不同配方高碳基肥对富川烤烟生长和产质量的影响

张 榜，张得平，袁 维，刘慧生，首安发，刘国顺，王新发，殷全玉*

(1.河南农业大学 烟草学院/烟草行业烟草栽培重点实验室/河南省生物炭工程技术研究中心，河南 郑州450002；2.江苏中烟工业有限责任公司 南京卷烟厂，江苏 南京 210019；3.广西壮族自治区烟草公司 贺州市公司，广西 贺州 542899)

烟草是我国重要的经济作物，它不仅需要适当的产量，更需要优良的烟叶质量[1]。大部分烟区在烟草种植过程中过度使用单一化学肥料提高烟叶产量，使得植烟土壤的健康状况严重恶化[2]，导致了土壤碳库退化、碳氮比不平衡、有机物质贫乏、土壤板结、土壤微生物群落被破坏等，土壤生态急剧恶化，肥料利用率低，生产力低下，烟叶品质下降，从而严重影响了我国烟叶的质量[3]。因此，通过改善土壤条件以提高烟叶质量是目前亟待解决的问题。

生物炭是生物有机材料在缺氧或低氧环境中经过高温裂解后的固体产物，除了含有大量的C(40%～75%)、H、O外，还含有丰富的大量元素(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机碳含量，也能为作物生长提供多种养分[7]。有研究表明，在土壤中施用生物炭对土壤固碳减排有显著的影响，甚至降低了温室气体的排放[8-9]。生物炭具有很高的吸附能力、阳离子交换能力和化学反应性，可作为肥料的缓释载体，减缓肥料养分在土壤中的释放速率，减少肥料养分在土壤中的淋失和固定损失，提高肥料的利用率，减少肥料的用量[10]。总之，生物炭是一种很好的土壤改良剂，它在土壤中的输入将有助于促进作物的生长和发育，并显著提高作物产量[11]。但是生物炭本身所含养分有限，单独施用不能满足作物生长的需要[12-13]。近年来，高碳基有机肥已成为农业、林业、生态环境等诸多领域的研究热点[14]。

高碳基有机肥的主要成分是生物炭[15]，同时混合有腐殖酸、微量元素等成分，能修复结构破坏的土壤，能补充农作物供碳不足[16]。高碳基肥料主要通过生物炭对土壤改良发挥作用。烟草专用高碳基有机肥利用生物炭改善土壤微生物的栖息环境，使微生物菌剂更容易在烟草根系周围定居，富含烟草生长发育所需的各种营养元素和有机质，其生物炭含量超过20%，施用该肥料可显著改善土壤的物理、化学和生物学特性，提高土壤碳氮比，加速氮素矿化和有机物的降解，实现土壤养分的均衡供应[17]。高碳基有机肥是一种全营养有机肥，以碳为主，含有大量的氮、磷、钾、钙、镁、硫等大中量元素，以及铁、锰、锌、硼等微量元素，不仅能充分满足烟草各生育期的营养需求，而且还能增加土壤中各种养分的含量，改善土壤的养分结构，对生态烟叶、有机烟叶和安全烟叶的生产具有重要意义[18-20]。

为了探究不同生物炭含量的高碳基肥对烤烟生产的影响，本研究根据富川烟田土壤养分基础状况，设计3种不同生物炭含量的高碳基肥配方，研究3种配方高碳基有机肥对烟株农艺性状、干物质积累、根系发育、烤后烟叶化学成分、产量和产值的变化规律，以期确定适合贺州烟区的高碳基有机肥配方，为提高广西烟叶质量和市场竞争力提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

2019年，在广西自治区贺州市富川县木朗村进行田间试验。地理位置：111.16° E、24.53° N，海拔为167 m。土壤类型是黄壤土，土壤肥力中等，灌排方便。土壤的基础肥力状况：速效磷56.44 mg/kg、速效钾117.11 mg/kg、铵态氮18.70 mg/kg、硝态氮29.78 mg/kg、pH值7.82、总氮含量0.22%、总碳含量3.49%。

1.2 试验设计

对照(CK)为常规施肥，总施肥量为1125 kg/hm2的烟草专用复合肥(N∶P2O5∶K2O=12∶9∶24)，其中基肥为825 kg/hm2，追肥为300 kg/hm2。在保持总氮量、追肥次数和数量相同的情况下，试验设置3个不同生物炭配方的高碳基肥处理，其生物炭含量分别为30%、34%和38%，高碳基肥的其他成分及含量：N+P2O5+K2O≥5%、有机质(干基)≥45%、粗脂肪≥1%、水分≤20%。每个处理施高碳基肥600 kg/hm2。生物炭来自河南惠农土质保育研发有限公司。

