生物炭用量对烟苗生长的影响

张 春，赵浩淳，郭 涛，刘先良

西南大学资源环境学院，重庆市北碚区天生路1 号 400716

生物炭是生物质在无氧条件下经热解炭化产生的富含炭的有机物［1］。由于其在增加陆地土壤碳库、改良土壤以及调节气候问题［2-3］等方面的突出作用，已成为科学研究的热点之一。大量研究表明，施用生物炭可以降低土壤pH和容重，增加土壤空隙度和保水能力，有利于植物根系生长［3-5］。因此，生物炭在农业生产中的应用一直倍受关注。目前的研究大多是关于生物炭对小麦、棉花、玉米、大豆、青菜等作物的影响［6-10］，而施用生物炭对烟草的影响研究报道尚少。刘新源等［11］研究提出施用生物炭可以促进烟叶生长和产量的提高，并且随着生物炭施用量的增加，烟叶品质和产量总体表现为增加，但当生物炭施用达到一定量时，烟叶的品质开始下降。特别是近年来植烟土壤酸化愈发严重，影响了烤烟的产量和品质［12-13］。生物炭作为一种良好的土壤改良剂，已有大量研究证实了生物炭改良酸化土壤的作用［2-4，14-15］，但这种效应与生物炭的施用量有关。因此，设置了不同生物炭用量的模拟试验，研究不同用量生物炭对烟苗的干物质积累量，氮、磷、钾含量，以及烟苗根系形态及根系活力的影响，旨在为生物炭在烟草生产中的有效利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烟草品种为云烟97，由重庆市烟草公司提供。于2012年3月在重庆市彭水县靛水乡育苗场播种育苗。土壤为黄壤，采集于彭水县靛水乡，风干、过筛后备用。其基本理化性质:pH 5.2、土壤有机质35.2 g/kg、全氮0.88 g/kg、全磷0.35 g/kg、全钾11.60 g/kg、有效磷10.9 mg/kg 和速效钾116.57 mg/kg。

生物炭的制备:稻壳来自重庆人和米业公司。取一定量的稻壳，置于KBF16Q-型箱式气氛炉（常州市兴光窑炉有限公司）中，升温程序设置为:20/min，温度升至500后恒温4 h，冷却至室温后取出，得到表观呈黑色的稻壳基生物炭。其理化性质为:pH 9.9、有机碳239.7 g/kg、全磷1.33 g/kg、全钾42.64 g/kg、有效钙2.63 g/kg、有效镁0.38 mg/kg。

1.2 试验设计

试验在西南大学植物营养实验室进行。设置5个处理，分别为:①对照（CK），不施用生物炭处理；②施用1%生物炭（相对于土壤的质量分数）；③施用2%生物炭；④施用3%生物炭；⑤施用4%生物炭；每处理10次重复，共计50盆，每盆装土10 kg。

移栽烟苗时，先将土壤捏碎混匀，然后根据各试验处理要求，按比例加入生物炭。将生物炭与土壤混匀，共10 kg，装入塑料盆。待烟苗长至3 叶时，选择生长一致的烟苗，连同根上基质一起移栽入塑料盆中。每盆浇水2 L，每天补充水分使土壤含水率维持田间最大持水量的60%～70%。各处理烟苗每天接受自然光照。按常规方法进行栽培管理。

1.3 取样与分析

烟苗移栽后90 d取样。将烟株地上部与根系分开，具体方法为:将土壤轻轻拍打疏松，尽量减少根系的人为损伤，先找出主根，沿主根挑选出须根，依此可挑选出植物95%以上的根系，用水清洗干净，扫描根系面积、根长和根宽。根系样品与地上部样品105杀青30 min 后70烘干，称量，计算根系与地上部的生物量。

参照鲁如坤［16］的方法测定土壤、生物炭的基本理化性质指标以及植株的氮磷钾含量。采用电极法测定土壤pH；碳酸氢钠提取法测定土壤有效磷含量（质量分数）；凯氏定氮法测定土壤全氮（质量分数）；氢氧化钠熔融法测定土壤全磷和全钾含量（质量分数）；高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定土壤有机质含量（质量分数）；凯氏定氮法测定植物样品的全氮含量（质量分数）；钒钼黄比色法测定植物样品全磷含量（质量分数）；火焰光度计法测定植物样品全钾含量（质量分数）。采用考马斯亮蓝法测定根系活力［17］，用扫描 仪（Epson Expression 1680 Scanner，Seiko Epson Corp.Tokyo，日本）扫描根系图像，再用WinRHIZO 根系分析系统（Regent Instruments Inc.Quebec，加拿大）分析和计算根体积、根面积和根长［18］。

1.4 数据处理

用Excel软件进行数据处理，用SAS软件对数据进行统计分析，用LSD法进行差异显著性的多重比较。

2 结果与分析

2.1 生物炭对植烟土壤理化性质的影响

由表1 可知，随着生物炭施用量（1%，2%，3%和4%）的增加，土壤的pH 呈增大的趋势，当生物炭施用量达到3%时，与不施生物炭的对照组相比，达到显著水平。土壤中有机质、全钾、有效磷含量也随着生物炭施用量的增加而逐步增加并达到显著水平，并且当生物炭施用量为4%达到最大，与对照相比，分别增加了35.2%，40.5%和153.2%。施用生物炭的土壤中的全氮、全磷和速效钾含量增加不显著。

