAS 9.1軟件進(jìn)行，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan多重比較方法（p<0.05），圖采用Origin 8.1軟件進(jìn)行繪制。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同鉀肥對(duì)煙葉產(chǎn)量的影響

稻草及生物炭配施化學(xué)鉀肥可以顯著提高煙葉產(chǎn)量（圖1），且水稻土上的煙葉產(chǎn)量（30.51 g/pot）明顯高于旱地紅壤（26.70 g/pot）。在水稻土和旱地紅壤上，各處理間均呈現(xiàn)出60% FK+40% BK> 60% FK+40% SK>FK>CK。與CK相比，水稻土上60% FK+40% BK、60% FK+40% SK和FK處理的煙葉產(chǎn)量分別增加了118.14%、73.34%和33.84%，旱地紅壤上的增幅分別為179.05%、139.10%和64.18%。且均以60% FK+40% BK處理增幅最高。

2.2? 不同鉀肥對(duì)煙葉鉀含量的影響

鉀含量的高低是評(píng)判煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，且鉀含量越高，煙葉質(zhì)量越好。鉀肥種類可以顯著影響煙葉的鉀含量（圖2）。與煙葉產(chǎn)量的趨勢(shì)一致，各處理水稻土的煙葉鉀含量均值

不同小寫字母表示水稻土上各處理間存在顯著差異（p<0.05），不同大寫字母表示旱地紅壤上各處理間存在顯著差異（p<0.05）。

Different lower letters mean significance among all treatments （p<0.05） for paddy soil. Different capital letters mean significance among all treatments for upland red soil （p<0.05）.

（3.16%）也高于旱地紅壤的煙葉鉀含量均值（2.88%）。與CK相比，水稻土上60% FK+40% BK、60% FK+ 40% SK和FK處理的煙葉鉀含量分別增加了84.05%、60.75%和27.94%，旱地紅壤上的增幅分別為84.44%、67.09%和36.48%。且60% FK+40% BK和60% FK+40% SK處理的煙葉鉀含量顯著高于FK處理。

2.3? 不同鉀肥對(duì)土壤速效鉀含量的影響

施用鉀肥可以顯著提高土壤速效鉀含量，且各處理水稻土的速效鉀含量均值（249.06 mg/kg）明顯高于旱地紅壤（199.38 mg/kg）（表3）。與CK相比，水稻土上60% FK+40% BK、60% FK+40% SK和FK處理的土壤速效鉀分別增加了48.43%、40.88%和11.95%，旱地紅壤上的增幅分別為29.63%、22.96%和20.00%。

2.4? 煙葉鉀含量與土壤鉀素的量化關(guān)系

在秸稈和生物炭施用下，土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖3），且二者的關(guān)系在水稻土和旱地紅壤上均可以用線性方程進(jìn)行擬合（p<0.05）。進(jìn)一步通過擬合方程發(fā)現(xiàn)，水稻土和旱地紅壤的速效鉀含量增加10 mg/kg時(shí)，煙葉鉀含量可以增加0.12%。

3? 討論

在南方丘陵區(qū)，水稻土上煙葉的產(chǎn)量和鉀含量明顯高于旱地紅壤，這主要與土壤本身的性質(zhì)有關(guān)。該地區(qū)的旱地紅壤大多分布在緩坡和陡坡

上，而該地區(qū)雨季導(dǎo)致的水土流失也是旱地紅壤肥力下降的主要原因^[20-21];水稻土則主要分布在低丘和河谷盆地等，再加上長(zhǎng)期的灌水和秸稈、根茬還田等養(yǎng)分輸入，從而導(dǎo)致水稻土的肥力明顯高于旱地紅壤。前人的研究也表明，水稻土的肥力明顯高于旱地紅壤^[22-25]。

與不可再生的化學(xué)鉀肥資源不同，秸稈和生物質(zhì)炭均來源于農(nóng)業(yè)廢棄物，這些鉀肥資源的合理施用對(duì)于緩解化學(xué)鉀肥耗竭具有重要意義。本研究表明，稻草源的生物炭可以顯著提高煙葉的產(chǎn)量和土壤速效鉀及煙葉鉀含量，且提升幅度明顯高于稻草直接還田處理。這主要是因?yàn)樯锾吭黾油寥烙袡C(jī)質(zhì)含量，改良了土壤通氣性，改善了土壤微生物活性^[26]，進(jìn)而改善了煙葉生長(zhǎng)環(huán)境。同時(shí)，在鉀肥相等的情況下，稻草源的生物炭帶入了大量的有機(jī)質(zhì)和氮磷養(yǎng)分，這對(duì)于土壤肥力提升和煙草的養(yǎng)分需求也起到了十分重要的作用。簡(jiǎn)敏菲等^[16]研究表明，生物炭具有比表面大、吸附性強(qiáng)等特性，可以活化土壤中的速效養(yǎng)分，同時(shí)，大量的生物炭還可以顯著提升作物的根系活力^[27-28]，這對(duì)于煙苗的早生快發(fā)至關(guān)重要。因此，本研究的盆栽試驗(yàn)表明，稻草生物炭可以替代40%的化學(xué)鉀肥，但是其在田間條件下的應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步研究。

與傳統(tǒng)的醋酸銨浸提方法相比，四硼酸鈉法是目前速效鉀測(cè)定中與作物鉀素生物有效性密切相關(guān)的指標(biāo)^[29-31]。在本研究中，運(yùn)用四硼酸鈉法測(cè)定的土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。在水稻土和旱地紅壤上，其速效鉀含量增加10 mg/kg時(shí)，煙葉鉀含量可以增加0.12%，這對(duì)于指導(dǎo)該地區(qū)的煙葉鉀素提升具有重要的指導(dǎo)意義。但是，由于生物質(zhì)炭的制備原料和水稻秸稈的養(yǎng)分存在差異，以及本研究結(jié)果來源于盆栽試驗(yàn)，因此，有關(guān)生物炭和秸稈還田下土壤速效鉀與煙葉鉀含量的量化關(guān)系還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

4? 結(jié)論

在南方丘陵區(qū)，水稻土上煙葉的產(chǎn)量和鉀含量明顯高于旱地紅壤。與化學(xué)鉀肥相比，稻草和生物炭的煙葉產(chǎn)量和煙葉含鉀量也顯著提升，且可以替代煙草種植中40%的化學(xué)鉀肥。同時(shí)，秸稈和生物炭施用可以通過調(diào)控土壤速效鉀含量顯著提升煙葉鉀水平。

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