烟秆生物质炭基肥对不同烤烟品种生长、病害及产质量的影响

王兴松 李灿 王铎 许东亚 张继旭 施定国 孔德翠 孔德旬 周维杰 王戈 王娜 白羽祥

摘要：探索不同烟秆生物质炭基肥施用量对不同烤烟品种生长及产质量的影响，以期为烟秆生物质炭基肥在烤烟中的科学合理利用提供一定的理论依据。试验以烤烟品种红花大金元、K326、云烟87为研究对象，分别设置4个生物质炭基肥施用量处理（CK：0 kg/株；P1：0.4 kg/株；P2：0.5 kg/株；P3：0.6 kg/株），测定不同处理下各烤烟品种的生育期、农艺性状、病害发生情况、经济性状及烟叶内在化学成分。结果表明：随着炭基肥施用量增加，烤烟生育期无明显变化规律；在农艺性状方面，P1处理对红花大金元农艺性状提升效果较好，其中株高提高17.3%、茎围提高19.2%、最大叶长提升3.1%，P2处理对K326和云烟87农艺性状提升最优；P2处理显著降低了3个烤烟品种烟草气候斑点病发病率和病情指数；在经济性状方面，对于红花大金元，施用炭基肥能提高烤烟产量、产值、中上等烟比例，其中P1处理提升效果最好，产量提升15.5%，产值提升25.5%，中上等烟比例提升14.4%；对于K326和云烟87，适量施用炭基肥均可显著提升烤烟产量、产值、中上等烟比例和均价，K326的P2处理烟叶内在化学成分的各项指标均相对最优，整体的烟叶化学品质优于其他处理，云烟87的P2处理各项指标相对较适宜。烟秆生物质炭基肥对提高烤烟烟株农艺性状、经济性状、化学品质和降低烟株发病率具有重要作用，推荐红花大金元施用0.4 kg/株生物质炭基肥、K326和云烟87施 0.5 kg/株用生物质炭基肥提升效果最佳。

关键词：生物质炭基肥；烤烟；产质量；农艺性状；品种

中图分类号：S572.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）13-0082-07

近年来，烤烟生产面临一系列生态问题，主要包括植烟土壤酸化板结［1］、重金属污染和大气污染［2］、肥料利用率低［3］、有机质含量减少［4］、养分不平衡等［5］。同时在烤烟生产中不正确使用肥料会破坏土壤结构并减少水分和肥料的滞留，土壤通透性降低，微生物多样性和生物活性降低［6］、养分供应不足，烤烟营养失调［7］；另一方面，由于大量烟草秸秆的不合理利用加剧了土壤环境的恶化，进而使烟叶香吃味不足，外观质量变差，产量减少，严重制约了现代烟草农业发展。

生物质炭是指由富含碳的生物质在无氧或缺氧条件下经过高温裂解生成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质［8］。生物炭具有富孔隙结构、比表面积较大的物理性质［9］，使其在吸持和缓释养分、改善土壤理化性状、调节土壤微生物特性等方面具有积极作用［10］，现已成为一种具有优良性能的肥料载体［11］。生物质炭不仅可改善土壤活性［12］，提高肥力，还可吸收土壤和废水中的重金属和有机污染物，为植被生长提供合适的环境，确保土壤中氨氧化细菌的活性，释放硝化抑制剂并促进作物生长，同时对碳和氮具有较好的固定效果。应用于土壤时，它可以减少CO2、N2O、CH4等温室气体的排放。生物质炭基肥是通过向生物炭中定向添加其他类型的肥料而制成的富含碳的有机肥料，它不仅可以弥补养分不足和生物炭的大量消耗，而且可以起到改良土壤和增加农作物养分使用效率的目的［13］。刘领等研究表明，在施用生物炭的同时进行减氮处理，烤烟根际土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性均有不同程度的提高，同时烤烟根系活力及根冠比亦得到不同程度提高［14］。李文渊等研究表明，减少25%基肥施用量条件下施用高炭基肥料，植烟土壤物理特性、土壤肥力及微生物活性得到明显改善，烤后烟叶钾含量及中性致香物质含量增加［15］。葛少华等研究报道，增施生物炭减少化肥氮的施用可提高烤烟对氮素的吸收利用率［16］。

