夏榮帥，蔡憲杰，夏賢仁，李先才，馬愛國，呂世保，未啟立，王瑞寶，潘義宏，閆 鼎

（1.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；2.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082；3.云南五佳生物科技有限公司，昆明 650106；4.華環(huán)國際煙草有限公司，安徽 滁州 233121）

農(nóng)業(yè)廢棄物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和再生產(chǎn)鏈中資源投入與產(chǎn)出物質(zhì)和能量的差額，其成分主要包括植物纖維性廢棄物和畜禽糞便兩大類［1］。以秸稈為代表，中國每年生產(chǎn)約9億t的秸稈（相當(dāng)于450萬t的氮肥、950萬t的鉀肥、95萬t的磷肥），占全世界秸稈總量的20%～30%［2］。由于環(huán)境意識(shí)缺乏、回收成本較高等原因，大量秸稈被焚燒，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，溫室氣體的排放對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了負(fù)擔(dān)。由此，將農(nóng)田廢棄物在絕氧或缺氧的密閉環(huán)境中，經(jīng)高溫炭化形成生物炭用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成為解決上述問題的重要舉措［3］。生物炭具有比表面積大、穩(wěn)定性高、孔隙度發(fā)達(dá)、高度芳香化、含碳量豐富等特點(diǎn)［4］，已有大量研究認(rèn)為生物炭可以促進(jìn)作物生長、提高其產(chǎn)量及品質(zhì)，在玉米、油菜、水稻、大豆、水蜜桃等作物上均有報(bào)道［5-8］。同時(shí)，生物炭具有改善土壤物理性質(zhì)、改善土壤酸度、提高有機(jī)質(zhì)含量等作用［9］?？緹熥鳛橹袊匾慕?jīng)濟(jì)作物，不合理施肥及連作現(xiàn)象普遍，導(dǎo)致植煙土壤板結(jié)、養(yǎng)分失調(diào)、有機(jī)碳含量較低、碳氮比例失調(diào)，煙葉質(zhì)量欠佳，限制了煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。前人關(guān)于生物炭在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用已進(jìn)行了大量研究，何曉冰等［10］研究表明增施生物炭基肥后烤煙干物質(zhì)積累和氮、磷、鉀的吸收均增加，干物質(zhì)積累是烤煙產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。劉卉等［11］研究表明，生物炭與氮肥配施能夠促進(jìn)煙株的生長發(fā)育，協(xié)調(diào)烤后煙葉的主要化學(xué)成分。劉領(lǐng)等［12］研究表明，施用生物炭能夠提高植煙土壤酶活性且對(duì)烤煙的生長具有積極的促進(jìn)效應(yīng)。以上研究均反映了烤煙品質(zhì)對(duì)生物炭的正響應(yīng)效應(yīng)，但目前鮮見將當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物秸稈炭化后應(yīng)用于烤煙生產(chǎn)，并研究其對(duì)烤煙物理特性、外觀質(zhì)量、化學(xué)成分、感官評(píng)吸質(zhì)量等品質(zhì)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益影響的報(bào)道。本試驗(yàn)擬充分利用農(nóng)田生物秸稈（玉米、小麥），通過高溫碳化處理制成生物炭，研究不同生物炭施用量與煙草專用復(fù)合肥混施對(duì)烤煙各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益的影響，確定生物炭最佳施用量，明確其對(duì)煙葉原料的影響，為卷煙原料配方提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2019年在宣威市熱水鎮(zhèn)營溝村開展，供試烤煙品種為云煙105。試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分如下：全氮1.96 g/kg，全鉀8.15 g/kg，全磷0.78 g/kg，速效磷23.23 mg/kg，堿解氮150.87 mg/kg，速效鉀319.81 mg/kg，pH 6.37，有機(jī)質(zhì)46.27 g/kg。生物炭選用由小麥（30%）、玉米秸稈（70%）粉碎后，經(jīng)400～500℃高溫裂解的產(chǎn)物生物炭，理化性質(zhì)為有機(jī)碳456 g/kg，N∶P2O5∶K2O=0.68∶0.21∶1.17，pH 6.5?？緹煙o機(jī)肥料為煙草專用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=14∶10∶24）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理和1個(gè)對(duì)照（CK），具體處理方式見表1。當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥分基肥和追肥施用，每公頃純氮用量為105 kg，以此為基準(zhǔn)，依據(jù)生物炭養(yǎng)分含量，對(duì)增施生物炭的處理等氮減施復(fù)合肥，保證各處理純氮用量一致，各處理不足的磷鉀養(yǎng)分含量分別施過磷酸鈣（P2O5≥16%）、硫酸鉀（K2O≥50%）補(bǔ)齊。每個(gè)處理3次重復(fù)，300株烤煙。生物炭與70%復(fù)合肥施用前進(jìn)行充分混勻，于烤煙移栽時(shí)一次性塘施，留30%復(fù)合肥于烤煙移栽后第20天統(tǒng)一進(jìn)行對(duì)水追肥。各處理烤煙其他管理參照曲靖市優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行，煙葉成熟后掛牌標(biāo)記烘烤。

