生物炭對土壤養分及煙葉各時期化學成分的動態影響

梁仲哲 齊紹武 淡俊豪 靳輝勇 朱益 和七紅

摘要[目的]探究生物炭施用量對土壤改良及煙葉發育的影響。[方法]以云煙87為試驗材料，生物炭施用量設4個水平：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對土壤養分及煙葉的作用效果。[結果]生物炭在前期增加煙葉還原糖、總糖、淀粉含量而后期則降低其含量。對于總氮及氯的影響較小，尼古丁則呈降低態勢。使煙葉化學成分更加協調，從而提高吸食品質。土壤生物炭能增加有機質含量，提高pH值，增加速效鉀含量，減少速效磷含量，堿解氮則呈現先增加后減少。綜合土壤養分與煙葉品質結果，施用生物炭4 500 kg/hm2處理組效果最佳。[結論]該研究可為生物炭的合理施用提供參考。

關鍵詞生物炭；土壤養分；煙葉成分；不同時期；動態影響

中圖分類號S572文獻標識碼A文章編號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

煙草由于長年連作，連續施用化肥，造成土壤板結，氮炭比增大，元素利用率低下，煙株發育不良，煙田病害多發，煙葉質量下降[1]。因此，提升煙葉產品質量是急需解決的難題。目前生物炭作為含碳量豐富的物質[2]，其能為土壤補充有機碳，增加氮素固持，同時還能改良土壤理化性質，提高作物對養分的吸收能力[3-6]。生物炭可提高作物養分吸收能力，對作物生長發育有重要意義[7]。國內外研究發現，在種植玉米、水稻和小麥的過程中添加一定量的生物炭能夠提升作物生長及其產量[8]。

目前，對生物炭在煙草上的應用研究，主要集中在生物炭對土壤理化性質及生長發育等方面的影響[9]，但在生物炭對煙葉化學品質及與土壤相關性方面尚缺乏研究。該研究采用盆栽試驗，研究生物炭施用量對煙葉化學品質及土壤相關性的影響，以期為生物炭的合理施用提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗在湖南農業大學試驗田內進行，土壤類型為壤土，土壤肥力中等，土壤各類理化性質達標，符合作物生長要求。

試驗所用生物炭為稈在450 ℃高溫厭氧條件下制備而成，其基本成分：pH 9.83，有機質700 g/kg，全氮7.5 g/kg，全磷1.3 g/kg，全鉀17.1 g/kg，有效磷417 mg/kg，有效鉀483 mg/kg。煙草品種為云煙87。

1.2試驗方法

試驗設4個處理組：T1處理組，施加生物炭濃度為2 250 kg/hm2；T2處理組，施加生物炭濃度為4 500 kg/hm2；T3處理組，施加生物炭濃度為6 750 kg/hm2；以常規組作對照（CK）。以小區為單位，單個處理小區面積為72 m2，3次重復，隨機排列。肥料品種為硝酸銨、重鈣、硫酸鉀，各處理除生物炭濃度不同外，其他用量均相同且適宜?？緹熡?016年4月23日移栽，移栽行距和株距為1.20 m×0.5 m，8月5日采收結束。其他各項田間生產管理措施與當地大田生產管理相同，均符合煙草生長要求。

