煤渣在烤煙生產上的應用研究

王錫春等

摘 要：為研究煤渣在烤煙種植中的作用，實現煤渣在烤煙生產上的廢物利用，采用田間試驗研究不同煤渣用量和施用方式對烤煙農藝性狀及產量品質的影響。結果表明：增施煤渣能明顯改善烤煙的農藝性狀，提高烤煙的經濟性狀，使烤后煙葉內部化學成分更趨協調。所有處理中以T4處理（750 kg/hm2煤渣堆漚穴施、15000 kg/hm2干煤渣撒施）最佳，產量較對照增加126 kg/hm2，提高了5.22個百分點，產值較對照增加4042.05元/hm2，提高了9.11個百分點，均價較對照增加0.68元/kg，提高了3.71個百分點，上等煙率較對照提高了16.75個百分點。施用煤渣后，土壤的砷含量和烤后煙葉的鉻含量大幅度下降，土壤砷含量（除T3處理外）降低了98%以上，烤后煙葉鉻含量降低了86.5%以上。

關鍵詞：煤渣；烤煙；生產；應用研究

中圖分類號：S318 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0444

Research on Application Coal Cinder in Flue-cured Tobacco Production

Wang Xichun1， Huang Shiwang1， Liu Zhengri1， Gao Chunyang1， Zhou Xiangping1，

Zhang Fang1， Li Xiaozhong2， Tang Ruoyun2， Yang Hongqi3， Zhao Ajuan4

（1Yongzhou Branch of Hunan Tobacco Corporation， Yongzhou 425000， Hunan， China；

2Tobacco Quality Supervision and Testing Station， Changsha 410004， Hunan， China；

3Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China；

4Changsha Branch of Hunan Tobacco Corporation， Changsha 410000， Hunan， China）

Abstract： In order to investigate the effect of coal cinder in flue-cured tobacco planting， realize the waste utilization of coal cinder in flue-cured tobacco production， a field experiment was carried out at different dosage coal cinder and different application patterns， the tobacco agronomic traits， tobacco quality and economic traits were evaluated. The results showed that： by using coal cinder， the tobacco agronomic traits and economic traits were bettered， the internal chemical constituents of roast tobacco leaf were be more coordination. Among all the treatments， the T4 treatment （hole applying coal cinder 750 kg/hm2 and broadcasting coal cinder 15000 kg/hm2） was best improved tobacco economic traits. Compared with T9 treatment （none coal application）， the yield increased 126 kg/hm2， increased by 5.22%； the output value increased 4042.05 yuan/hm2， increased by 9.11%； the average price increased 0.68 yuan/kg， increased by 3.71%； the high class leaf ratio increased by 16.75%. After applying coal cinder， the heavy metals of arsenic in the soil and chromium in the roast tobacco leaf were reduced significant. The arsenic in the soil （except T3） and the chromium in the roast leaf were reduced more than 98%， 86.5% respectively.

Key words： Coal Cinder； Flue-cured Tobacco； Production； Application Research

0 引言

中國是以煤炭為主的能源生產與消費大國，據電力網報到，2013年全國煤炭消費量達36.1億t。無論是工業、發電廠還是民用鍋爐及其他燃煤設備，每年都會產生大量的煤渣，1 t煤燃燒后平均產生約0.35 t煤渣，煤渣棄置堆積占用土地，長期堆放會給生態環境帶來負荷[1]。前人已進行過相關研究，根據煤渣屬性及其特性，挖掘煤渣潛在的利用價值，發現煤渣在建筑業、廢水處理等方面有著越來越廣泛的用途[1-8]。李靜等[9]研究認為，以煤渣：珍珠巖：菌渣=1：1：4比制成的無土栽培基質，種出的萵筍各項指標優，栽培出的蔬菜NO3-、重金屬含量低，栽培后營養元素含量仍很高，成為多茬栽培的較為理想基質。史正軍等[10]研究認為，添加煤渣的營養基質對試供植物生長的物質積累最有利。但煤渣在烤煙生產的應用還不鮮見，永州煙區是中國烤煙種植適宜區，近年來隨著烤煙種植規模化，采用火土灰來改良種煙土壤的習慣已逐漸消失，連年使用大量的化肥會導致土壤板結；而且烘烤煙葉會產生大量的煤渣，給周圍環境造成壓力。永州烤煙生產面臨的一方面是火土灰的嚴重缺乏，另一方面是烘烤燃燒產生大量的“垃圾”。因此，開展煤渣在烤煙生產上的應用研究，有望解決煤渣在烤煙上的應用方法問題，這對變廢為寶、保護生態環境，具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

