生物炭对土壤养分及烟叶各时期化学成分的动态影响

梁仲哲 齐绍武 淡俊豪 靳辉勇 朱益 和七红

摘要[目的]探究生物炭施用量对土壤改良及烟叶发育的影响。[方法]以云烟87为试验材料，生物炭施用量设4个水平：CK（0）、T1（2 250 kg/hm2）、T2（4 500 kg/hm2）、T3（6 750 kg/hm2），研究不同稻稈生物炭施用量对土壤养分及烟叶的作用效果。[结果]生物炭在前期增加烟叶还原糖、总糖、淀粉含量而后期则降低其含量。对于总氮及氯的影响较小，尼古丁则呈降低态势。使烟叶化学成分更加协调，从而提高吸食品质。土壤生物炭能增加有机质含量，提高pH值，增加速效钾含量，减少速效磷含量，碱解氮则呈现先增加后减少。综合土壤养分与烟叶品质结果，施用生物炭4 500 kg/hm2处理组效果最佳。[结论]该研究可为生物炭的合理施用提供参考。

关键词生物炭；土壤养分；烟叶成分；不同时期；动态影响

中图分类号S572文献标识码A文章编号0517-6611（2017）21-0120-03

Effects of Biochar on Soil Nutrients and Chemical Components of Tobacco Leaves

LIANG Zhongzhe1， QI Shaowu1，2*， DAN Junhao1 et al

（ 1.College of Agronomy， Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410000；2.Hunan Hybrid Rice Research Center，Changsha，Hunan 410128）

Abstract[Objective]In order to investigate the effects of biochar application on soil improvement and tobacco leaf development.[Method ]Taking Yunyan 87 as test material， the biochar was set at 4 levels： CK （0）， T1 （2 250 kg/hm2）， T2（4 500 kg/hm2）， T3 （6 750 kg/hm2）.The effects of different rice straw biochar on soil nutrients and tobacco leaves were studied. [Result] Biochar increased the content of reducing sugar， total sugar and starch in the early stage， but decreased the content of the latter. The effects of biochar on nicotine and total nitrogen were light， and nicotine decreased. The chemical composition of tobacco leaves was more coordinated and the smoking quality was improved. The soil biochar could increase the content of organic matter， increase the pH value， increase the content of available potassium and reduce the content of available phosphorus. available nitrogen increased firstly and then decreased. The results of integrated soil nutrient and tobacco leaf quality were the best when application quantity of biochar was 4 500 kg/hm2.[Conclusion] The research can provide reference for situable application of biochar.

Key wordsBiochar；Soil nutrient；Tobacco composition；Different periods；Dynamic influence

煙草由于长年连作，连续施用化肥，造成土壤板结，氮炭比增大，元素利用率低下，烟株发育不良，烟田病害多发，烟叶质量下降[1]。因此，提升烟叶产品质量是急需解决的难题。目前生物炭作为含碳量丰富的物质[2]，其能为土壤补充有机碳，增加氮素固持，同时还能改良土壤理化性质，提高作物对养分的吸收能力[3-6]。生物炭可提高作物养分吸收能力，对作物生长发育有重要意义[7]。国内外研究发现，在种植玉米、水稻和小麦的过程中添加一定量的生物炭能够提升作物生长及其产量[8]。

目前，对生物炭在烟草上的应用研究，主要集中在生物炭对土壤理化性质及生长发育等方面的影响[9]，但在生物炭对烟叶化学品质及与土壤相关性方面尚缺乏研究。该研究采用盆栽试验，研究生物炭施用量对烟叶化学品质及土壤相关性的影响，以期为生物炭的合理施用提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验在湖南农业大学试验田内进行，土壤类型为壤土，土壤肥力中等，土壤各类理化性质达标，符合作物生长要求。

试验所用生物炭为秆在450 ℃高温厌氧条件下制备而成，其基本成分：pH 9.83，有机质700 g/kg，全氮7.5 g/kg，全磷1.3 g/kg，全钾17.1 g/kg，有效磷417 mg/kg，有效钾483 mg/kg。烟草品种为云烟87。

