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(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)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(shù)研究中心，河南 鄭州450002；2.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)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(jīng)濟作物，它不僅需要適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，更需要優(yōu)良的煙葉質(zhì)量[1]。大部分煙區(qū)在煙草種植過程中過度使用單一化學(xué)肥料提高煙葉產(chǎn)量，使得植煙土壤的健康狀況嚴(yán)重惡化[2]，導(dǎo)致了土壤碳庫退化、碳氮比不平衡、有機物質(zhì)貧乏、土壤板結(jié)、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(chǎn)力低下，煙葉品質(zhì)下降，從而嚴(yán)重影響了我國煙葉的質(zhì)量[3]。因此，通過改善土壤條件以提高煙葉質(zhì)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(jīng)過高溫裂解后的固體產(chǎn)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(xué)反應(yīng)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]?？傊锾渴且环N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(chǎn)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(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境等諸多領(lǐng)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(fù)結(jié)構(gòu)破壞的土壤，能補充農(nóng)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(zhì)，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(xué)和生物學(xué)特性，提高土壤碳氮比，加速氮素礦化和有機物的降解，實現(xiàn)土壤養(yǎng)分的均衡供應(yīng)[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(jié)構(gòu)，對生態(tài)煙葉、有機煙葉和安全煙葉的生產(chǎn)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(chǎn)的影響，本研究根據(jù)富川煙田土壤養(yǎng)分基礎(chǔ)狀況，設(shè)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(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、根系發(fā)育、烤后煙葉化學(xué)成分、產(chǎn)量和產(chǎn)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(zhì)量和市場競爭力提供參考依據(jù)。

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(chǔ)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(shè)計

對照(CK)為常規(guī)施肥，總施肥量為1125 kg/hm2的煙草專用復(fù)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(shù)和數(shù)量相同的情況下，試驗設(shè)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(zhì)(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(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司。

試驗地采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理重復(fù)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(dāng)?shù)匾恢?。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(shù)和數(shù)量一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)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(diào)查其農(nóng)藝性狀：株高、莖圍、葉片數(shù)、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(chǎn)量、產(chǎn)值及化學(xué)成分的測定 統(tǒng)計各處理產(chǎn)量和產(chǎn)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(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)值。采烤結(jié)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(xué)成分。常規(guī)化學(xué)成分分析執(zhí)行煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 21軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同碳氮比高碳基有機肥對煙株農(nóng)藝性狀的影響

打頂后10 d，調(diào)查各處理煙株的農(nóng)藝性狀，每個處理調(diào)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(shù)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(nóng)藝性狀的數(shù)據(jù)，高碳基肥配施生物炭對有效葉數(shù)、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(xiàn)為T3>T2>T1>CK。

表1 不同處理打頂后10 d煙草的農(nóng)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(diào)查各處理煙株農(nóng)藝性狀，每個處理取9株煙的煙根，沖洗干凈后，通過數(shù)字化掃描儀對根系進行掃描，對7個根系生長指標(biāo)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(biāo)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(shù)上，T2和T3的根尖數(shù)較大，均在4400個以上，而T1和CK的根尖數(shù)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(shù)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(jié)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(shù)和分支數(shù)，綜合效果表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK。

表2 不同處理打頂后10 d煙根根系掃描結(jié)果分析

2.3 不同碳氮比高碳基有機肥對煙株干物質(zhì)積累情況的影響

打頂后10 d，調(diào)查各處理煙株農(nóng)藝性狀，每個處理調(diào)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(zhì)積累情況，高碳基肥配施生物炭能促進根、莖、葉的干物質(zhì)積累，在一定程度上可以提高碳氮比，綜合效果表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK。

表3 不同處理打頂后10 d干物質(zhì)積累情況

2.4 不同碳氮比高碳基有機肥對烤后煙葉化學(xué)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(xué)成分分析，結(jié)果見表4。B2F的分析結(jié)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(zhì)含量多，利于煙葉香甜味的形成。CK及各處理表現(xiàn)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(xué)成分比較分析 %