1.3樣品測定

取4個處理組團棵期、旺長期、成熟期有代表性的煙葉樣品進行殺青處理。測定煙葉樣品淀粉、總氮、總糖、還原糖、氯、尼古丁含量，具體方法參照文獻[10-12]的方法。

1.4數據處理

采用SPSS 22.0進行數據分析，并在Excel上體現。

2結果與分析

2.1不同生物炭對煙葉團棵期化學成分的影響

團棵期生物炭施用量對煙葉化學成分的影響見圖1。從圖1可以看出，施用生物炭能夠顯著增加煙葉淀粉含量，且與CK相比，最高增幅可達到2.53倍，T1與T2之間無顯著差異，由此可知生物炭達到一定施用量時煙葉中淀粉含量才會出現顯著差異，如T3與CK存在顯著差異。而總氮含量各處理組無顯著差異，但與CK相比，施用生物炭能顯著降低煙葉中總氮的含量，且生物炭施用量越高降低效果越顯著，其中總氮含量最低值在T3，且為CK的89.83%。在還原糖這一指標上，施用生物炭能使煙葉中還原糖含量增加，但T1與CK之間無顯著差異，T2與T3之間同樣也無顯著差異。從T1到T3的還原糖含量變化情況可知，生物炭施用量與煙葉中還原糖的含量呈正相關，即生物炭施用量越高還原糖含量也越高。而氯和尼古丁隨著生物炭施用量的增加逐漸降低，由此可知，生物炭對煙葉中尼古丁和氯等成分起負相關作用，有助于提升煙葉品質，降低有害物質含量。T1中總糖雖然比CK含量高，但兩者之間無顯著差異，而T1、T2、T3之間差異不顯著，但T2、T3與CK之間存在顯著差異?？梢钥闯龈魈幚斫M能提高總糖含量，提升效果介于1.0%～1.5%。

2.2不同生物炭對煙葉旺長期化學成分的影響

與團棵期相比，此時期內淀粉含量呈下降狀態，且生物炭施用量越高淀粉含量下降越快，最低值約為最高值的61.53%。這一時期的總氮含量依次為T2>T3>CK>T1，其中T2與T3之間無顯著差異，T1與前兩者之間存在顯著差異且最大差異值為10.52%，由此可知，不同施用量在此時期內對煙葉中總氮含量影響開始凸顯。T3還原糖含量最高，且與最低組差距達到11.34%，T1與T2之間無顯著差異，而T1、T3與CK組之間有顯著差異，由此可知當生物炭施用量達到一定程度時煙葉中還原糖含量迅速提高。而從施用生物炭組的煙葉還原糖含量與CK相比可知，施用生物炭能提升煙葉中還原糖含量445%～5.92%。氯和尼古丁在煙葉中的含量相比團棵期提升不少，而且相比團棵期各處理組之間含量差異小，此時期內這2種物質含量變化幅度較大，T2氯含量最，為CK的118.10%，而T1與T3組和CK無顯著差異。尼古丁各處理組含量大小排序依次為T3>T1>CK>T2，最低值約為CK的87.36%，但各處理組之間無顯著差異。由此可知，施用生物炭能促進煙葉糖堿比向合理方向變化，優化煙葉成分構成。

2.3不同生物炭對煙葉成熟期化學成分的影響

從圖3可以看出，施加不同量的生物炭處理的煙葉淀粉、總糖存在差異。各淀粉含量大小排序依次為T1>CK>T2>T3，總糖則為CK>T1>T1>T3。T1、T3還原糖差異顯著，T2、CK與T1、T3還原糖差異不顯著。各處理還原糖大小排序為T1>CK>T2>T3。由此可知，施加生物炭對于淀粉含量是先促進后抑制最后再促進的作用，對于總糖則起降低作用，其最高降低效果達28.50%。而從各處理組之間差異顯著性可知，此時期內淀粉對于生物炭施加量較敏感，如T1、T2、T3兩兩之間差異顯著。

生物炭對此時期內煙葉總氮變化為先促進后抑制，在T2時煙葉總氮含量達到最高，其排序依次為T2>CK>T1>T3。不同處理氯和尼古丁差異不顯著，表明生物炭對此時期內煙葉中此類物質無多大影響。