基于此，本研究通过分析不同用量烟秆生物质炭基肥对不同烤烟品种生长、化学品质及产质量的影响，明确各品种烤烟对烟秆生物质炭基肥施用的响应差异，以期为生物质炭基肥在烤烟生产上的应用提供一定的科学依據。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2020年4—10月在云南省昆明市禄劝县屏山街道绿槐偏坡村（25°58′74″N，102°45′56″E）进行，海拔为1 800 m，年平均气温为15.6 ℃，供试土壤为耕作性沙质黏粒熟化土，其pH值6.28，含有机质25.17 g/kg、全氮1.51 g/kg、全磷2.23 g/kg、全钾19.26 g/kg、水解性氮 123.98 mg/kg、有效磷 55.94 mg/kg、速效钾 301.15 mg/kg。

1.2 试验材料

供试烤烟品种：红花大金元（红大）、K326、云烟87；烟秆生物质炭基肥由烟秆生物质炭和烟草专用复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为16%、6%、24%）混合制成，各品种所用烟秆生物质炭基肥中烟草专用复合肥比例见表1。

1.3 试验设计

采用裂区设计，3个品种设当地常规复合肥（CK）；施用生物质炭基肥0.4 kg/株（P1）；施用生物质炭基肥0.5  kg/株（P2）；施用生物质炭基肥 0.6 kg/株（P3），共12个处理组合，每个处理设置3次重复，共36个小区，每小区不少于50株（表2）。其中常规复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为16%、6%、24%）用量为375  kg/hm2，不同处理的生物炭基肥一次性基施，且每穴施肥量确保一致。

1.4 调查内容与方法

1.4.1 生育期调查 按烤烟生育期调查标准准确记录移栽期、团棵期、现蕾期、中心花开放期、顶叶成熟期等生育时期。

1.4.2 农艺性状的调查与测定 在烟叶移栽90 d时，定点测量各小区10株烟株的株高、茎围、有效叶片数、最大叶长宽等，具体测定方法按照YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查》［17］。

1.4.3 病虫害情况调查 在旺长期进行全区调查，调查病害种类及病叶数、病情分级数。病害以气候性斑点病、赤星病和炭疽病为主。计算公式如下：

發病率=发病株数调查总株数×100%；

病情指数=∑（各级病株数×该级级数）调查总株数×最高级级数×100。

1.4.4 经济性状测定 烟叶初烤后，以处理为单位按照42级国家烟叶分级标准收购，分级计产，根据2020年昆明市烤烟收购价格，计算其产量、产值、中上等烟比例、均价等经济指标。

1.4.5 烤后烟叶化学成分分析 烟叶成熟烘烤后，从每个处理烤后烟叶中分别选取中橘三（C3F）烟样0.5～1.0 kg送检进行化学成分分析，测定烟叶中总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯、淀粉的含量。总糖、还原糖含量依据YC/T 159—2002《烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》测定，烟碱含量依据烟草行业标准YC/T 468—2013《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 连续流动（硫氰酸钾）法》测定，总氮含量依据YC/T 161—2002《烟草及烟草制品 总氮的测定 连续流动法》测定，氧化钾含量依据YC/T 173—2003《烟草及烟草制品 钾的测定 火焰光度法》测定，水溶性氯含量依据YC/T 162—2011《烟草及烟草制品 氯的测定 连续流动法》测定，淀粉含量依据YC/T 216—2013《烟草及烟草制品 淀粉的测定 连续流动法》测定。

1.5 统计分析方法

利用Excel 2016进行基础数据的处理和制图，SPSS 23.0进行差异显著性分析；并依据王彦亭等的烤烟化学成分指标赋值与建模方法［18］，对化学成分进行评定，各指标均以公认的最适范围为100分，高于或低于该最适范围依次降低分值，采用指数和法评价烤烟内在化学成分协调性综合情况［19］：

