生物炭對烤煙生長發育及產量與品質影響研究進展

何永秋 寧海峰 范才銀

摘要 綜述了生物炭對烤煙農藝性狀、干物質積累、營養元素吸收、生理特性、病蟲害發生情況以及烤后煙葉經濟性狀、感官評析、外觀品質、物理特性、化學成分的影響，在此基礎上對未來研究方向進行了展望，旨在為生物炭烤煙生產中的推廣應用提供參考。

關鍵詞 生物炭;烤煙;生長發育;產量;品質;影響

Abstract The effects of biochar on agronomic traits，dry matter accumulation，nutrient absorption，physiological characteristics，occurrence of pests and diseases，and economic traits，sensory evaluation，appearance quality，physical characteristics and chemical composition of fluecured tobacco were reviewed.On this basis，the future research directions were discussed.The purpose of this paper is to provide reference for the popularization and application of biochar in tobacco production.

Key words Biochar;Fluecured tobacco;Growth and development;Yield;Quality;Effect

生物炭是將木材、作物秸稈或動物骨骼等生物質原材料在完全或部分缺氧情況下，通過控制溫度高溫裂解碳化產生的固態產物[1-2]。其C素含量高達60%，可以將碳元素固定很長時間，固定的碳元素非常穩定。其巨大的孔隙度結構、較大的比表面積、豐富的表面負電荷以及較高的電荷密度可以顯著降低土壤酸度、固定土壤重金屬，有效改善土壤理化特性，降低土壤容重、提升土壤肥力[3-5]。已經在水稻、小麥、玉米等作物上證明使用生物炭可促進作物生長發育，起到提質增產的作用[6-9]。

近年來，煙草行業也逐步開展了生物炭的研究，貴州省畢節市煙草公司建設了煙草行業第一個生物炭企業和生物炭基肥工程研究中心，研究表明生物炭可直接使用或通過與其他有機肥、無機肥配合使用作為煙草專用肥料或植煙土壤的改良劑、重金屬和農藥污染植煙土壤的修復劑等。筆者結合國內外生物炭的最新研究進展，歸納總結生物炭對烤煙生長發育及烤后煙葉產質量的影響，并在此基礎上對生物炭今后研究利用的方向進行展望，為生物炭在煙草生產上的推廣應用提供參考。

1 生物炭對烤煙生長發育的影響

1.1 烤煙農藝性狀

研究表明，在一定范圍內，施用生物炭處理的煙株農藝性狀要高于不施用生物炭處理的煙株[10-12]。張繼旭等[13]研究認為土壤中添加適量生物炭（0.2%～1.0%）有助于烤煙的生長發育，表現為株高、葉面積的增加，而較高的添加量（5.0%）則有抑制作用。對稻殼生物炭研究表明，施入稻殼生物炭能增加烤煙有效葉片數，其中以9 000、12 000 kg/hm2的處理烤煙葉片數較多，分別達18.0、17.9片/株，顯著多于未施用生物炭的對照[14]。根區穴施生物炭后煙株株高、葉片面積等農藝指標表現較好，能夠增加煙株的生物量，但隨著生物炭施用量的增加，煙株生長發育受到了一定程度的抑制，其中在0.2 kg/株的生物炭用量下，烤煙整個生育期生長發育表現最好[15]。邵慧蕓等[16]研究表明，生物炭對烤煙不同生育期農藝性狀的影響不同，施用生物炭比不施用生物炭還苗期煙草的葉片數無顯著變化，但煙草的株高、最大葉面積均增加;生物炭處理提高了團棵期煙草的葉片數、株高、最大葉面積。生物炭處理可促進采烤期煙株生長，表現為移栽后120 d，株高增加了11.81 cm，莖圍增加了0.74 cm，可采烤葉片數平均增加了1.21片[17]。生物炭對烤煙不同部位葉片影響不一致，增施生物炭能夠有效擴展煙株中上部煙葉面積，其中對中部煙葉擴展效果顯著[18]。也有研究表明，施用生物質炭能增加烤煙株高、葉片數和葉寬，但是處理間沒有達到顯著差異水平[19]。

1.2 烤煙干物質積累

研究表明，施用適量的生物炭雖然抑制烤煙前期生長，但顯著促進烤煙旺長期后的生長，最終提高烤煙干物質量，尤其是提高根的干物質量[18，20-24]。不同生物炭施用量對烤煙干物質積累影響不一樣，土壤中添加適量生物炭（0.2%～1.0%）其根系生物量與根冠比隨生物炭添加量的增加而增加，其中以添加量5.0%時烤煙根系生物量及根冠比最高[13]。生物炭與低量有機肥（70% 氮磷鉀復合肥+ 30%芝麻餅肥） 配施，一定程度地增加了煙草生育期干物質積累量[25]。

