不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙生長及病害發(fā)生的影響

賈 孟，王 鐸，李 杰，楊青松，張 云，周 恒， 喻 曦，饒清林，張濟益，陳 燕，白羽祥，王 戈*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學 煙草學院，云南 昆明 650201；2.云南省煙草公司 昆明市公司，云南 昆明 650051；3.云南民族大學 民族藥資源化學國家民委-教育部重點實驗室，云南 昆明 650500)

近年來，隨著煙糧矛盾的日益凸顯、烤煙連作年限的逐步延長、大量化肥的不合理施用，致使烤煙生長受限，病蟲害頻發(fā)，植煙土壤趨于惡化[1-3]。另一方面，據(jù)已有數(shù)據(jù)顯示，我國每年約產(chǎn)生2.16×106t煙稈廢棄物[4]，大量煙稈的不合理利用嚴重制約著煙草行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，煙葉廢棄物的科學利用和植煙土壤的保育問題亟待解決。

生物質(zhì)炭(biochar)是由動植物殘體或農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在無氧或厭氧的條件下，經(jīng)過高溫熱裂解形成的一種多孔的、穩(wěn)定的黑色物質(zhì)[5-6]。目前，生物質(zhì)炭因其巨大的比表面積和強吸附性而備受關注，并作為優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑被廣泛應用于土壤和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域[7-8]。生物質(zhì)炭因其本身的特性，可調(diào)節(jié)土壤環(huán)境、抑制土傳病害的發(fā)生，進而發(fā)揮其調(diào)控烤煙產(chǎn)質(zhì)量的功能[9-10]。研究表明，施用生物質(zhì)炭可增強植煙土壤微生物活性，并提高其功能多樣性[11]，以此達到修復土壤，降低土壤中青枯病病原菌數(shù)量的作用[12-13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭可顯著提高土壤pH值，并有效抑制了黑脛病菌菌絲的生長，盆栽防治效果達4.35%～46.55%[14]。有研究表明，施用煙稈生物質(zhì)炭可有效增加烤煙葉長、葉寬和莖圍，而對于有效葉片數(shù)和株高均無顯著的促進作用[15]。王歡歡等[16]研究發(fā)現(xiàn)，2400 kg/hm2的生物質(zhì)炭施用量較對照可提高葉面積73.29%、葉綠素相對值(SPAD)57.68%、凈光合速率77.32%、葉面積系數(shù)23.48%。

目前，生物質(zhì)炭在多種作物上已經(jīng)得到了廣泛的應用[17-19]，不同種類[20]和質(zhì)量[21]的生物質(zhì)炭通常成為影響作物生長的主要制約因素，其中又以不同生物質(zhì)炭施用量影響最大。因此，本研究基于煙稈廢物利用及其生物質(zhì)炭應用的巨大潛力，采用課題組前期優(yōu)化的煙稈生物質(zhì)制備條件，有針對性地開展了不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙生長及病害發(fā)生的影響研究，篩選出了高海拔煙區(qū)的最佳煙稈生物質(zhì)炭施用量，為今后進一步開展煙稈生物質(zhì)炭的相關研究和科學利用提供了必要的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2019年4月25日～2019年9月1日在云南省宜良縣九鄉(xiāng)彝族回族鄉(xiāng)(N 25°5′21″，E 103°22′9″，海拔2020 m)進行。該地屬南溫帶溫涼層高原型季風氣候。供試土壤為紅壤，土地平坦，排水良好。土壤基礎理化性質(zhì)：pH值6.64、有機質(zhì)18.00 g/kg、水解性氮69.43 mg/kg、有效磷10.92 mg/kg、速效鉀142.10 mg/kg。

1.2 試驗材料

烤煙品種為K326，于2019年4月25日移栽。生物質(zhì)炭由昆明市祿勸生物質(zhì)炭廠采用鮮煙稈經(jīng)600 ℃炭化6 h制得。烤煙于起壟前條施煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O=12∶14∶24)595 kg/hm2為基肥，并于移栽后25 d內(nèi)分3次兌水澆施煙草專用追肥(N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30)360 kg/hm2。