2012年試驗在中國煙草中南農業試驗站永州基地的煙田進行。

1.2 試驗材料

各處理用的煤渣均屬于湖南的郴州產地原煤與永州黃壤土制成的藕煤燃燒后產生的煤渣。

煤渣成分：鉛23.86 mg/kg，鎘0.54 mg/kg，汞0.0247 mg/kg，砷22.69 mg/kg，鉻90.36 mg/kg，pH 6.6，有機質40.9 g/kg，全氮1.47 g/kg，全磷0.74 g/kg，全鉀14.89 g/kg，有效氮40.3 mg/kg，有效磷13.7 mg/kg，速效鉀276 mg/kg，水溶性氯199.9 mg/kg，交換性鈣22.52 mg/kg，交換性鎂2.26 mg/kg，有效銅3.53 mg/kg，有效鋅3.90 mg/kg，有效鐵39.16 mg/kg，有效錳 40.52 mg/kg，有效硼0.0325 mg/kg，有效鉬0.00239 mg/kg，有效鉬1180.54 mg/kg。上述數據為送湖南省農產品質量檢測中心檢測所得結果。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗設計9個處理：（1）每公頃用750 kg煤渣堆漚穴施（T1）；（2）每公頃用1500 kg煤渣堆漚穴施（T2）；（3）每公頃用750 kg煤渣堆漚穴施、7500 kg干煤渣撒施（T3）；（4）每公頃用750 kg煤渣堆漚穴施、15000 kg干煤渣撒施（T4）；（5）每公頃用750 kg煤渣堆漚穴施、22500 kg干煤渣撒施（T5）；（6）每公頃用1500 kg煤渣堆漚穴施、7500 kg干煤渣撒施（T6）；（7）每公頃用1500 kg煤渣堆漚穴施、15000 kg干煤渣撒施（T7）；（8）每公頃用1500 kg煤渣堆漚穴施、22500 kg干煤渣撒施（T8）；（9）不施煤渣（CK，T9）。

以上各處理均采用常規用量施肥：每公頃純氮用量138 kg，每公頃施煙草專用基肥1050 kg，專用追肥450 kg，提苗肥45 kg，硫酸鉀225 kg。煙草專用基肥N：P2O5：K2O=8：10：11，專用追肥N：K2O=10：32，提苗肥N：P2O5=20：9，均由湖南金葉肥料有限責任公司生產。

1.3.2 煤渣使用方法

（1）穴施。煤渣采用完全燃燒后的藕煤，除去未充分燃燒的部分，用篩網過篩，用塑料薄膜覆蓋堆漚15～20天，于移栽前、基肥稻田本土拌均（1 kg干煤渣兌水0.45～0.5 kg，以手握成團，落地即散為標準，拌均后薄膜覆蓋）。

（2）撒施。于起壟前將過篩后的煤渣撒施在翻耕后的土上，隨起壟將煤渣拌入壟土中混勻。

1.3.3 田間管理 移栽期為3月29日。移栽密度：行距1.2 m，株距0.5 m，小區面積60 m2，每個小區100株，采用地膜覆蓋或稻草覆蓋，其他按ISO9001支持性文件YZYC/Q-GL-7.5-05-21烤煙栽培技術規程進行，在同一烤房內進行烘烤。

1.4 各處理調查指標

1.4.1 各處理生育期調查 在各處理中間選取有代表性的煙株10株作為定點株，觀察記載播種期、出苗期、移栽期、團棵期、現蕾期、打頂期、殺桿期等的始期。

1.4.2 烤煙各處理農藝性狀調查 在各小區中間選取有代表性的煙株10株作為定點株，打頂期后一次性調查記載以下農藝性狀：株高、葉數、直徑、最大葉長與寬、最大葉面積（葉面積=長×寬×0.6345）等。