1.3 烤煙N、P、K元素吸收

根區穴施生物炭能夠較好地促進煙株對鉀元素的吸收，不同生物炭用量處理的煙株根、莖和葉3個部位的鉀含量均有上升趨勢，但在較高的生物炭施用量下（0.3 kg/株），煙株葉片氮的含量呈現出了一定的下降趨勢。根區穴施生物炭也能夠促進煙株根、莖和葉對磷的吸收，其中0.2 kg/株的施用量表現最好[15]。生物炭對不同時期烤煙營養元素吸收的作用不一樣，能夠增加烤煙生長后期根、莖、葉各器官的氮和鉀含量，但在烤煙生長前期施用生物炭煙株根中的氮和鉀含量呈現出一定的下降趨勢。施用生物炭增加了烤煙生長后期煙株根系中磷的含量，但煙株葉和莖中的磷含量呈現明顯的下降趨勢。施用生物炭促進了平頂期烤煙氮素和鉀素的累積。不同生物炭施用量的試驗表明，在高生物炭用量下（3 000 kg/hm2），煙株體內氮和鉀的累積量最大，但在根系中的氮累積量最小[26]。也有研究表明，與施純氮相比，生物炭與氮肥處理提高了煙葉氮、鉀含量，而對煙葉磷含量無明顯影響[27]。

1.4 烤煙生理特性

研究表明，施用生物炭后，還苗期和團棵期煙葉的葉綠素含量總體均降低[16]，但有利于成熟期煙葉色素的積累[28]。龔絲雨等[18]研究認為增施生物炭能提高生育期間煙葉內部質體色素含量，降低烤后煙葉葉綠素含量和提高類胡蘿卜素含量。與常規施肥相比，添加生物炭顯著增加了煙葉葉綠素a + b 和類胡蘿卜素的含量，顯著提高了煙株根系活力; 在生物炭添加條件下，減少常規施氮量的10%～20%并沒有顯著影響煙株生長及煙葉葉綠素a + b含量、類胡蘿卜素含量、凈光合速率、煙株根系活力[29]。不同生物炭用量對葉綠素含量影響不一致，在煙株生長中后期，葉綠素含量差異顯著，施用生物炭量最多的處理（1 500 kg/hm2）葉綠素含量最高[30]。

韓毅等[25]研究表明，生物炭與低量有機肥配施，成熟期顯著提高了煙葉SOD、CAT活性。薛超群等[31]通過田間試驗研究了生物炭用量（0、300、600和900 kg/hm2）對烤煙煙葉凈光合速率的影響，結果表明，隨著生物炭用量的增加，煙葉凈光合速率明顯升高。也有研究認為，施用生物炭對煙葉光合作用無明顯影響，但在Gi、Gm 和生物炭共同作用下煙葉的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率及水分利用率顯著提高，煙葉胞間二氧化碳濃度顯著下降，促進了煙葉的光合作用[32]。張嘉煒等[33]研究了生物炭對烤煙碳氮代謝的影響，超微結構分析表明，中部葉成熟早期，不施生物炭處理的煙葉淀粉粒積累較多，隨著葉片成熟降解更快;基因表達分析顯示，打頂后，糖、淀粉代謝相關基因表達逐漸增強，氮代謝相關基因的表達減弱;中部葉成熟后期，添加生物炭越多，相關基因表達越強。

1.5 烤煙病蟲害發生

連續施用生物炭能降低烤煙黑脛病的發病率（降低2.78%～8.33%） 及病害指數（降低1.39%～4.40%），但其對病害的抑制作用隨著連作時間的延長逐年降低[23]。施用生物炭的處理黑脛病病情指數要明顯低于不施用生物炭的處理[12]。

2 生物炭對烤煙產量與品質的影響

2.1 烤煙經濟性狀

研究表明，在一定范圍內，烤煙的產量和產值均隨著生物炭施用量增加而增加[10，12，17-18，34-36];有研究認為，生物炭用量600 kg/hm2的煙葉純收益最高[19，31];也有研究認為，常規施肥配施生物炭9 000 kg/hm2 的處理效果最好[37]。不同原料制作的生物炭試驗表明，與不施用生物炭對比，施用生物炭的處理煙葉產量明顯增加，其中煙葉生物炭處理產量最高達2 517.61 kg/hm2，顯著高于對照;煙葉生物炭、煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理分別比對照增產9.62%、7.92% 和6.94%;上等煙比例分別比對照處理增加了6.76、4.05 和1.69 百分點;產值分別比對照增加0.74萬、0.63萬和0.53萬元/hm2[11]。不同土壤類型上施用生物炭試驗表明，施用生物炭后水稻土和紫色土烤煙分別最高增產52.94%和122.75%[38]。連續施用生物炭烤后煙葉的上等煙增加2.60%～8.91%、中上等煙比例增加0.51%～3.67% 及經濟性狀各指標產值增加2 485.64～6 216.13元/hm2，但隨著連作時間的延長上述指標均逐漸下降[23]。

2.2 烤煙感官評析

煙葉感官質量隨生物炭施用量增加呈現先增加后降低的趨勢[10]。適量添加生物炭可以改善烤后煙葉單料煙評吸質量[39]，生物炭9 000 kg/hm2 條件下，減純氮10%則降低單料煙感官質量[37]。