1.3 試驗設計

以生物質(zhì)炭施用量為因素，設置4個處理，分別為：A1(0 g/株)、A2(80 g/株)、A3(160 g/株)、A4(240 g/株)。每個處理3次重復，共計12個小區(qū)，小區(qū)隨機區(qū)組排列。每小區(qū)不少于50株，行株距120 cm×50 cm，試驗田四周設保護行。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 生育期觀察記載 按烤煙生育期調(diào)查標準準確記錄移栽期、團棵期、現(xiàn)蕾期、中心花開放期、腳葉成熟期、頂葉成熟期的時間。

1.4.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查 分別于移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法進行農(nóng)藝性狀調(diào)查。每個小區(qū)隨機定株調(diào)查5株，調(diào)查內(nèi)容包括株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬。

1.4.3 SPAD值測定 分別于移栽后30、60、90 d，用SPAD-502型葉綠素測定儀測定各處理中部葉的葉綠素含量。

1.4.4 病害調(diào)查 分別于移栽后30、60、90 d，按中華人民共和國行業(yè)標準GB/T 23222—2008 煙草病蟲害分級及調(diào)查方法進行病害調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括普通花葉病、黑脛病、青枯病的田間自然發(fā)病情況，其中：

發(fā)病率=(發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100%；

病情指數(shù)=[∑(各級病株×該病級值)/(調(diào)查總株數(shù)×最高級值)]×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖，用SPSS 23.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙生育期的影響

由表1可看出，各處理移栽期均相同，且隨著生物質(zhì)炭施用量的逐漸增加，各生育期均呈不同程度的延長趨勢，其中以A3、A4處理較為明顯。

表1 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙生育期的影響

2.2 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1 對烤煙株高的影響 由圖1可看出，在移栽后30 d，處理株高隨著生物質(zhì)炭施用量的增加而呈先升高后降低的趨勢，其中以A3處理顯著高于其他處理，A2處理顯著高于A1、A4處理，A4處理因過量的生物質(zhì)炭施入與A1處理沒有差異；在移栽后60 d，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，處理株高依然表現(xiàn)為先升后降，但此時以A2處理的表現(xiàn)最優(yōu)，A3處理次之，A1、A4處理間仍無顯著差異；在移栽后60 d，各處理間差異均不顯著，說明適量的生物質(zhì)炭施入(80 g/株、160 g/株)可有效地促進煙株前中期的生長，而在后期效果不顯著，且過量的生物質(zhì)炭施用則不利于煙株生長。

2.2.2 對烤煙莖圍的影響 由圖2可看出，在烤煙移栽后30 d，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，處理莖圍呈先增后降的趨勢，表現(xiàn)為A3處理最高，A2、A1處理次之，A4處理顯著低于其他處理；在移栽后60 d，A2處理莖圍顯著高于其他處理，A1、A3、A4處理間無顯著差異；而到移栽后90 d，各處理間莖圍均趨于一致，說明適量的生物質(zhì)炭(160 g/株)有助于前期莖稈細胞分裂增殖，而過量的生物質(zhì)炭則不利于莖稈生長，在煙株生長中后期A1～A4處理莖圍逐漸趨于一致。

2.2.3 對烤煙最大葉長的影響 由圖3可看出，各時期烤煙最大葉長均隨生物質(zhì)炭施用量的增加而呈先升高后降低的趨勢，具體表現(xiàn)為：在烤煙移栽后30 d和90 d，A3處理的最大葉長顯著高于其他處理，且A1、A2、A4處理間差異不顯著；而在移栽后60 d，生物質(zhì)炭對各處理的葉片伸長均無顯著的促進作用。說明160 g/株的生物質(zhì)炭施用對烤煙葉片生長整體增益效果較為顯著，而過量施用生物質(zhì)炭則持續(xù)抑制葉片生長。