1.2试验方法

试验设4个处理组：T1处理组，施加生物炭浓度为2 250 kg/hm2；T2处理组，施加生物炭浓度为4 500 kg/hm2；T3处理组，施加生物炭浓度为6 750 kg/hm2；以常规组作对照（CK）。以小区为单位，单个处理小区面积为72 m2，3次重复，随机排列。肥料品种为硝酸铵、重钙、硫酸钾，各处理除生物炭浓度不同外，其他用量均相同且适宜。烤烟于2016年4月23日移栽，移栽行距和株距为1.20 m×0.5 m，8月5日采收结束。其他各项田间生产管理措施与当地大田生产管理相同，均符合烟草生长要求。

1.3样品测定

取4个处理组团棵期、旺长期、成熟期有代表性的烟叶样品进行杀青处理。测定烟叶样品淀粉、总氮、总糖、还原糖、氯、尼古丁含量，具体方法参照文献[10-12]的方法。

1.4数据处理

采用SPSS 22.0进行数据分析，并在Excel上体现。

2结果与分析

2.1不同生物炭对烟叶团棵期化学成分的影响

团棵期生物炭施用量对烟叶化学成分的影响见图1。从图1可以看出，施用生物炭能够显著增加烟叶淀粉含量，且与CK相比，最高增幅可达到2.53倍，T1与T2之间无显著差异，由此可知生物炭达到一定施用量时烟叶中淀粉含量才会出现显著差异，如T3与CK存在显著差异。而总氮含量各处理组无显著差异，但与CK相比，施用生物炭能显著降低烟叶中总氮的含量，且生物炭施用量越高降低效果越显著，其中总氮含量最低值在T3，且为CK的89.83%。在还原糖这一指标上，施用生物炭能使烟叶中还原糖含量增加，但T1与CK之间无显著差异，T2与T3之间同样也无显著差异。从T1到T3的还原糖含量变化情况可知，生物炭施用量与烟叶中还原糖的含量呈正相关，即生物炭施用量越高还原糖含量也越高。而氯和尼古丁随着生物炭施用量的增加逐渐降低，由此可知，生物炭对烟叶中尼古丁和氯等成分起负相关作用，有助于提升烟叶品质，降低有害物质含量。T1中总糖虽然比CK含量高，但两者之间无显著差异，而T1、T2、T3之间差异不显著，但T2、T3与CK之间存在显著差异。可以看出各处理组能提高总糖含量，提升效果介于1.0%～1.5%。

2.2不同生物炭对烟叶旺长期化学成分的影响

与团棵期相比，此时期内淀粉含量呈下降状态，且生物炭施用量越高淀粉含量下降越快，最低值约为最高值的61.53%。这一时期的总氮含量依次为T2>T3>CK>T1，其中T2与T3之间无显著差异，T1与前两者之间存在显著差异且最大差异值为10.52%，由此可知，不同施用量在此时期内对烟叶中总氮含量影响开始凸显。T3还原糖含量最高，且与最低组差距达到11.34%，T1与T2之间无显著差异，而T1、T3与CK组之间有显著差异，由此可知当生物炭施用量达到一定程度时烟叶中还原糖含量迅速提高。而从施用生物炭组的烟叶还原糖含量与CK相比可知，施用生物炭能提升烟叶中还原糖含量445%～5.92%。氯和尼古丁在烟叶中的含量相比团棵期提升不少，而且相比团棵期各处理组之间含量差异小，此时期内这2种物质含量变化幅度较大，T2氯含量最，为CK的118.10%，而T1与T3组和CK无显著差异。尼古丁各处理组含量大小排序依次为T3>T1>CK>T2，最低值约为CK的87.36%，但各处理组之间无显著差异。由此可知，施用生物炭能促进烟叶糖碱比向合理方向变化，优化烟叶成分构成。

2.3不同生物炭对烟叶成熟期化学成分的影响

从图3可以看出，施加不同量的生物炭处理的烟叶淀粉、总糖存在差异。各淀粉含量大小排序依次为T1>CK>T2>T3，总糖则为CK>T1>T1>T3。T1、T3还原糖差异显著，T2、CK与T1、T3还原糖差异不显著。各处理还原糖大小排序为T1>CK>T2>T3。由此可知，施加生物炭对于淀粉含量是先促进后抑制最后再促进的作用，对于总糖则起降低作用，其最高降低效果达28.50%。而从各处理组之间差异显著性可知，此时期内淀粉对于生物炭施加量较敏感，如T1、T2、T3两两之间差异显著。

生物炭对此时期内烟叶總氮变化为先促进后抑制，在T2时烟叶总氮含量达到最高，其排序依次为T2>CK>T1>T3。不同处理氯和尼古丁差异不显著，表明生物炭对此时期内烟叶中此类物质无多大影响。