试验地采用随机区组设计，每个处理重复3次，随机排列，每个小区0.02～0.03 hm2。种植密度和管理措施与当地一致。采用窝肥的施肥方式。生物炭和高碳基肥全部用作基肥。对照和各处理的追肥次数和数量一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状的测量 打顶后10 d，对照及每个处理随机选取9株烟，调查其农艺性状：株高、茎围、叶片数、最大叶长、叶宽和叶面积。叶面积计算公式：叶面积=叶长×叶宽×0.6345。

1.3.2 杀青样的采集 打顶后10 d，对照及每个处理随机选取9株烟，将根上的土用水冲洗干净。将根、茎、叶分开，在105 ℃下杀青20 min，60 ℃烘至恒重，分别称量根、茎、叶的干重。

1.3.3 根系发育的测量 打顶后10 d，对照及每个处理随机选取9株烟，将根上的土用水冲洗干净。用根系扫描仪(LA2400 Scanner, Expression 12000XL)对洗净的烟根进行根系扫描，分析根系的发育情况。

1.3.4 烤后烟叶产量、产值及化学成分的测定 统计各处理产量和产值，记录上、中、下3个部位烟叶的等级，称量每个等级的重量，计算各小区的产量和经济产值。采烤结束取C3F和B2F烟叶样品，每个处理的每个等级取50片完整叶片，45 ℃下烘干，碾碎后过60目筛子，分析其化学成分。常规化学成分分析执行烟草行业标准YC/T 161─2002烟草及烟草制品，使用连续流动分析仪(PULSE3000)进行测定。

1.4 数据分析

采用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 21软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同碳氮比高碳基有机肥对烟株农艺性状的影响

打顶后10 d，调查各处理烟株的农艺性状，每个处理调查9株，最后取其平均值。由表1可知，与CK相比，各处理的叶片数和株高均低于CK，且CK与T2和T3之间达到显著水平。在茎围上，T1和T2的茎围与CK基本一致，T3的茎围稍高于CK，但CK与各处理之间均没有达到显著水平。对于最大腰叶，CK的叶长最大，达到79.64±5.21 cm，T2和T3的叶长居中，在76.00 cm左右，T1的叶长最小，仅为72.10±8.48 cm，CK的叶长与T1的叶长达到显著差异；在叶宽上，T2和T3的叶宽较大，在30.00 cm左右，大于CK的叶宽，T1的叶宽最小，仅为26.43±3.50 cm，与T2和T3的叶宽达到显著差异；在叶面积上，以T3的叶面积最大，达到1497.95±150.86 cm2，CK和T2的叶面积次之，T1的叶面积最小，仅为1215.52±231.46 cm2，与CK及T2、T3达到显著差异。对于最大上部叶，CK的叶长最小，不足70.00 cm，3个处理的叶长均在70 cm以上，大小为T3>T2>T1>CK，T3的叶长显著大于CK和另外2个处理，为76.76±5.49 cm；在叶宽上，CK、T1和T2的叶宽均在24 cm左右，差别不大，T1的叶宽最小，仅为23.86±2.75 cm，T3的叶宽最大，为27.35±4.63 cm，与CK、T1和T2达到显著差异；在叶面积上，CK、T1和T2的叶面积均在1100 cm2左右，差别不大，T1的叶面积最小，仅为1067.24±211.14 cm2，T3的叶面积最大，为1344.64±309.12 cm2，与CK、T1和T2达到显著差异。综合各农艺性状的数据，高碳基肥配施生物炭对有效叶数、株高、茎围没有促进作用，对最大腰叶的叶宽、最大上部叶的叶长和叶宽有一定的促进作用，综合效果表现为T3>T2>T1>CK。

表1 不同处理打顶后10 d烟草的农艺性状的比较

2.2 不同碳氮比高碳基有机肥对根系发育情况的影响

打顶后10 d调查各处理烟株农艺性状，每个处理取9株烟的烟根，冲洗干净后，通过数字化扫描仪对根系进行扫描，对7个根系生长指标进行分析，最后取9个烟根的平均值。从表2可知，与CK相比，各处理根系的7个生理指标均大于CK。在根长上，T3的根长最大，达到901.74±155.95 cm，T2的根长次之，T1和CK的根长较小，但CK与各处理间没有达到显著差异。在投影面积和表面积上，变化趋势一致，大小为T3>T2>T1>CK，T3与CK达到显著差异。在平均直径上，以T2的直径最大，为2.73±0.42 mm，T3和T1次之，CK最小，仅为2.03±0.42 mm，T2和CK达到显著差异。在根体积上，T3的根体积最大，为39.75±8.43 mm3，T2次之，而T1和CK的根体积较小，但CK与各处理之间没有达到显著差异。在根尖数上，T2和T3的根尖数较大，均在4400个以上，而T1和CK的根尖数明显较小，在3800个左右，T2和T3与T1和CK达到显著差异。在分支数上，以T3最大，达到12912±30.55个，T2次之，T1和CK明显较小，在1000个以下，CK与3个处理之间均达到显著差异。综合根系扫描的结果，高碳基肥配施生物炭能促进根系的发育，显著增加了投影面积、表面积、平均直径、根尖数和分支数，综合效果表现为T3>T2>T1>CK。