1.4.3 經濟性狀調查及取樣 煙葉成熟采收時各小區分開掛牌編竿，統一條件下烘烤，考察烤后煙各小區產量、產值、均價、煙葉等級比例。取X2F、C3F、B2F各0.5 kg作為樣品煙。

1.4.4 土壤中重金屬含量調查 煙苗移栽前，采用五點取樣法，先對試驗田進行土壤取樣；在煙葉烘烤結束后，對各處理小區土壤進行取樣。然后將所有取樣土壤進行檢測。

1.4.5 烤后煙葉中的重金屬殘留量調查 煙葉烘烤結束后，考察各小區烤后煙葉的重金屬含量情況，取各處理小區的C3F 0.5 kg作為樣品煙進行送樣檢測。

2 結果與分析

2.1 煤渣對烤煙生育期的影響

各處理大田生育期見表2。T1和T8最早團棵，為5月3日；T5次之，為5月4日；T7為5月5日，其他稍晚，為5月7日。T1、T8、T5、T7的團棵期分別較對照T9提前4天、4天、3天、2天，表明施用煤渣促進了煙株早生快發，能相對縮短煙苗還苗期。

2.2 煤渣對烤煙農藝性狀的影響

烤煙農藝性狀優劣是煙株生長發育過程中內在協調性好壞最直接的表現，在一定程度上也反映烤煙生理代謝的強弱[11]。調查數據（表3）顯示，株高：T4>T3>T5>T7>T8>T9>T1>T2>T6，T4、T3、T5、T7、T8與T9相比無顯著差異；留葉數：T8>T5>T2>T7>T4>T6>T3>T9>T1，說明穴施1500 kg/hm2煤渣的多于750 kg/hm2煤渣的，撒施22500 kg/hm2煤渣的多于15000 kg/hm2煤渣的，撒施15000 kg/hm2煤渣的多于7500 kg/hm2煤渣的，T8與T9相比有顯著性差異，T5、T2、T7、T4、T6、T3與T9相比無顯著差異；T1、T2、T3、T6處理的直徑均大于對照T9，且處理間均無顯著差異；最大葉長以T8和T5最長，與T9相比有極顯著差異，T3與T9相比有顯著差異，但T6弱低于T9；T7最大葉寬最寬，T9最窄，T7與T9相比有極顯著差異。

2.3 煤渣對烤煙的產量、產值、均價及煙葉等級比例的影響

從表4可以看出，處理T6、T7、T4、T5的產量均高于處理T9、T6、T7、T4、T5的，且分別比對照T9高148.05、142.5、126、29.7 kg/hm2，但無顯著差異，其他處理低于對照；產值以T4最高，為48405元/hm2，其次為T7（46447.45元/hm2），T4、T7、T6處理的產值分別比對照T9高4042.05、2194.5、555.6元/hm2，但均無顯著差異。不同等級煙葉的價格相差甚大，與烤煙的產值有著直接的聯系。一般來說，產量和上中等煙比例越高，則產值越高。均價、上等煙率及上中等煙率均以T4為最高，處理T4均價為19.00元/kg，比對照T9高出 0.68元/kg，提高了3.71個百分點，處理T4的上等煙率、上中等煙率分別比對照T9提高16.75個百分點、0.71個百分點，但無顯著差異。說明煤渣在一定程度上提高了烤煙的產量、產值等經濟性狀。

2.4 煤渣對烤后煙后煙葉化學成分的影響

2.4.1 對還原糖、總氮、煙堿的影響 總糖和還原糖的含量被認為是體現煙葉品質的重要指標。湖南永州優質烤煙要求還原糖適宜范圍在16%～22%。從表5可以看出，不施煤渣處理，下部葉還原糖大于22%，上部葉的還原糖小于16%，增施煤渣處理各部位煙葉的還原糖均在適宜的16%～22%，說明增施煤渣使還原糖更趨協調；T2、T8處理下部煙葉的總氮最高均為2.3%，T3上部煙葉的總氮最高為2.6%，且均高于對照T9同部位的總氮，其他處理各部位煙葉的總氮均小于或等于對照同部位的總氮，施用煤渣處理各部位的總氮含量總體呈下降的趨勢；煙葉中煙堿含量與總氮含量呈正相關性，試驗中煙堿含量的變化趨勢和總氮含量的變化規律基本一致，即施用煤渣能降低煙葉中煙堿的含量，但各處理煙葉的煙堿含量、總氮含量均較協調。