2.4烟叶品质与土壤成分的相关关系

从表1可以看出，施加生物炭能使土壤中速效磷含量增加，在所有处理组中T1土壤速效磷最高，为常规处理组的2.87倍，而从生物炭施用量增加而速效磷含量降低可知，生物炭含量越高反而降低土壤速效磷含量。从有机质含量变化情况可知，施加生物炭能够显著增加土壤中有机质含量，其中T3处理组与T1、T2处理组差异显著，表明生物炭浓度越高土壤有机质含量增加效果越好，其中T3效果最好，T1效果最差。土壤速效钾含量随生物炭施用量增加而增加，但各处理组在0.05水平无显著差异。土壤碱解氮随生物炭用量的增加则呈现先升高后降低的趋势，其中T2碱解氮含量最高，为CK的1.06倍。除T2外，T1与T3无显著差异，但CK、T3、T1与T2有显著差异。施加生物炭可让酸性土壤pH提升，且提升效果与施加生物炭量有关。T3最高为6.56，比CK提高了067，且各处理组存在显著差异，表明生物炭施用量对土壤pH影响较大。

3讨论

从团棵期开始各处理组比常规处理淀粉含量高，而旺长期除T1处理组外，其他处理组淀粉含量比CK低，而成熟期这一差距进一步加大，说明生物炭在前期对烟叶淀粉含量是促进作用，而进入旺长期后转为抑制且施用量越多抵制效果越

强，这与前人研究结果相一致[13-14]。生物炭对总氮影响为

先增加后有高有低，这可能与烤烟生长前期氮代谢旺盛有关[15]，而从最后总氮含量差异可知，过高的生物炭施用量反而会降低烟叶总氮含量，总氮对烟叶则表现与烟碱类似[16]。纵观全部生长阶段，生物炭对烟叶氯含量影响较小[17]。尼古丁除旺长期T1、T3比CK高之外，其他均比CK低，生物炭对于烟叶尼古丁为前期促进后期抵制且抵制能抵消促进部分，另外从成熟期烟叶尼古丁含量变化情况可知，生物炭对烟叶尼古丁为增加转抑制[18]。烟叶总糖含量分为旺长期以前及以后，以前則是促进，且生物炭施用量越多促进效果越强，以后则是降低，施用量越多降低效果越强[19]。

據相关研究[20]，生物炭固有的结构特征能对土壤容重、含水量、孔隙度等产生影响。有机质含量随生物炭施用量增加而增加，可能是生物炭吸附土壤有机分子通过表面催化活性促进小的有机分子聚合形成土壤有机质[21]。有效磷含量随生物炭增加而降低原因可能如下：一方面，生物炭提高pH值，从而增加磷的吸附；另一方面，生物炭还通过磷的吸附和解吸来改变磷的循环和有效性[22]。土壤中速效钾含量随生物炭增加而增加，说明生物炭能增加土壤速效钾含量，为大田各生育期烟草提供钾素[23]。施用生物炭后土壤碱解氮显著增加，可能原因如下：一是生物炭本身含有灰分能增加碱解氮含量。二是生物炭的空间结构有利于微生物腐解有机体形成碱解氮[24]。与此同时，生物炭过高碱解氮含量降低可能是：虽然生物炭吸附固定养分含量升高，但同样也抑制了其释放速度，从而导致碱解氮下降[24]。该试验中土壤pH值增加与Chintala研究的生物炭对提高酸性土壤pH结果一致[25]。可能是生物炭本身含有Ca2+、K+等盐基离子，进入土壤后交换Al3+、H+降低其浓度从而提高pH。

4结论

生物炭能在前期增加烟叶还原糖、总糖、淀粉含量而后期则降低其含量，对总氮及氯的影响较小，尼古丁呈降低态势，使烟叶化学成分更加协调，提高烟叶的吸食品质。

施加生物炭后能显著提高土壤pH且与浓度正相关，速效磷随生物炭施用量增加而减少，有机质与速效钾随生物炭施用量增加而增加。碱解氮在一定范围内随生物炭施用量增加而增加，超过最佳浓度则体现抑制作用。综合烟叶化学成分及土壤理化性质，在该试验条件下施用生物炭4 500 kg/hm2效果最佳。

安徽农业科学2017年

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安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（21）：123-125，128