表1 試驗(yàn)處理

1.3 測定內(nèi)容及方法

煙葉烘烤回潮后，按照GB 2635—1992標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)測產(chǎn)，調(diào)查均價(jià)、產(chǎn)量、中上等煙比例以及產(chǎn)值等經(jīng)濟(jì)效益。分別選取各處理B2F（上部）和C3F（中部）煙葉3.0 kg作為煙葉樣品用于綜合品質(zhì)的檢測分析。

1.3.1 煙葉常規(guī)化學(xué)成分的測定 試樣制備采用烘箱法（YC/T 31—1996）；檢測項(xiàng)目包括煙葉總糖、氯離子、鉀離子、還原糖、總氮和總植物堿等6項(xiàng)指標(biāo)的含量，采用YC/T 217—2007和YC/T 159～162—2002（連續(xù)流動(dòng)法）進(jìn)行檢測。

1.3.2 煙葉感官評(píng)吸 將各處理煙葉切絲后卷制成單料煙，經(jīng)過48 h水分平衡后，由7名持證評(píng)吸專家按照YC/T 138—1998標(biāo)準(zhǔn)中“九分制”的方法對(duì)煙氣的刺激性、濃度、余味、燃燒性、香氣質(zhì)、香氣量、灰色、雜氣和勁頭等指標(biāo)進(jìn)行打分。

1.3.3 煙葉外觀質(zhì)量評(píng)價(jià) 包括煙葉的身份、顏色、色度、成熟度、油分、組織結(jié)構(gòu)等6項(xiàng)指標(biāo)，依據(jù)GB2635—1992標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分評(píng)價(jià)。

1.3.4 煙葉物理特性 包括煙葉抗張力、厚度、平衡含水率、葉面密度、填充值和含梗率等6項(xiàng)指標(biāo)，依據(jù)GB/T12914—2008、GB/T451.3—2002和YC/T142—2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。

1.3.5 煙葉經(jīng)濟(jì)性狀 依據(jù)GB2635—1992，分別調(diào)查和統(tǒng)計(jì)各處理烤后煙葉的等級(jí)，計(jì)算等級(jí)結(jié)構(gòu)。同時(shí)統(tǒng)計(jì)均價(jià)和產(chǎn)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，煙葉物理特性、外觀質(zhì)量、感官評(píng)吸質(zhì)量及綜合品質(zhì)均參照《中國煙草種植區(qū)劃》，采用權(quán)重賦值法進(jìn)行評(píng)價(jià)［13］。煙葉常規(guī)化學(xué)成分采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)［14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉物理特性

各處理煙葉物理特性分析見表2。就中部煙葉而言，綜合得分排序?yàn)門1＞T2＞T3＞T4＞CK，CK最低，為84.54分，T1處理最高，達(dá)91.78分，較CK提高了8.56%。與各處理相比，CK處理煙葉含梗率較高，葉面密度、平衡含水率較低。上部葉T2處理得分最高，T4處理葉面密度偏高，得分最低，排序表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK＞T4。通過計(jì)算中、上部煙葉物理特性平均綜合得分可知，各處理平均綜合得分均高于CK，T1、T2、T3、T4分別較CK提高了4.17%、4.64%、4.21%、0.99%，T2表現(xiàn)最好，T4改善效果不理想。

表2 煙葉物理特性

2.2 煙葉外觀質(zhì)量

不同生物炭施用量煙葉外觀質(zhì)量見表3，各處理中部煙葉外觀質(zhì)量綜合得分以T2處理最高，T1處理最低，其余處理相差無幾，排序?yàn)門2＞T4＞T3＞CK＞T1。上部煙葉外觀質(zhì)量綜合得分在75.75～77.50，差異較小。計(jì)算中、上部煙葉平均綜合得分可知，T2處理煙葉外觀質(zhì)量最好，達(dá)81.28分，較CK提高2.59%，T3、T4得分分別為79.98、79.40，與CK相差較小。

