烟秆生物质炭基肥对连作烤烟生长及质量的影响

陈燕，王铎，李杰，王戈，王娜，周鹏，杜宇，王兴松，方远鹏，陈贵云，白羽祥

(1. 云南农业大学烟草学院，云南昆明 650201；2. 云南省烟草公司昆明市公司，云南昆明 650051)

烟草连作会形成制约其可持续发展的障碍，表现为烟株生长缓慢、病害频发、产质量低下，土壤质量下降、土壤环境恶化等[1－4]。 而连作障碍的产生涉及因素较多，产生的机理较为复杂[5]，有研究证实，土壤理化性状和生态环境恶化是主要的障碍因子[6]。 因此，消减连作障碍可从提高土壤质量方面入手。 有研究表明，秸秆生物质炭因独特的多孔结构，具有丰富的表面官能团及庞大的比表面积，有很强的吸附性，能改善土壤理化性状，增加土壤有机碳含量，在缓解连作障碍、促进作物生长方面具有显著效果[7－9]。 而生物质炭基肥是以生物质炭为养分缓释载体，将化肥与养分载体有机结合而制成的肥料，不仅能发挥生物质炭对土壤物理、化学和生物特征等方面改良的优点，又可持续不断地向植株供应养分，具有缓释和固碳的双重功能[10]，在提高土壤肥力和生产力方面发挥着至关重要的作用，有利于促进可持续农业发展[11，12]。 前人研究表明，不同类型生物质炭基肥的施用可提高番茄[13]、青椒[14]、小白菜[15]等蔬菜的产质量；刘炜[16]研究发现，施用紫云英炭基肥可显著提高水稻产质量；李正东等[17]的研究表明，花生壳炭基肥对小麦产量的提升效果优于小麦秸秆炭基肥。

目前生物质炭在农业土壤环境改良方面的应用效果已然成为国内外研究热点，但关于烟秆生物质炭基肥对烤烟生长发育的影响研究甚少。 因此本试验通过对比不同用量烟秆生物质炭基肥处理下的连作烤烟农艺性状、产质量及化学成分等指标，初步探讨在连作植烟土壤中施用烟秆生物质炭基肥对烤烟生长发育及产质量的影响，明确提高连作烤烟产质量的最适用量，为今后利用炭基肥缓解烤烟连作障碍、实现烟叶可持续生产提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年4—9 月在云南省宜良县竹山镇进行(24°37′58″N、103°7′51″E，海拔1 650 m)。试验地为已连作7 年的红壤土，地势平坦，排水良好。 耕层土壤基本理化性状:有机质含量31.27 g/kg、全氮1.45 g/kg、碱解氮125.26 mg/kg、全磷0.82 g/kg、有效磷21.52 mg/kg、全钾17.85 g/kg、速效钾275.7 mg/kg，pH 值6.36。

1.2 试验材料

试验用生物质炭由昆明市禄劝生物质炭厂生产(鲜烟秆经600℃炭化6 h 制得)。 生物质炭基肥是利用混合造粒法[18]将氮磷钾复合肥(N ∶P ∶K ＝16 ∶6 ∶24)和烟秆生物质炭粉碎后加入改性玉米淀粉黏结剂[19]，制成3.00～8.00 mm 颗粒，复合肥和烟秆生物质炭比例为5%∶95%。 烟秆生物质炭基肥于移栽前施入，对照按当地常规施肥，不施用生物质炭基肥。 烤烟品种为红花大金元，于2020年4 月22 日采用膜下小苗移栽。 移栽后施用烟草专用肥(N ∶P2O5∶K2O ＝15 ∶0 ∶30)300 kg/hm2，分3 次追施。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，以不施烟秆生物质炭基肥为CK，设置3 个不同用量生物质炭基肥处理，分别为300 g/株(T1)、500 g/株(T2)、600 g/株(T3)。 每处理重复3 次，共计12 个小区。 每小区种植烤烟不少于100 株，行株距120 cm× 50 cm。 试验地四周设保护行。 栽培管理措施均按照当地优质烤烟生产技术规范进行。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 生育期观测 按生育期调查标准准确记录烤烟移栽期、团棵期、现蕾期、中心花开放期、脚叶成熟期、顶叶成熟期的日期。