2.4煙葉品質與土壤成分的相關關系

從表1可以看出，施加生物炭能使土壤中速效磷含量增加，在所有處理組中T1土壤速效磷最高，為常規處理組的2.87倍，而從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。從有機質含量變化情況可知，施加生物炭能夠顯著增加土壤中有機質含量，其中T3處理組與T1、T2處理組差異顯著，表明生物炭濃度越高土壤有機質含量增加效果越好，其中T3效果最好，T1效果最差。土壤速效鉀含量隨生物炭施用量增加而增加，但各處理組在0.05水平無顯著差異。土壤堿解氮隨生物炭用量的增加則呈現先升高后降低的趨勢，其中T2堿解氮含量最高，為CK的1.06倍。除T2外，T1與T3無顯著差異，但CK、T3、T1與T2有顯著差異。施加生物炭可讓酸性土壤pH提升，且提升效果與施加生物炭量有關。T3最高為6.56，比CK提高了067，且各處理組存在顯著差異，表明生物炭施用量對土壤pH影響較大。

3討論

從團棵期開始各處理組比常規處理淀粉含量高，而旺長期除T1處理組外，其他處理組淀粉含量比CK低，而成熟期這一差距進一步加大，說明生物炭在前期對煙葉淀粉含量是促進作用，而進入旺長期后轉為抑制且施用量越多抵制效果越

強，這與前人研究結果相一致[13-14]。生物炭對總氮影響為

先增加后有高有低，這可能與烤煙生長前期氮代謝旺盛有關[15]，而從最后總氮含量差異可知，過高的生物炭施用量反而會降低煙葉總氮含量，總氮對煙葉則表現與煙堿類似[16]。縱觀全部生長階段，生物炭對煙葉氯含量影響較小[17]。尼古丁除旺長期T1、T3比CK高之外，其他均比CK低，生物炭對于煙葉尼古丁為前期促進后期抵制且抵制能抵消促進部分，另外從成熟期煙葉尼古丁含量變化情況可知，生物炭對煙葉尼古丁為增加轉抑制[18]。煙葉總糖含量分為旺長期以前及以后，以前則是促進，且生物炭施用量越多促進效果越強，以后則是降低，施用量越多降低效果越強[19]。

據相關研究[20]，生物炭固有的結構特征能對土壤容重、含水量、孔隙度等產生影響。有機質含量隨生物炭施用量增加而增加，可能是生物炭吸附土壤有機分子通過表面催化活性促進小的有機分子聚合形成土壤有機質[21]。有效磷含量隨生物炭增加而降低原因可能如下：一方面，生物炭提高pH值，從而增加磷的吸附；另一方面，生物炭還通過磷的吸附和解吸來改變磷的循環和有效性[22]。土壤中速效鉀含量隨生物炭增加而增加，說明生物炭能增加土壤速效鉀含量，為大田各生育期煙草提供鉀素[23]。施用生物炭后土壤堿解氮顯著增加，可能原因如下：一是生物炭本身含有灰分能增加堿解氮含量。二是生物炭的空間結構有利于微生物腐解有機體形成堿解氮[24]。與此同時，生物炭過高堿解氮含量降低可能是：雖然生物炭吸附固定養分含量升高，但同樣也抑制了其釋放速度，從而導致堿解氮下降[24]。該試驗中土壤pH值增加與Chintala研究的生物炭對提高酸性土壤pH結果一致[25]。可能是生物炭本身含有Ca2+、K+等鹽基離子，進入土壤后交換Al3+、H+降低其濃度從而提高pH。

4結論

生物炭能在前期增加煙葉還原糖、總糖、淀粉含量而后期則降低其含量，對總氮及氯的影響較小，尼古丁呈降低態勢，使煙葉化學成分更加協調，提高煙葉的吸食品質。

施加生物炭后能顯著提高土壤pH且與濃度正相關，速效磷隨生物炭施用量增加而減少，有機質與速效鉀隨生物炭施用量增加而增加。堿解氮在一定范圍內隨生物炭施用量增加而增加，超過最佳濃度則體現抑制作用。綜合煙葉化學成分及土壤理化性質，在該試驗條件下施用生物炭4 500 kg/hm2效果最佳。

安徽農業科學2017年

參考文獻

[1] 王全貞.烤煙健株及改善煙田環境關鍵技術研究[D].北京：中國農業科學院，2012：23.