2.2.4 對烤煙最大葉寬的影響 由圖4可知，各時期烤煙最大葉寬均隨生物質(zhì)炭施用量的增加而呈先升高后降低的趨勢，具體表現(xiàn)為：在烤煙移栽后30 d，A3處理的最大葉寬顯著高于其他處理，A2、A4處理次之，A1處理表現(xiàn)最差；而到移栽后60 d和90 d，仍以A3處理的增益效果最好，A1、A2、A4處理間差異均不顯著。以上結果說明適量的生物質(zhì)炭施用(160 g/株)對烤煙葉片生長的促進作用較明顯。

2.2.5 對烤煙有效葉片數(shù)的影響 由圖5可知，在烤煙移栽后30 d，有效葉片數(shù)隨生物質(zhì)炭施用的增加而呈先升高后降低的趨勢，且以A3處理最高，A2處理次之，A1、A4處理間無顯著差異；而到移栽后60 d和90 d，A2處理均有最多的有效葉片數(shù)，其他處理間則無顯著差異。以上結果說明適量的生物質(zhì)炭(160 g/株)能明顯促進烤煙前期開片，而施用80 g/株的生物質(zhì)炭則有利于烤煙中后期有效葉片數(shù)的累積。

2.3 對烤煙SPAD值的影響

由圖6可知，在烤煙移栽后30 d，A3、A2處理SPAD值顯著高于A1、A4處理；在移栽后60 d，A3處理優(yōu)勢逐漸凸顯，并顯著高于其他處理，A2、A4處理次之，A1處理表現(xiàn)最差；而到移栽后90 d，各處理間的SPAD值均趨于一致。以上結果說明160 g/株的生物質(zhì)炭施用對烤煙生長前期葉綠素含量起積極作用，而在烤煙生長后期的作用不顯著。

2.4 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙病害發(fā)生的影響

2.4.1 對烤煙普通花葉病發(fā)病率和病情指數(shù)的影響 由圖7和表2可看出，在移栽后30 d和60 d，各處理間普通花葉病發(fā)病率及病情指數(shù)均無顯著差異，而到移栽后90 d，A3處理的發(fā)病率和病情指數(shù)顯著低于其他處理。以上結果說明，煙稈生物質(zhì)炭的施用并不會降低前中期烤煙普通花葉病發(fā)病率，而160 g/株的生物質(zhì)炭施用可顯著地提高烤煙生長后期的普通花葉病抗性。

表2 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙普通花葉病病情指數(shù)的影響

2.4.2 對烤煙黑脛病發(fā)病率和病情指數(shù)的影響 由圖8和表3可看出，在移栽后30 d，施用生物質(zhì)炭的3個處理黑脛病發(fā)病率及病情指數(shù)均顯著低于A1處理；在移栽后60 d，以A2處理表現(xiàn)最優(yōu)，其發(fā)病率及病情指數(shù)顯著低于A1、A3、A4處理；而在移栽后90 d，A3處理則顯著提高了烤煙黑脛病的抗性，A1、A3處理次之，A1處理發(fā)病率及病情指數(shù)最高。以上結果說明，煙稈生物質(zhì)炭的施用可對黑脛病有不同程度的防效，80 g/株的生物質(zhì)炭在烤煙生長中期效果較好，而160 g/株的生物質(zhì)炭可顯著降低烤煙生長后期黑脛病的發(fā)生。

表3 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙黑脛病病情指數(shù)的影響

2.4.3 對烤煙青枯病發(fā)病率和病情指數(shù)的影響 由圖9和表4可看出，在移栽后30 d，各處理間青枯病發(fā)病率均無顯著差異，而A3處理的病情指數(shù)顯著低于其他處理；在移栽后60 d和90 d，A3處理的發(fā)病率及病情指數(shù)均顯著低于其他處理，A2、A4處理次之，A1處理最高。以上結果表明，生物質(zhì)炭施用在烤煙生長前期對青枯病的防效尚不明顯，而到烤煙生長中后期，160 g/株的煙稈生物質(zhì)炭施用可顯著提高烤煙青枯病抗性。