表2 不同处理打顶后10 d烟根根系扫描结果分析

2.3 不同碳氮比高碳基有机肥对烟株干物质积累情况的影响

打顶后10 d，调查各处理烟株农艺性状，每个处理调查9株，最后取9株的平均值。从表3可知：在叶干重上，以T3的干重最大，为80.00±10.00 g，CK次之，T1和T2的干重较小，在71.00 g左右，CK与3个处理在叶干重上差异不显著。在茎干重上，T3的干重最大，达到42.60±1.46 g，T2和T1次之，CK最小，仅为28.53±8.83 g，T3与T1和CK达到显著差异，T2与CK达到显著差异。在茎叶干重上，T3的干重明显较大，为122.60±11.38 g，其他2个处理和CK均在107.00左右，T3与T2、T1、CK达到显著差异。在根干重上，与茎叶干重的变化规律相似，T3的干重明显较大，达到49.78±4.52 g，与T2、T1、CK达到显著差异。在总干重上，T3的干重明显较大，达到172.38±15.78 g，T2次之，T1和CK较小，T3与T2、T1、CK达到显著差异。在根冠比上，T3的根冠比较大，为0.41，显著高于T2、T1和CK。综合干物质积累情况，高碳基肥配施生物炭能促进根、茎、叶的干物质积累，在一定程度上可以提高碳氮比，综合效果表现为T3>T2>T1>CK。

表3 不同处理打顶后10 d干物质积累情况

2.4 不同碳氮比高碳基有机肥对烤后烟叶化学成分的影响

分别取CK及各处理B2F和C3F这2个等级的烟叶做常规化学成分分析，结果见表4。B2F的分析结果表明，T2和T3的总糖和还原糖含量明显较高，总糖分别为25.88%和26.82%，还原糖分别为25.87%和24.76%，这2个处理的总氮和烟碱稍低于CK，钾含量稍高于CK，氯含量稍低于CK。整体上看，T1与CK差别不大，T2和T3糖分物质含量多，利于烟叶香甜味的形成。CK及各处理表现出较高的烟碱含量，均在2.0%以上。钾含量也较高，含量在2.30%以上。

表4 烤后烟化学成分比较分析 %

分析C3F的化学成分，CK具有较低的总糖含量，低于24.00%，烟碱含量较高，为2.49%，钾含量低于3个处理，氯含量稍高于其他处理。3个高碳基肥处理的总糖在26.80%左右，均高于CK，总氮含量差别不大，而还原糖含量高于CK，氯含量稍低于CK，T2的烟碱含量最低，为2.00%，而钾含量最高，超过3.0%，明显高于其他处理。综合B2F和C3F的化学成分的分析结果，表现为T2>T1>T3>CK。

2.5 不同配方高碳基有机肥对烤后烟产量与产值的影响

对上、中、下3个部位的烤后烟叶进行分级和称重，根据2019年广西烟叶收购价格计算产值，各个级别的产量、产值及中上等烟比例情况如表5、表6、表7、表8所示。

对于上部叶(表5)，在产量上，CK和T1的产量较低，均在730.00 kg/hm2左右，T1的产量最低，仅为729.00 cm；T2和T3的产量较高，分别为768.00和798.00 kg/hm2，比CK增加了4.49%和8.57%。杂色烟数量相对较低，CK最大，为72.50 kg/hm2，3个处理较低，均在50.00 kg/hm2左右。从上部叶4个级别(B1F～B4F)的产量可知，对照CK以B3F和B4F为主，2个级别占64.63%(即中等烟比例)，3个处理均以级别较高的B2F和B1F(或B2F)为主，上等烟比例均在55.00%以上，T2的上等烟比例最大，达到66.80%，CK的上等烟比例最小，仅为25.51%。中等烟比例呈相反的趋势，CK最大，3个处理较小，均在40.00%以下。在产值上，CK的产值最低，仅为12484.50元/hm2，3个处理的产值较高，比对照的产值分别增加了35.67%、55.12%和50.85%，T2的产值最大，为19366.20元/hm2。