P=∑Pi×Ci。

式中：P为烤烟化学成分协调性综合指数；Ci为第i个化学成分指标量化分值；Pi为第i个化学成分指标相对权重。

2 结果与分析

2.1 不同生物质炭基肥施用量对烟草生育期的影响

由表3可看出，对于红花大金元，到团棵期、现蕾期和中心花开放期的时间，施用炭基肥处理均早于CK处理，其中P2处理对烤烟各生育期提前效果最为明显；对于K326，与对照相比，中低炭基肥用量烟株进入团棵期较早，高炭基肥用量烟株团棵期和顶叶成熟时间延后；对于云烟87，施用炭基肥处理烟株进入团棵期提前，高炭基肥施入量延长了烟株现蕾期及其后期的生育时间。

2.2 不同生物质炭基肥施用量对烟草农艺性状的影响

由表4可看出，不同施肥量处理之间在各农艺性状上存在差异；对于红花大金元，与对照相比，施用炭基肥对烟株株高、茎围和最大叶长均起到促进作用，其中P1处理增幅最大，对株高提高17.3%、茎围提高19.2%、最大叶长提升3.1%；对于K326，适量施用炭基肥烟株株高和茎围高于对照，但高炭基肥施用量烟株株高、茎围、最大叶长、最大叶宽均低于对照；对于云烟87，适量施用炭基肥可提高烟株株高、茎围和叶片数。

2.3 不同生物质炭基肥施用量对烟草病害的影响

2.3.1 不同生物质炭基肥施用量对烟草气候斑点病的影响 由图1和图2可看出，对于红花大金元，适量施入炭基肥显著降低了烟草气候斑点病发病率和病情指数，但高炭基肥施入量却显著提高了烟草气候斑点病的发病率；对于K326和云烟87，适量施入炭基肥显著降低了烟草斑点病发病率和病情指数。

2.3.2 不同生物质炭基肥施用量对烟草赤星病的影响 由图3和图4可以看出，对于红花大金元，适量施入炭基肥能显著降低烟草赤星病的发病率及病情指数，但低炭基肥施入量和高炭基肥施入量显著提高了烟草赤星病发病率；对于K326和云烟87，施入炭基肥均显著降低了烟草赤星病的发病率和病情指数， 其中P3处理对K326烟草赤星病有较好防效，P2处理对云烟87赤星病有较好防效。

2.3.3 不同生物质炭基肥施用量对烟草炭疽病的影响 由图5和图6可以看出，对于红花大金元，各处理间烟草炭疽病发病率无显著差异，但施入低炭基肥烟草炭疽病病情指数显著高于其他处理；对于K326和云烟87，适量炭基肥施用量和高炭基肥施入量显著降低了烟草炭疽病发病率和病情指数。

2.4 不同生物质炭基肥施用量对烟叶经济性状的影响

由表5可看出，对于红花大金元，施用炭基肥能提高烤烟产量、产值、中上等烟比例，其中P1处理提升效果最好，其中产量提升15.5%，产值提升25.5%，中上等烟比例提升14.4%；对于K326和云烟87，P2处理显著提升了烤烟产量、产值、中上等烟和均价。

2.5 不同生物质炭基肥施用量对烤后烟叶化学品质的影响

由表6可看出，3个烤烟品种的总糖和还原糖含量整体均高于适宜性范围，反映了当地种植的烤烟含糖量高的特点；对于红花大金元，与对照处理相比，烤后烟叶总糖含量、还原糖含量、烟碱含量、糖碱比均有所降低，总氮含量、氮碱比均有所增加；P1处理钾含量最接近优质烟叶标准。对于K326，各处理总氮含量、烟碱含量、钾含量、氯含量、钾氯比均在适宜范围，对各处理进行化学成分协调性综合评价（表7），P2处理总分最高。对于云烟87，各处理总氮含量、烟碱含量、氯含量、钾氯比均在适宜范围；对化学成分协调性综合评价发现，施用生物质炭基肥处理总分均高于对照处理，且P1处理大于其他处理。