表4 不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對烤煙青枯病病情指數(shù)的影響

3 討論與結論

適量的生物質(zhì)炭施用對烤煙生長起到關鍵性作用[22]。隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，土壤容重逐漸降低，土壤透氣性和結構得到顯著改善，總根尖數(shù)、根系活力、根系總表面積也得到不同程度的增加，進而為烤煙的優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)奠定了基礎[23]。有研究表明，3000 kg/hm2的生物質(zhì)炭施用抑制了煙株伸長，而施用量為3750 kg/hm2與4500 kg/hm2處理的各農(nóng)藝性狀指標均優(yōu)于對照，但在烤煙生長后期生物質(zhì)炭的增益效果并不顯著[24]。牛玉德等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)施肥的基礎上增施2250 kg/hm2的花生殼炭對烤煙各項農(nóng)藝性狀指標有最佳的促進作用。這與本試驗研究結果略有不同，即隨著煙稈生物質(zhì)炭施用量的增加，烤煙各生育期均有不同程度的延長；在烤煙生長前中期，分別以160 g/株和80 g/株的生物質(zhì)炭最有利于煙株伸長和莖稈增粗，而到后期生物質(zhì)炭對煙株株高及莖圍方面無顯著促進作用；在最大葉長及最大葉寬方面，均以160 g/株的生物質(zhì)炭增益效果最強；而對于有效葉片數(shù)，80 g/株的生物質(zhì)炭可有效促進烤煙開片。原因可能為在煙株生長前期，生物質(zhì)炭明顯改善了土壤環(huán)境，間接地促進了煙株的伸長和增粗，而到后期因煙株養(yǎng)分積累完全，致其促進作用逐漸減弱；而對最大葉長、最大葉寬和有效葉片數(shù)的作用貫穿始末，原因或為生物質(zhì)炭持續(xù)地促進葉片養(yǎng)分的吸收。但過量的生物質(zhì)炭可能因為破壞了土壤環(huán)境的平衡，導致土壤理化性質(zhì)大幅度趨向性變化，致使烤煙生長受限。

生物質(zhì)炭可在不同程度上抑制煙草病害的發(fā)生。有研究表明，15000 kg/hm2的稻殼生物炭可顯著降低煙草青枯病發(fā)病率，但同時也降低了煙葉產(chǎn)量[26]。沈建平等[27]研究發(fā)現(xiàn)，1500 kg/hm2的污泥生物炭降低了27.6%的青枯病發(fā)病率。20%比例的煙稈生物質(zhì)炭施用則可達到46.55%的煙草黑脛病防控效果[14]。而王歡歡[28]研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭并不能顯著降低煙草普通花葉病的發(fā)病率，這與本試驗研究結果相似。即生物質(zhì)炭在烤煙生長前期和中期對普通花葉病發(fā)病率及病情指數(shù)并無明顯作用，而在煙株生長后期，僅160 g/株的生物質(zhì)炭可提高烤煙普通花葉病抗性。但生物質(zhì)炭施用可顯著降低煙草黑脛病和青枯病的發(fā)病率及病情指數(shù)，且整體均以160 g/株處理表現(xiàn)最優(yōu)。究其原因可能是生物質(zhì)炭具備特殊的物理性質(zhì)，有利于降低土壤容重，并改變土壤三相比[29]，且可顯著提高土壤pH值、改善酸化土壤[30]、調(diào)節(jié)土壤微生物區(qū)系，進而降低土壤中病原菌含量，抑制了土傳病害的發(fā)生[12]，而對于地上部葉片類病害的抗逆效果作用甚微。

綜上所述，施用煙稈生物質(zhì)炭可促進高海拔煙區(qū)烤煙煙株生長和土傳病害的防控，其中整體以160 g/株處理表現(xiàn)最優(yōu)，而生物質(zhì)炭施用對于煙草普通花葉病來講并無顯著作用。