分析C3F的化學(xué)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(xué)成分的分析結(jié)果，表現(xiàn)為T2>T1>T3>CK。

2.5 不同配方高碳基有機肥對烤后煙產(chǎn)量與產(chǎn)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(jù)2019年廣西煙葉收購價格計算產(chǎn)值，各個級別的產(chǎn)量、產(chǎn)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(chǎn)量上，CK和T1的產(chǎn)量較低，均在730.00 kg/hm2左右，T1的產(chǎn)量最低，僅為729.00 cm；T2和T3的產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)值上，CK的產(chǎn)值最低，僅為12484.50元/hm2，3個處理的產(chǎn)值較高，比對照的產(chǎn)值分別增加了35.67%、55.12%和50.85%，T2的產(chǎn)值最大，為19366.20元/hm2。

表5 不同處理的上部葉各級別產(chǎn)量及產(chǎn)值的比較

對于中部葉(表6)，在產(chǎn)量上，CK與3個處理的產(chǎn)量差別不大，均在700.00 kg/hm2左右，CK的產(chǎn)量最低，僅為682.50 kg/hm2，3個處理的產(chǎn)量分別比CK增加了0.51%、3.00%和1.25%。在各級別煙葉產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)值上，CK的產(chǎn)值最低，僅為15209.00元/hm2，3個處理的產(chǎn)值較高，比對照的產(chǎn)值分別增加15.23%、28.98%和24.21%，T2的產(chǎn)值最大，為19616.80元/hm2。

表6 不同處理的中部葉各級別產(chǎn)量及產(chǎn)值的比較

對于下部葉(表7)，整體產(chǎn)量和產(chǎn)值均較低，產(chǎn)量在250.00～315.00 kg/hm2之間，3個處理均高于CK，產(chǎn)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(chǎn)值在252.00～315.00元/hm2之間，產(chǎn)值大小表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK。

表7 不同處理的下部葉各級別產(chǎn)量及產(chǎn)值的比較

綜合各部位煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值(表8)，按每公頃計算，除T1上部葉的產(chǎn)量和總產(chǎn)量以及下部葉的產(chǎn)值低于CK外，3個處理的產(chǎn)量和產(chǎn)值均高于CK。在產(chǎn)量上，與CK相比，上、中、下3個部位以及整株的產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)值上，3個處理的上、中、下3個部位的產(chǎn)值及總產(chǎn)值均大于CK，上部葉產(chǎn)值的增幅較大，達到35.67%以上，最高達到55.12%；中部葉產(chǎn)值的增幅稍低，在15.23%～28.98%之間，下部葉產(chǎn)值的增幅在9.51%～25.83%之間，總產(chǎn)值的增幅在24.19%～40.48%之間，總產(chǎn)值大小表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK。綜合產(chǎn)量和產(chǎn)值的分析結(jié)果，以T2處理的最好，表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK。

表8 不同處理各部位煙葉產(chǎn)量及產(chǎn)值的比較

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，與傳統(tǒng)施肥的CK相比，高碳基有機肥配施生物炭在農(nóng)藝性狀方面沒有明顯的優(yōu)勢，有效葉數(shù)、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(fù)肥能促進葉片開片和煙株生長[21]，與本試驗的結(jié)果基本一致。根系發(fā)育的數(shù)據(jù)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(shù)和分支數(shù)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(shù)據(jù)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(xué)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(xié)調(diào)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(xué)成分更協(xié)調(diào)[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(chǎn)量和產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)量、產(chǎn)值和均價，提高上等煙的比例，這與劉新源等的研究結(jié)果一致。由于2019年夏季富川縣遭遇洪澇災(zāi)害，對產(chǎn)量和產(chǎn)值影響很大，這也是本試驗產(chǎn)量、產(chǎn)值相對較低的原因之一。綜合本試驗的研究結(jié)果，3個肥料配比整體表現(xiàn)為T2>T3>T1，以T2的肥料配比更適宜在廣西富川地區(qū)推廣。