表5 不同处理的上部叶各级别产量及产值的比较

对于中部叶(表6)，在产量上，CK与3个处理的产量差别不大，均在700.00 kg/hm2左右，CK的产量最低，仅为682.50 kg/hm2，3个处理的产量分别比CK增加了0.51%、3.00%和1.25%。在各级别烟叶产量上，CK以C4F为主，占31.87%，其次是C3F和杂色烟，高档次的C2F较少，仅占总产量的16.48%。3个处理均以级别较高的C3F为主，C2F和C4F的含量也较高，杂色烟的比较低。在上等烟比例上，CK的上等烟比例最低，仅为43.22%，3个处理的上等烟比例较高，均在60.00%以上，T2最高，达到65.72%。在中等烟比例上，CK和T3较高，分别为31.87%和31.26%，T1和T2较低，均在30.00%以下。在产值上，CK的产值最低，仅为15209.00元/hm2，3个处理的产值较高，比对照的产值分别增加15.23%、28.98%和24.21%，T2的产值最大，为19616.80元/hm2。

表6 不同处理的中部叶各级别产量及产值的比较

对于下部叶(表7)，整体产量和产值均较低，产量在250.00～315.00 kg/hm2之间，3个处理均高于CK，产量大小为T3>T2>T1>CK；下部叶没有上等烟，中等烟(X3F)的比例也较低，3个处理稍大于CK，但3个处理和CK均在10.00%左右；无价值的烟叶较多，均在90.00%左右；产值在252.00～315.00元/hm2之间，产值大小表现为T3>T2>T1>CK。

表7 不同处理的下部叶各级别产量及产值的比较

综合各部位烟叶的产量和产值(表8)，按每公顷计算，除T1上部叶的产量和总产量以及下部叶的产值低于CK外，3个处理的产量和产值均高于CK。在产量上，与CK相比，上、中、下3个部位以及整株的产量增加幅度分别是4.49%～8.57%、0.51%～3.00%、0.31%～21.61%和4.02%～7.60%。在总上等烟比例上，CK最小，仅为28.79%，3个处理均在50.00%左右，T2最大，为55.94%，大小表现为T2>T1>T3>CK。在总中等烟比例上，CK最大，为41.33%，3个处理均较低，在30.00%以下。在产值上，3个处理的上、中、下3个部位的产值及总产值均大于CK，上部叶产值的增幅较大，达到35.67%以上，最高达到55.12%；中部叶产值的增幅稍低，在15.23%～28.98%之间，下部叶产值的增幅在9.51%～25.83%之间，总产值的增幅在24.19%～40.48%之间，总产值大小表现为T2>T3>T1>CK。综合产量和产值的分析结果，以T2处理的最好，表现为T2>T3>T1>CK。

表8 不同处理各部位烟叶产量及产值的比较

3 讨论与结论

本试验结果表明，与传统施肥的CK相比，高碳基有机肥配施生物炭在农艺性状方面没有明显的优势，有效叶数、株高、茎围均低于CK，对最大腰叶的叶宽、最大上部叶的叶长和叶宽有一定的促进作用。孙鹏等研究认为，施用高碳基土壤修复肥能促进叶片开片和烟株生长[21]，与本试验的结果基本一致。根系发育的数据表明，高碳基肥配施生物炭有促进根系发育的作用，尤其在根系投影面积、表面积、平均直径、根尖数和分支数5个方面有显著的效果。在干重方面，高碳基肥配施生物炭在叶干重方面没有促进作用，但能促进茎干重、根干重及总干重，根冠比也有增加的趋势。这与根系发育的数据一致，具有明显的促进根发育和增加根系干重的作用。B2F和C3F这2个等级的烟叶化学成分分析表明，高碳基肥配施生物炭能增加B2F烟叶两糖含量、减少氮化物的含量，有一定的提钾降氯的作用。高碳基肥配施生物炭能增加C3F的总糖含量，对还原糖和总氮影响不大，对钾含量有一定的提升作用，降低氯含量。按照烟叶各成分比例协调的适宜范围来看，高碳基有机肥配施生物炭在一定程度上使中、上部烟叶的化学成分更协调[22]。刘新源等研究表明：随着生物炭用量的增加，烤后烟叶的产量和产值逐渐提高，上等烟和中等烟比例也随着生物炭用量的增加呈现先增加后下降的趋势[23]。

在本试验中，高碳基有机肥配施生物炭能明显增加产量、产值和均价，提高上等烟的比例，这与刘新源等的研究结果一致。由于2019年夏季富川县遭遇洪涝灾害，对产量和产值影响很大，这也是本试验产量、产值相对较低的原因之一。综合本试验的研究结果，3个肥料配比整体表现为T2>T3>T1，以T2的肥料配比更适宜在广西富川地区推广。