表3 煙葉外觀質(zhì)量

2.3 煙葉常規(guī)化學(xué)成分

依據(jù)云南中煙工業(yè)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［15］，優(yōu)質(zhì)烤煙總糖含量為19%～28%，還原糖含量為16%～25%，總氮含量為1.5%～2.5%，鉀含量在1.5%以上，氯含量小于0.6%，上部煙葉煙堿含量為2.7%～3.7%，中部煙葉煙堿為2.1%～2.9%，下部煙葉煙堿含量為1.5%～2.2%。秸稈生物炭不同用量對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響見表4。與優(yōu)質(zhì)煙葉相比較，各處理煙葉總糖均偏高，還原糖、總氮、氯離子含量相對(duì)適宜，總植物堿含量偏低，但與CK相比，增施不同量的生物炭使烤煙總植物堿含量均得到提高。中部煙葉除CK外的各處理鉀離子含量均達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉范圍，T3、T4較高，上部煙葉鉀含量整體偏低，僅高炭處理T3、T4達(dá)標(biāo)。各處理糖堿比偏高，鉀氯比較適宜，中部煙葉氮堿比在適宜范圍，上部煙葉略高。對(duì)比中、上部煙葉各處理化學(xué)成分綜合得分，高低分別表現(xiàn)為T3＞T4＞T2＞CK＞T1和T4＞T3＞T1＞T2＞CK，綜合比較，生物炭高添加量的處理（T3和T4）對(duì)化學(xué)成分的改善作用較好。其中，中部葉除T1外，各處理綜合得分均高于CK，最高為T3（74.76分），達(dá)到較高等級(jí)，較CK提高28.06%；各處理上部葉綜合得分均高于CK，最高為T4（79.58分），達(dá)到“高”等級(jí)，較CK提高38.59%，效果明顯。計(jì)算平均綜合得分可知，T1、T2、T3、T4分別較CK提高了5.03%、4.96%、20.19%、20.97%。

表4 煙葉常規(guī)化學(xué)成分

2.4 煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量

各處理煙葉感官質(zhì)量及綜合得分見表5。由結(jié)果（表5）可知，各處理中部煙葉感官質(zhì)量綜合得分均高于CK，其中以T3最高，達(dá)73.78分，具體表現(xiàn)為質(zhì)感尚細(xì)膩，清香韻稍顯，濃度較濃，刺激性較小，雜氣較小，生津回甜感好，但余味稍澀；除T4外，各處理上部葉感官質(zhì)量綜合得分均優(yōu)于CK，最高仍為T3，達(dá)75.06分，主要表現(xiàn)為略有焦甜香，量較足，濃度較濃，愉悅性和舒適感較好，刺激性較小，但微有枯焦氣。通過計(jì)算平均綜合得分可知，高低排序?yàn)門3＞T1＞T2＞T4＞CK，T3煙葉感官質(zhì)量綜合得分相較于CK提高了5.26%。

表5 煙葉感官質(zhì)量

2.5 煙葉綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)

各處理煙葉綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。結(jié)果（表6）表明，增施秸稈生物炭，各處理煙葉綜合品質(zhì)得分均高于CK，其中，中部葉高低表現(xiàn)為T3＞T4＞T2＞T1＞CK，上部葉表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2＞CK。對(duì)各處理綜合品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用中部和上部煙葉得分的平均值進(jìn)行比較。物理特性、外觀質(zhì)量均以T2最優(yōu)，化學(xué)成分分別以T3、T4最優(yōu)，分別較CK提高了20.19%、20.97%，升幅較大。感官評(píng)吸質(zhì)量以T3最優(yōu)，提高了5.26%。綜合來看，以不同量增施秸稈生物炭，對(duì)煙葉品質(zhì)均有一定的正面影響，以T3效果最佳，較對(duì)照平均提高7.62%，其次為T4處理，平均提高4.57%，T1、T2品質(zhì)提升效果稍差，分別提高2.70%、3.06%。