3 讨论

生物质炭作为一种土壤改良剂［20-21］，通过改善土壤理化性质和增加土壤养分［22］，进而促进植株生长发育；前人研究结果表明，施用1%玉米秸秆炭可增加玉米生物量［23］，施用3%生物质炭能显著增加小白菜鲜质量［24］，3%小麦生物质炭施用量能增加烤烟叶片数及地上部生物量［25］。本试验结果表明，与常规施肥相比，施用0.4 kg/株烟秆生物质炭基肥对红花大金元株高、茎围、最大叶长改善显著，施用0.5 kg/株炭基肥对K326株高和茎围改善明显，施用0.5 kg/株炭基肥对云烟87农艺性状改善效果最佳；贾孟等研究表明施用80 g/株烟秆生物质炭对中低海拔烤烟农艺性状提升明显［26］；张萌等研究表明适量烟秆生物质炭基肥对烤烟改善农艺性状效果较好，这可能与生物质炭本身的物理结构相关［27］，生物质炭的大孔隙结构和表明活跃的官能团对吸附土壤氮素具有重要作用；同时，本研究还发现，过量施入烟秆生物质炭基肥烤烟农艺性状表现差于常规施肥，这与葛宸等的研究结果相同［28］，马莉等研究也表明，施用生物质炭基肥能使小麦生长迅速，但继续增加用量，其生长增速不显著［29］；可能是因为生物质炭矿物养分含量低，过多施用影响烤烟生长发育所需养分供给不足，进而导致烤烟生长发育弱。

烟秆生物质炭在增强烟株抗病性方面具有重要潜力［30］；本试验病害调查中，气候性斑点病和赤星病的发病率和病情指数较高，结合试验的地块等因素分析，可能是由于烟草成熟后期气温较高、降雨较多等气候因素所致；本试验结果表明，0.5 kg/株炭基肥施用量均能显著降低3个烤烟品种烟草气候斑点病和赤星病的发病率和病情指数；说明适量施用生物质炭基肥能使烟株的抗病性增强，减少发病率，这与王成己等研究适量施用生物质炭基肥，烟株的抗病性增强的结果［31-32］一致；但0.6 kg/株炭基肥施用量提高了红花大金元烟草气候斑点病发病率和病情指数，这可能与生物质炭富含碳源，提高土壤碳氮比、降低氮素有效性有关［33］。

前人研究表明，适宜烟秆生物质炭基肥可提高烤烟经济性状和内在化学品质［34］，本研究结果表明，对于红花大金元，0.4 kg/株炭基肥施用量烤后烟叶钾含量更接近优质烟叶标准，并显著提升了烟叶产量、产值；对于K326，0.5 kg/株炭基肥施用量提高了烤后烟叶综合评分，同时显著提升烟叶产量、产值及中上等烟比例；对于云烟87，生物质炭基肥能提高烤后烟叶烟碱含量，并提高烟叶综合评分，同时，0.5 kg/株炭基肥施用量对烤烟中上等烟比例、产量、产值提升最大。孔明等研究表明，过量施用生物质炭基肥降低了烤烟碳氮代谢，进而影响烟叶品质［35］，本研究结果也发现，适量生物质炭基肥施用量提高了烟叶内在化学成分的协调性，有利于烤后烟叶品质的提升。

4 结论

生物质炭基肥的适量施用使烟株的农艺性状得以改善，有利于烟株生长发育，改善烤后烟叶化学成分协调性，提高了烟叶的产量和质量。综合考虑生物质炭基肥的施用效应，在本试验条件下，推荐禄劝烟区红花大金元施用生物质炭基肥为0.4 kg/株、K326和云烟87施用生物质炭基肥为0.5 kg/株时的效果最佳。

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