2.4.2 對糖堿比和氮堿比的影響 糖堿比（還原糖/煙堿）主要反映煙氣的生理強度與醇和度，是評價煙葉氣味的一項重要指標，這一指標，一方面要求糖和煙堿2種成分含量應大體相宜，另一方面要求兩者之間保持一定比例[12]。湖南永州優質煙葉一般要求糖堿比為8～12。從表5可以看出，增施煤渣總體使下部煙葉的糖堿比下降，且趨向于接近或在適宜的糖堿比范圍，對照下部煙葉和T7的糖堿比明顯偏高，煤渣處理各中部煙葉的糖堿比基本在適宜的范圍，僅有對照中部煙葉的糖堿比是偏低的，各處理上部煙葉的糖堿比均偏低，但對照和T6上部煙葉的糖堿比為最低，說明增施煤渣能使糖堿比更趨于協調。

氮堿比的高低與煙葉成熟過程中氮素轉化為煙堿的程度有關，因此在一定程度上反映煙葉的成熟狀況。烤煙的氮堿比值一般在0.8～1.1，以1.0較為合適[12]。由從表5可以看出，各處理下部葉的氮堿比均偏大，各處理中上部煙葉的氮堿比均適宜，說明增施煤渣對煙葉的氮堿比影響小。

2.4.3 對鉀、氯含量和鉀氯比的影響 烤煙是典型的喜鉀作物，其品質與鉀含量有著高度的相關性。從表5可以看出，在3個部位的煙葉中，不施煤渣的對照鉀含量最低，增施煤渣可有效地提高煙葉中鉀的含量。

烤煙的氯含量應在1%以下，各處理的氯含量都在合理的范圍內，增施煤渣后煙葉中的氯含量并沒有表現出明顯的規律。

鉀氯比主要用于判定煙葉的燃燒性，適宜的鉀氯比值是4～10，比值越大，煙葉的燃燒性越好，各處理的鉀氯比都在合理的范圍內，但增施煤渣后煙葉中的鉀氯比總體趨于使鉀氯比增大，說明增施煤渣后煙葉的燃燒性相對要好。

2.5 煤渣對土壤重金屬含量的影響

目前，普通認為土壤重金屬污染是煙葉中重金屬的重要來源。通常，土壤中的重金屬除了來源于土壤成土母質分化形成之外，主要是由于大氣污染、水污染和人類活動所帶來的[13]。由表6可以看出，栽煙后土壤中的汞含量是增加的，施用煤渣對土壤鉻含量的影響呈現無規律性，鉛、鎘、砷含量呈減少走勢。施用煤渣較未施煤渣土壤中鉛、汞含量呈增加趨勢，但增加幅度較小，鎘、砷、鉻含量呈減少趨勢，特別是砷呈大幅下降。施用煤渣使土壤的重金屬含量有所減少，而且隨著煤渣施用量的增加，土壤的重金屬含量也呈減少趨勢，說明煤渣起到了降低土壤中重金屬含量的作用。

2.6 煤渣對烤后煙葉重金屬殘留量的影響

煙草屬于易于吸收和富集重金屬的植物，在煙葉生長發育過程中，通過煙葉表面和煙草根系吸收和富集重金屬[14]。由表7可以看出，隨著煤查施用量的遞增，烤后煙葉重金屬含量基本呈波浪式下降趨勢，施用煤渣烤后煙葉鎘、砷含量較未施煤渣的略有增加，鉛、汞含量有增有減，無規律性，鉻含量大幅度下降，下降幅度達86.5%～100%。綜合來說施用煤渣會使烤后煙葉的5種重金屬總體含量減輕，且5種重金屬含量均在煙葉產品安全控制指標之內。