[2] 謝祖彬，劉琦，許燕萍.等.生物炭研究進展及其研究方向[J].土壤，2011，43（6）：857-861.

[3] STEINER C，GLASER B，GERALDES T W，et al.Nitrogen retention and plant uptake on a highly weathered central Amazonian Ferralsol amended with compost and charcoal[J].Journal of plant nutrition and soil science，2008，171（6）：893-899.

[4] OGUNTUNDE P G，ABIODUN B J，AJAYI A E，et al.Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J].Journal of plant nutrition and soil science，2008，171（4）：591-596.

[5] 劉玉學，劉微，吳偉祥，等.土壤生物質炭環境行為與環境效應[J].應用生態學報，2009，20（4）：977-982.

[6] 張文玲，李桂花，高衛東.生物質炭對土壤性狀和作物產量的影響[J].中國農學通報，2009，25（17）：153-157.

[7] MAJOR J，RONDON M，MOLINA D，et al.Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a colombian savanna oxisol[J].Plant and soil，2010，333（1/2）：117-128.

[8] 張娜.生物炭對麥玉復種體系作物生長及土壤理化性質的影響[D].楊凌：西北農林科技大學，2015.

[9] 王典，張祥，姜存倉，等.生物質炭改良土壤及對作物效應的研究進展[J].中國生態農業學報，2012，20（8）：963-967.

[10] 王瑞新.煙草化學[M].北京：中國農業出版社，2003.

[11] 史宏志，劉國順.煙草香味學[M].北京：中國農業出版社，2003.

[12] 肖協忠.煙草化學[M].北京：中國農業出版社，2003.

[13] 張嘉煒，楊永霞，馮小虎，等.添加生物炭對烤煙碳氮代謝的影響[J].江西農業學報，2016，28（3）：1-6.

[14] 楊勝男，張洪映，連文力，等.復合有機肥對烤煙淀粉生物合成的影響[J].中國煙草學報，2016，22（1）：64-70.

[15] 趙殿峰.不同生物炭施用量對烤煙土壤理化性狀及烤煙生長的影響[D].楊凌：西北農林科技大學，2014.

[16] 李章海，徐曉燕，季學軍，等.不同栽培條件對烤煙上部煙葉煙堿和總氮含量的影響[J].中國煙草科學，2005，26（1）：28-30.

[17] 趙殿峰，徐靜，羅璇，等.生物炭對土壤養分、烤煙生長以及煙葉化學成分的影響[J].西北農業學報，2014，23（3）：85-92.

[18] 李淑玲，陳俊標，譚銘喜，等.煙葉煙堿含量動態變化研究初報[J].廣東農業科學，2008（S1）：100.

[19] 劉新源，劉國順，劉宏恩，等.生物炭施用量對煙葉生長、產量和品質的影響[J].河南農業科學，2014，43（2）：58-62.

[20] 潘金華，莊舜堯，曹志洪，等.生物炭添加對皖南旱地土壤物理性質及水分特征的影響[J].土壤通報，2016，47（2）：320-326.

[21] 章明奎，BAYOU W D，唐紅娟.生物質炭對土壤有機質活性的影響[J].水土保持學報，2012，26（2）：127-131.

[22] 武玉.生物炭對土壤中磷的形態轉化以及有效性的影響[D].北京：中國科學院研究生院，2015.

[23] 劉卉，周清明，黎娟，等.生物炭對植煙土壤養分的影響[J].中國農業科技導報，2016，18（3）：150-155.

[24] 郭偉，陳紅霞，張慶忠，等.華北高產農田施用生物質炭對耕層土壤總氮和堿解氮含量的影響[J].生態環境學報，2011，20（3）：425-428.

[25] 武玉，徐剛，呂迎春，等.生物炭對土壤理化性質影響的研究進展[J].地球科學進展，2014，29（1）：68-79.

安徽農業科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（21）：123-125，128