2.3 烤煙外觀品質 研究表明，生物炭對煙葉外觀產生一定影響，能提升顏色、成熟度和結構等指標，在一定范圍內，煙葉油分隨著生物炭用量增加呈下降趨勢[10]。在常規施肥條件下，研究添加不同生物炭用量對烤后煙葉外觀品質的影響，結果表明，常規施肥處理并施加生物炭600 kg/hm2 可在一定程度上提高煙葉的外觀質量[40]。

2.4 烤煙物理特性 研究表明，與不施用生物炭相比，生物炭處理可以提高煙葉填充值和彈性，改變單葉重和葉質重[17]。

2.5 烤煙化學成分

2.5.1 常規化學成分。

研究表明，施用生物炭能提高煙葉內在化學成分的協調性，降低了煙葉煙堿含量、提高了煙葉鉀含量，降低氯含量，改善煙葉品質，但過量施用生物炭抑制烤煙生長，降低煙葉品質[20，24，37，39，41]。王晶等[42]研究表明，300 kg/hm2處理的糖堿比和氮堿比相對較好，其化學成分相對協調。也有研究認為，施用生物炭在一定程度上降低了煙葉總糖及還原糖含量，提高總氮、煙堿含量[10，17]。生物炭在不同時期對烤煙化學成分的影響不一樣，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，使煙葉化學成分更加協調[43-44]。生物炭與有機肥配施可更好地改善烤后煙葉化學品質，研究表明，生物炭和菜籽餅配施對烤煙化學品質的改善效果顯著，能有效增加烤后煙葉的總氮、鉀、還原糖含量，提高糖堿比和氮堿比，降低淀粉和煙堿含量[35]。生物炭對不同部位煙葉化學成分影響不一樣，其中增施高碳基土壤修復肥可降低中部煙葉煙堿含量和氯含量，煙葉總氮、還原糖和鉀含量增加，糖堿比以增施1 050、2 100 kg/hm2 的高碳基土壤修復肥較適宜[45]。龔絲雨等[18]研究認為增施生物炭能顯著提高上、中部煙葉的總糖含量，降低煙堿含量，使化學成分更協調。張嘉煒等[33]認為生物炭能夠提高上部煙葉鉀氯比以及中部煙葉總糖、還原糖、鉀含量、糖堿比和鉀氯比。劉先良等[32]通過田間試驗研究了生物炭和AM真菌對烤后煙葉化學成分的影響，結果表明，Gi、Gm 和生物炭共同作用能改善烤煙中化學成分的協調性，提高煙葉品質。

2.5.2 中性香氣物質。生物炭處理顯著提高了煙葉中石油醚提取物的含量，提高了烤后煙葉中類胡蘿卜素降解產物、西柏烷類降解產物、新植二烯及致香物質總量[24]，但是不同的用量其影響不一樣，在一定范圍內隨著生物炭用量增加，香氣物質含量增加。王晶等[42]對撫州煙區不同施炭量下煙葉香氣物質進行了分析比較，結果表明，施炭量300 kg/hm2處理的煙葉其類胡蘿卜素降解產物、苯丙氨酸類降解產物、新植二烯的含量及中性致香物質總量均高于其他處理，該處理的香氣指數B值也高于其他處理。張園營等[30]研究表明，當施用750 kg/hm2 生物炭時，相比于常規施肥，石油醚提取物含量增加了12%，中性致香物質總量最高;施用1 125 kg/hm2 的處理次之。劉先良等[32]通過田間試驗研究了生物炭用量（0、300、600 和900 kg/hm2）對香味物質含量的影響，結果表明，隨著生物炭用量的增加，煙葉美拉德反應產物含量（質量分數）、芳香族氨基酸降解產物含量（質量分數）升高;煙葉類胡蘿卜素降解產物含量（質量分數）、總香味物質含量先升高再降低;生物炭用量600 kg/hm2的煙葉類胡蘿卜素降解產物含量、芳香族氨基酸降解產物含量、總香味物質含量美拉德反應產物含量較高。

3 小結與展望

生物炭由于其自身結構優勢，可直接使用或通過與其他有機或無機肥配合使用作為煙草專用肥料或植煙土壤的改良劑、重金屬和農藥污染植煙土壤的修復劑。在煙草的應用上已經表明，適量的生物炭可以促進烤煙的生長發育、干物質的積累，促進產量與品質的提升。未來如何將生物炭進一步應用到煙草行業，主要研究方向有以下2個方面：①找到最適合煙葉生產的生物炭原料。可以用來制作生物炭的原料有很多，如秸稈、煙桿等，不同原料制作的生物炭其特性不一致，如何才能找到最適合煙葉生產的生物炭原料需要進行廣泛的研究。比如全國煙草行業每年有100萬hm2以上的植煙面積，能否將這些煙田產生的煙草秸稈進行科學處置，高效地轉換為適合煙葉生產的生物炭原料是值得去研究的課題。②探索生物炭與煙草套餐肥料最佳配比。由于全國各產區氣候、土壤各異，結合當地生態條件探索生物炭與煙草套餐肥料施用的最佳配比，然后大范圍的推廣應用，形成規模化效應，也是未來需要努力的方向。

安徽農業科學 2020年

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