表6 煙葉綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.6 煙葉經(jīng)濟(jì)性狀

對(duì)各處理經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表7。對(duì)比可知，各處理經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均優(yōu)于CK，增施不同量的生物炭均能一定程度上提高產(chǎn)量、產(chǎn)值和等級(jí)結(jié)構(gòu)。其中，T3上等煙、中上等煙比例和產(chǎn)量、均價(jià)最高，與CK相比，產(chǎn)值提高8.89%，經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)最佳。

表7 煙葉經(jīng)濟(jì)性狀

3 小結(jié)與討論

含梗率是煙葉的煙梗所占總量的比例，在物理特性評(píng)價(jià)體系中所占權(quán)重高達(dá)0.35，是一個(gè)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［16］。《中國煙草種植區(qū)劃》［13］認(rèn)為含梗率最佳范圍為22%～25%，但近些年來有上升的趨勢。從試驗(yàn)結(jié)果來看，各處理煙葉含梗率均高于最佳范圍，但增施生物炭后煙葉含梗率出現(xiàn)明顯下降，T1、T3上部煙葉含梗率已接近最佳范圍，說明增施生物炭可一定程度上降低含梗率，這對(duì)提高煙葉工業(yè)可用性和加工質(zhì)量具有積極意義。所以適宜的煙葉含梗率能滿足卷煙企業(yè)對(duì)高質(zhì)量煙葉原料的需求，最大限度地提高打葉復(fù)烤企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益［17］，增施生物炭可作為調(diào)控?zé)熑~含梗率的重要手段。

相比其他品質(zhì)指標(biāo)，煙葉化學(xué)成分對(duì)生物炭施用量的響應(yīng)程度最大，高施炭量處理T3、T4煙葉化學(xué)成分綜合得分分別提高20.19%、20.97%，升幅較大。外觀質(zhì)量和物理特性是煙葉品質(zhì)的表征，而化學(xué)成分便是決定烤煙品質(zhì)的內(nèi)在因素。前人研究認(rèn)為與評(píng)吸質(zhì)量密切相關(guān)的化學(xué)成分主要是糖組分和含氮化合物，煙堿是滿足吸食者生理需求最主要的成分，與總氮一起影響勁頭和刺激性，總糖、還原糖含量與吃味相關(guān)并對(duì)香氣質(zhì)影響較大；鉀作為品質(zhì)元素，同樣對(duì)煙葉品質(zhì)有很大影響，主要體現(xiàn)在香氣質(zhì)、香氣量、燃燒性、安全性等方面；煙草是忌氯作物，其含量過高會(huì)降低煙葉燃燒性，產(chǎn)生熄火現(xiàn)象［18-20］?？梢妳f(xié)調(diào)的化學(xué)成分是優(yōu)質(zhì)煙葉原料、高品質(zhì)卷煙產(chǎn)品的前提。試驗(yàn)中，常規(guī)施肥下總糖高于優(yōu)質(zhì)煙葉化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)，總植物堿相對(duì)較低，糖堿比較高，增施生物炭后，總糖含量有了一定程度的降低，上部煙葉總氮、總植物堿明顯上升，糖堿比達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍，化學(xué)成分協(xié)調(diào)性明顯改善，煙葉綜合品質(zhì)提高。這與肖佳冰等［21］、趙殿峰等［22］、李莉等［23］的研究較為一致，但趙殿峰等［22］認(rèn)為過多施用生物炭對(duì)烤煙生長及品質(zhì)的形成不利，這可能是由試驗(yàn)環(huán)境及試驗(yàn)設(shè)計(jì)的差異所致。增施生物炭后，煙葉鉀含量得到提高，T3、T4較為明顯。目前中國煙葉鉀含量普遍較低，是限制煙葉質(zhì)量進(jìn)一步提升的重要因素，也是中國煙葉與世界優(yōu)質(zhì)煙葉存在一定差距的重要原因［24，25］。因此，可在增施生物炭的同時(shí)，增施利于煙葉吸收的鉀肥或葉面肥，改善煙葉品質(zhì)。

增施生物炭可以使煙葉物理特性、外觀質(zhì)量、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和感官評(píng)吸質(zhì)量得到不同程度的提升。其中，對(duì)煙葉化學(xué)成分影響最大，高施炭量能提高其協(xié)調(diào)性。綜合烤煙4項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益來看，宣威煙葉產(chǎn)區(qū)最佳生物炭施用量為1 350 kg/hm2，可使煙葉綜合品質(zhì)較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥提高7.62%，經(jīng)濟(jì)效益提高8.89%。