2.2 不同生物炭施用量对烟苗干质量的影响

表2 显示，不同生物炭施用量并没有显著影响各处理间植株地上部干质量，但对烟苗地下部干质量影响显著（p＜0.05）。当生物炭施用量为1%时，与不施用生物炭处理相比，烟苗地上部干质量达到最大；当生物炭施用量达到4%时，烟苗地上部干质量下降了12.0%，植株生长受到抑制。与对照相比，烟苗植株地下部干质量随生物炭施用量（1%，2%，3%和4%）增加而增加，分别增加了95.8%，57.0%，91.1%和72.4%，显著促进了植株根系的生长。

表1 不同生物炭施用量下土壤的理化性质①Tab.1 Some properties of the soils at different biochar application rates

表2 不同生物炭施用量下烟苗干质量Tab.2 Dry weight of tobacco seedlings at different biochar application rates

对于烟苗总干质量来说，当生物炭施用量为1%时，生物炭对烟苗植株促生作用达到显著水平（p＜0.05），与对照相比总干质量增加了28.5%，显著促进了烟苗干物质的积累。当生物炭施用量达到4%时，与对照相比，烟苗干物质积累受到抑制，但抑制效果未达到显著水平。

2.3 不同生物炭施用量对烟苗N，P和K含量的影响

表3 显示，不同施用量生物炭（1%，2%，3%和4%）对烟苗地上部和地下部N 含量均无显著影响。与对照相比，随着生物炭施用量的增加，烟苗地上部N 含量呈下降趋势，而地下部N 含量呈升高趋势。

生物炭的施用不但没有显著增加烟苗地上部P 含量，相反随着生物炭施用量的增加，烟苗地上部P 含量显著下降。当生物炭施用量为3%时，地上部P 含量下降达到显著水平（p＜0.05），下降了15.2%。不同施用量的生物炭对烟苗地下部P 含量的影响各有不同。当生物炭施用量为1%时，植株地下部P 含量最大，与对照相比，显著增加（p＜0.05）30.6%。当生物炭施用量依次为2%，3%和4%时，植株地下部P 含量呈下降趋势，但始终高于对照。

与对照相比，不同生物炭施用量对烟苗地上部K 含量具有稀释作用，并且这种稀释作用随着施炭量的增加而增强。施用不同量生物炭后植株地下部K 含量均显著增加。当生物炭施用量为1%时，植株地下部K 含量达到最大值，显著（p＜0.05）增加27.2%；当生物炭施用量为2%，3%和4%时，各处理分别显著（p＜0.05）增加26.3%，20.7%和20.3%。

表3 不同生物炭施用量下烟苗N，P 和K 含量Tab.3 N and P contents in tobacco seedlings at different biochar application rates

2.4 不同生物炭施用量对烟苗N，P 和K 吸收量的影响

表4 显示，施用生物炭能显著增加烟苗地上部和地下部的N 吸收量。烟苗地上部N 养分吸收量在生物炭施用量为1%时达到最大，显著（p＜0.05）增加32.3%。当生物炭施用量超过1%时，烟苗地上部N 吸收量呈现不同程度下降；当生物炭施用量达到4%时，烟苗植株地上部N 吸收量低于对照组，N 吸收受到抑制。烟苗地下部N 养分吸收量也在生物炭施用量为1%时达到最大，显著（p＜0.05）增加121.7%，当生物炭施用量超过1%时，烟苗地下部N 吸收量呈现不同程度下降，但始终显著（p＜0.05）高于对照。

表4 不同生物炭施用量下烟苗N，P 和K 吸收量Tab.4 N and P uptakes of tobacco seedlings at different biochar application rates

不同生物炭施用量均能显著（p＜0.05）增加烟苗地上部和地下部的P 和K 吸收量。P 和K 养分吸收量均在1%时达到最大值，并且随着生物炭施用量的增加，植株地上部和地下部的P 和K 吸收量均呈下降趋势。

2.5 不同生物炭施用量对烟苗根系形态及根系活力的影响

由表5 可知，施用生物炭能显著影响烟苗根体积、根面积和根总长。与对照相比，随着生物炭施用量的增加，烟苗根体积、根面积和根总长均显著增加（p＜0.05）。当生物炭施用量为3%时，根总长达到最大值，与对照相比增加10.5%。当生物炭施用量为4%时，根体积和根面积达到最大值，与对照相比分别增加238.7%和2.1%。根系活力也随着生物炭用量的增加而显著增强，当生物炭用量为3%时，根系活力最高；生物炭用量超过3%时，活力开始下降。

3 小结与讨论

生物炭的施用促进了烟苗生长及根系的发育，提高了地下部的养分积累量，生物炭用量3%对烟草生长具有显著促进作用。生物炭施用量为1%，2%和3%时烟苗生物量明显增加，与刘新源等［11］的大田试验结果基本一致。原因可能是试验所用生物炭呈碱性（pH 9.9），施用生物炭后改良了酸性土壤，有利于烟苗吸收养分进而促进其生长发育。唐光木等［10］研究发现生物炭具有很强的吸附能力，能增加土壤中离子交换量和增强土壤持水能力，这也是施加生物炭促进烟苗生长的原因之一。但当生物炭施用量达到4%时，烟苗的生长受到抑制，原因是生物炭施入量过大，造成土壤盐基离子偏多，从而影响了烟苗对土壤养分的吸收［19］。

施用生物炭显著增加了烟苗根系体积、根系面积和根总长，在水稻的研究中也得出相似结果［19］。随着生物炭施用量的增加，烟苗根系体积、根系面积和根总长均呈上升趋势，原因是施用生物炭后土壤总孔隙度和大孔隙度增加，不但为根系发育提供疏松的环境，同时也降低了土壤容重［20］，增大了土壤水分入渗率，为根系提供了充足水分［5］，进而促进了根系的生长。

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