1.4.2 农艺性状 于烤烟移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010 的方法分别进行农艺性状调查，每处理随机选取10 株，调查烟株株高、茎围、有效叶片数、最大叶长叶宽。

1.4.3 病害调查 于烤烟移栽后30、60、90 d，按GB/T 23222—2008 中的烟草病虫害分级及调查方法对各处理烟株进行病害调查。 调查烤烟普通花叶病和黑胫病发病率。

1.4.4 烤后烟叶外观质量评测 烘烤结束后，每处理随机选取C2F 等级烟叶各1 kg，依据GB 2635—92 的方法进行外观质量鉴定，主要包括颜色、成熟度、结构、身份、油分、色度，并依据烟叶外观质量评分标准[20]对各处理烟叶评分。

1.4.5 烤后烟叶化学成分测定 烘烤结束后，每处理采集C2F 等级烟叶各1 kg 进行化学成分分析。 参照YC/T 159—2002 的方法测定总糖和还原糖含量，YC/T 161—2002 的方法测定总氮含量，YC/T 160—2002 的方法测定烟碱含量，YC/T 217—2007 的方法测定钾含量，YC/T 162—2002的方法测定氯含量。 计算糖碱比、氮碱比及钾氯比。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2017 对试验数据进行整理、作图，采用SPSS 27.0 进行统计分析及差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同用量烟秆生物质炭基肥对连作烤烟生育期的影响

由表1 看出，施用烟秆生物质炭基肥可延长烤烟生育期，且随炭基肥用量的增加，各生育期均有不同程度的延长，其中以T2、T3 处理较为明显。

表1 不同用量烟秆生物质炭基肥对连作烤烟生育期的影响(月/日)

2.2 不同用量烟秆生物质炭基肥对连作烤烟农艺性状的影响

2.2.1 对连作烤烟株高、茎围的影响 由图1A看出，施用烟秆生物质炭基肥可显著促进中后期烟株生长，且随炭基肥用量的增加，各处理株高呈先升后降趋势。 在烤烟生长前期，各处理无显著差异，而在生长中后期，T2 处理株高显著高于其他处理，说明中等用量炭基肥对株高促进作用最强。

图1 不同处理烟株各时期株高和茎围

由图1B 可以看出，施用烟秆生物质炭基肥的3 个处理茎围均高于CK。 移栽后30、90 d，T2 处理表现最佳；移栽后60 d，随着炭基肥施用量的增加，各处理茎围呈逐渐增大趋势，但T1、T2、T3 处理间差异不显著。 移栽后90 d，T2 处理茎围最粗，T3 处理次之，T1 与CK 处理间无显著差异。 说明500 g/株的炭基肥施用量更有利于烟株茎秆增粗。

2.2.2 对连作烤烟最大叶长、最大叶宽的影响由图2A 可知，施用烟秆生物质炭基肥促进烟株叶片伸长。 具体来看，在烤烟生长前期，最大叶长随炭基肥施用量的增加整体呈上升趋势，其中以T3 处理表现最优，显著大于CK；在烤烟生长中期，3 个炭基肥处理最大叶长均显著高于CK，而处理间差异不显著；在烤烟生长后期，以T2 处理表现最优，与CK 差异显著。 整体来看，施用500 g/株炭基肥可有效促进烤烟叶片伸长。

图2 不同处理烟株各时期最大叶长、最大叶宽

由图2B 可知，施用烟秆生物质炭基肥对烤烟叶宽具有明显的促进作用。 在烤烟生长前期，T2 处理的促进作用最明显，CK、T1、T3 处理间无显著差异；在烤烟生长中后期，随炭基肥施用量的增加，最大叶宽呈先增大后减小趋势，与CK 相比，炭基肥处理T2 对叶宽的促进效果达显著水平。 以上结果说明500 g/株炭基肥施用量更利于烤烟叶片生长。