3 結論

3.1 煤渣能促進煙株早生快發，縮短煙株還苗期

煤渣在煙苗移栽前施入土壤中能促進煙株早生快發，縮短煙苗還苗期，提前團棵期。

3.2 煤渣能促進煙株健壯生長，改善了煙株的農藝性狀

煤渣施入土壤，能與土壤的亞微粒一起結合成小顆粒，融合小顆粒之間的空隙，能使煙根更好地接觸水肥，煤渣這種既營養又改善土壤結構的作用，能有效地促進煙株健壯生長，有利于增加留葉數，增大葉長和葉寬，擴大葉面積。

3.3 適量施用煤渣能提升烤煙的產質量

試驗結果表明，T4處理為較為理想的施用煤渣方法，每公頃用750 kg煤渣堆漚穴施、15000 kg干煤渣撒施時，產量較對照增加126 kg/hm2，提高了5.22個百分點，產值較對照增加4042.05元/hm2，提高了9.11個百分點，均價較對照增加0.68元/kg，提高了3.71個百分點，上等煙率、上中等煙率分別較對照提高了16.75個百分點、0.71個百分點，而且烤后煙葉內部化學成分協調。

3.4 施用煤渣后土壤與煙葉重金屬含量總體降低，不會影響其安全性

對土壤重金屬含量檢測結果表明：施用煤渣栽煙后與栽煙前土壤中重金含量相比，汞含量是增加的，但增加量極其有限；鉻含量的影響呈現無規律性；鉛、鎘、砷含量呈減少走勢。施用煤渣與未施煤渣土壤相比：鉛、汞含量呈增加趨勢，但增加幅度較小；鎘、砷、鉻含量呈減少趨勢，特別是砷呈大幅度下降，降幅達98%以上。總體來說，土壤的重金屬含量隨著煤渣施用量的遞增不斷下降。

對烤后煙葉重金屬含量檢測結果表明：施用煤渣的烤后煙葉鎘、砷含量較未施煤渣略有增加，鉛、汞含量有增有減，無規律性；鉻含量呈明顯大幅度下降，下降幅度達到86.5%以上。重金屬總體隨著煤渣施用量的遞增呈下降趨勢。

4 討論

4.1 煤渣在烤煙生產上的應用價值

目前，廣大煙區烤煙生產長期大量使用化肥，火土灰、豬牛糞等這類農家肥已嚴重缺失，導致種植土壤逐漸板結，土壤團粒結構破壞，土壤酸堿度失衡，土壤的凈化能力降低。本研究表明，煤渣能替代火土灰的作用，而且煤渣還含有多種中微量營養元素、有機質等優點，能彌補烤煙生長對中微量營養元素的需要，可以解決煙株生長常因微量營養元素不足出現的缺素現象，使烤后煙葉內部化學成分協調。據中國行業研究網公布，2013年全國煤炭產量37億t左右，全年消耗煤量達36.1億t，按1 t煤燃燒后平均產生約0.35 t煤渣折算，煤渣量達12.64億t左右；而中國每年種植烤煙面積穩定125萬hm2左右，以此推算，可消化煤渣0.2億t左右，增加煙葉產量15.75萬t，增加煙葉產值50.53億元。

重金屬是衡量煙葉有害物質的重要指標之一[15-17]。郝秀珍等[18]研究認為，施用煤渣灰可增加土壤pH，對降低土壤鎘活性和抑制烤煙對鎘的吸收有一定的作用。從本研究5種重金屬的檢測結果來看，煤渣所含的重金屬不僅符合煙草行業對無機肥料重金屬限量的企業標準，而且施后總體有利于降低土壤和烤煙的重金屬含量。因此，煤渣在煙葉生產的應用，不失為一種降低重金屬攝入量的有效農藝措施，具有較高的經濟價值和社會價值。

4.2 煤渣在農業生產上具有廣闊的應用前景

隨著人們對健康關注度的提高，越來越重視農產品的安全性，重金屬污染已成為備受全球性關注的環境污染問題之一。中國重金屬污染也十分嚴重，有資料表明，中國耕地面積1.22億hm2，，而受重金屬污染的農業土地面積約0.25萬hm2，每年被重金屬污染的糧食多達1200萬t，因重金屬污染而導致糧食減產高達1000萬t，合計經濟損失至少200億元[19-20]。隨著煤渣在烤煙生產上的應用，煤渣在農業生產上的應用也具有廣闊的前景。

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