2.2.3 对连作烤烟有效叶片数的影响 由图3可以看出，烤烟移栽后30、60 d，各处理间有效叶片数无显著差异；移栽后90 d，T3 处理的有效叶片数高于其他处理，且仅与T1 处理差异显著。 整体来看，施用烟秆生物质炭基肥对烟株有效叶片数影响不大。

图3 不同处理烟株各时期有效叶片数

2.3 不同用量烟秆生物质炭基肥对烤烟主要病害发生的影响

由图4A 可知，施用炭基肥对烟草普通花叶病具有明显的抑制作用，随炭基肥施用量的增加，普通花叶病发病率先降低后增加，在烤烟生长前中期对烟草普通花叶病的抑制作用最为明显。 整体来看，T2 处理烟株在整个生育期发病率最低。

图4 不同处理烟株各时期普通花叶病、黑胫病发病率

由图4B 可知，施用烟秆生物质炭基肥降低烟草黑胫病发病率。 具体来看，在烤烟移栽后30、60 d，抑制效果最为明显，3 个炭基肥处理烟株发病率均显著低于CK，其中生长60 d 时T1、T2处理较低，且两个处理间无显著差异；移栽后90 d，烟草黑胫病发病率随炭基肥施用量的增加呈先下降后上升趋势，T2 处理发病率最低，显著低于CK，T1、T3 处理次之，但处理间无显著差异，CK发病率最高。 以上结果表明炭基肥施用量500 g/株能有效抑制黑胫病的发生，但施用过量则抑制效果减弱。

2.4 不同用量烟秆生物质炭基肥对连作烤烟产质量的影响

2.4.1 对连作烤烟经济性状的影响 由表2 可知，施用生物质炭基肥显著提高烟叶产质量，其中产量、均价、产值和中上等烟比例随炭基肥施用量的增加均呈先升后降趋势，均以T2 处理表现最优，其中产量、产值和均价方面，T2 、T3 处理较高，且处理间无显著差异。 相较于CK，T2 处理产值增长34.77%，T3 增长27.11%；从中上等烟比例来看，T2 处理显著高于其他处理，其他处理间无显著差异。 以上说明施用烟秆生物质炭基肥对提高烟叶产质量具有积极作用，但超过一定范围后促进效果降低。

表2 不同用量烟秆生物质炭基肥对烤烟经济性状的影响

2.4.2 对连作烤烟外观质量的影响 由表3 可知，在成熟度方面，各处理均达到成熟，以T2 处理分值最高，但与T3 无显著差异，而显著高于CK及T1 处理，后两者间无显著差异；在颜色方面，各处理表现一致，但施用炭基肥处理的分值均显著高于对照，且处理间无显著差异；对于叶片组织结构、身份和油分而言，均以T2 处理表现最优，且分值高于其他处理，与CK 差异显著，CK 身份稍薄，油分欠佳。 综合来看，T2 处理总分最高，T3 处理次之，CK 最低。 以上结果说明，烟秆生物质炭基肥可有效提升烟叶外观质量，且随施用量的增加，外观质量评分呈先升高后降低趋势，其中以T2 处理提升效果最为显著。

表3 不同处理烤后烟叶主要外观质量分析

2.5 不同用量烟秆生物质炭基肥对烤烟化学成分的影响

王彦亭等[21]提出的优质烟叶标准为: 烟碱2.20%～2.80%、总氮2.00%～2.50%、还原糖18.00%～22.00%、钾≥2.50%、淀粉≤3.50%、糖碱比8.50～9.50、氮碱比0.95～1.05、钾氯比≥8.00。 由表4 可知，3 个炭基肥处理各项指标(T1 糖碱比除外)均在优质烟叶标准范围内，其中总糖、还原糖、钾含量和糖碱比、钾氯比均随炭基肥施用量的增加而呈先升后降趋势。 与CK 相比，施用炭基肥可降低烟碱含量，提高氮碱比，但各处理间差异不显著；还原糖和糖碱比方面，T1、T2、T3 处理显著高于CK；钾含量方面，以T2 处理最高，T3、T1 处理次之，CK最低；氯含量方面，各处理间无显著差异，且钾氯比也无显著差异。 综合来看，施用烟秆生物质炭基肥的T2 处理最利于连作烤烟化学成分的协调稳定。

表4 不同处理烤后烟叶化学成分分析

3 讨论与结论

烟秆生物质炭基肥既实现了烟秆废弃物的利用[22]，又能根据烟株需肥特点持续供应养分[23]，在改良土壤理化性质的同时，也促进烟株对养分的吸收利用，大幅提升连作植烟土壤质量，提高持续生产能力。 陈重军等[24]研究表明，添加烟秆生物炭可降低土壤总氮、总磷的流失。 解秋等[25]对玉米施用复配炭基肥的研究发现，40%木醋液炭基肥可提高氮素利用率23.49%，显著提高苗期玉米的农艺性状。 孙樱萁等[26]对黑麦草的研究发现，炭基肥中生物炭含量达61.6%，可有效促进其生长。 吕泽先[27]在玉米和水稻试验中发现，与只施用生物质炭处理相比，施用生物质炭基肥能获得更好的经济收益。 本研究结果显示，烟秆生物质炭基肥可在一定程度上延长烤烟生育期，有利于烟叶中总糖、还原糖、钾等营养成分的积累，尤其在团棵期和现蕾期表现较为明显。 同时炭基肥对烤烟株高、茎围、最大叶长叶宽均有一定的促进作用，且整体以500 g/株施用量效果最佳，但对有效叶片数的影响不大。 究其原因可能是烟秆生物质炭基肥可消除生物质炭养分低的缺点，同时化肥可借助生物质炭缓慢释放[23]，从而促进移栽后烟株早生快发，在生长中期对烟株促进作用最为明显。

连作导致烟株病害发生严重。 本研究通过对该地块发病严重的烟草花叶病和黑胫病进行调查发现，烟秆生物质炭基肥对这两种病害具有很好的抑制作用，尤其是在烤烟生长前中期防治效果明显。 这可能是因为生物质炭基肥改善了根际土壤微环境，促进烟株根系生成，加强烟株对矿质营养的吸收，提高了抗病性。

烤烟连作障碍的表现之一是土壤养分含量失调，连年施用化肥且施用过量不仅会造成肥料损失、效益低下，同时也会导致土壤退化，降低产质量[28]。 通过利用兼具缓释性能[29]和土壤改良功效的生物质炭基肥可有效缓解连作障碍。 王晓强等[30]研究表明，在减施氮肥的基础上配施生物炭基肥，可显著提高烤后烟叶的两糖含量， 降低烟碱和总氮含量， 使糖碱比和钾氯比增高。 本研究中，施用烟秆生物质炭基肥的烤后烟叶总氮含量增加，而烟碱含量下降，处理间无显著差异。 这可能是烟株吸收的氮肥用于合成烟碱较少，而更多的用于促进烟株茎秆加粗，叶片伸长等方面。 同时肖和友等[31]的研究也有类似结论:随着添加生物质炭试验年限的延长，烟叶总糖、还原糖、总氮含量和氮碱比、糖碱比升高，而烟碱、氯含量和糖氮比降低。 臧清波等[32]发现生物质炭基肥对玉米品种先玉335 的增产效果最佳，增幅高达24.32%。本研究结果与其类似，中等施用量的烟秆生物质炭基肥对红花大金元烤烟产值增幅可达34.77%。

综上，在本试验条件下，烟秆生物质炭基肥可促进连作烟株生长，降低烟草花叶病和黑胫病发病率，提高烤后烟叶外观质量、产量及化学成分协调性，且整体以500 g/株用量效果最佳。