煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 生長及病害發(fā)生的影響

李俊頡，呂嚴(yán)宇航，鄭 嬌，普 心

1.云南省煙草煙葉公司，云南 昆明 650218；2.紅塔集團(tuán)楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000

烤煙作為重要的經(jīng)濟(jì)作物，其品種單一與退化現(xiàn)象已逐步成為制約煙草產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要限制因素，積極引進(jìn)新品種并探索其適宜栽培技術(shù)是突破這一窘境的關(guān)鍵舉措[1-2]。云煙116 是由云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院以8610-711 為母本、單育2號為父本進(jìn)行雜交，經(jīng)系譜選育而成的烤煙品種[3]。該品種植物學(xué)性狀遺傳穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)于K326，清香風(fēng)格突出，綜合品質(zhì)較優(yōu)，已于2016 年通過全國煙草品種審定委員會審定并廣泛推廣[4]。

生物質(zhì)炭（Biochar）是指農(nóng)林廢棄物、禽畜糞便等生物質(zhì)材料經(jīng)過高溫裂解形成的產(chǎn)物[5-6]，其組成元素包括 C、H、O、K、Na、Ca、Mg、Si 等[7]。生物質(zhì)炭因其巨大的比表面積和豐富的含氧官能團(tuán)，在土壤改良及重金屬吸附方面效果顯著，目前已廣泛應(yīng)用于植煙土壤保育及烤煙提質(zhì)增效等領(lǐng)域[8-10]。孔明等[11]通過在K326 連作煙田施用煙稈生物質(zhì)炭發(fā)現(xiàn)，160 g/株的煙稈生物質(zhì)炭對于烤煙質(zhì)量的提升及光合特性的優(yōu)化效果最優(yōu)，而過量施用則對煙株生長有抑制趨勢。管恩娜等[12]通過探討不同比例的稻殼生物質(zhì)炭對K326 的影響發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭能促進(jìn)烤煙對鉀的吸收，降低打頂后烤煙磷、氮元素的吸收及干物質(zhì)的積累。該學(xué)者另一研究表明[13]，煙稈生物質(zhì)炭較稻殼炭而言更有利于抑制黑脛病菌菌絲生長，且對于小黃金1025 品種有顯著的黑脛病防效。王成已等[14]通過研究不同煙稈生物質(zhì)炭用量對云煙87 生長及品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，400g/株的生物質(zhì)炭最有利于改善烤煙品質(zhì)。劉月華等[15]通過比較不同生物質(zhì)炭對云煙87 青枯病和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響表明，施用稻殼生物質(zhì)炭對青枯病有限制抑制效果，但降低了煙葉產(chǎn)量，而施用煙稈生物質(zhì)炭則加重了青枯病的發(fā)生，對經(jīng)濟(jì)性狀無顯著影響。

本試驗(yàn)基于煙稈廢棄物回收利用的巨大潛力，通過開展不同煙稈生物質(zhì)炭施用量對云煙116 生長及病害發(fā)生的影響研究，探索煙稈生物質(zhì)炭在云煙116 中應(yīng)用的理論可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于 2021 年 4 月~2021 年 9 月在云南省楚雄自治州雙柏縣（24°43′11″N，101°51′18″E，海拔1 550m）進(jìn)行。試驗(yàn)地土地平坦，墑面向陽，排水良好，供試土壤為砂壤，前茬作物為玉米。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)如下：pH6.05、有機(jī)質(zhì) 32.41g·kg-1、水解性氮 188.39mg·kg-1、有效磷 21.47mg·kg-1、速效鉀201.55mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為云煙116，供試化肥為煙草專用復(fù)合肥（N:P2O2:K2O=12:6:24）、農(nóng)業(yè)用硫酸鉀（K2O≥50%），供試生物質(zhì)炭為經(jīng)600℃炭化6h 的煙稈生物質(zhì)炭。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)以煙稈生物質(zhì)炭施用量為因素，共設(shè)置4個處理，分別為 CK：0g/株；T1：100g/株；T2：200g/株；T3：300g/株。每處理設(shè) 3 次重復(fù)，共設(shè) 12 個小區(qū)，按隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)烤煙不少于100 株，行株距為120cm×50cm，小區(qū)間設(shè)保護(hù)行。待烤煙移栽后，將煙稈生物質(zhì)炭均勻環(huán)施于煙苗周圍，其他管理措施均按楚雄州優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)規(guī)范執(zhí)行。

1.4 檢測指標(biāo)

1.4.1 生育期調(diào)查。按烤煙生育期調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確記錄移栽期、團(tuán)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。移栽后 30d、60d、90d，在每小區(qū)隨機(jī)選取10 株長勢一致的烤煙，按照YC/T 142—2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法，調(diào)查株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬。

1.4.3 SPAD 值測定。移栽后 30d、60d、90d，在每小區(qū)隨機(jī)選取10 株長勢一致的烤煙，用SPAD-502型葉綠素測定儀測定各小區(qū)中部葉的葉綠素含量。

1.4.4 病害調(diào)查。移栽后 30d、60d、90d 分別按國標(biāo)（GB/T23222-2008）煙草病蟲害分級及調(diào)查方法進(jìn)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Microsoft Excel 2019 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，用SPSS 23.0 進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 生育期的影響

從各處理可看出，各處理均于4 月28 日移栽；T1、T2、T3 處理的團(tuán)棵期為 6 月 8 日均較 CK 稍晚 1天；CK、T1 現(xiàn)蕾期、中心花開放期、頂葉成熟期早于其他處理，而腳葉成熟期以T3 處理最晚。總的來說，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，烤煙各生育期呈現(xiàn)不同程度的延長趨勢，在成熟期以T3 處理最明顯。

2.2 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 株高的影響

由圖1 可看出，在烤煙生長前期生物質(zhì)炭對株高無顯著影響，而在烤煙生長中后期，處理株高隨煙稈生物質(zhì)炭施用量的增加呈先升高后降低的趨勢，具體為：在移栽后30d，各處理株高無顯著差異；在移栽后60d，T2 處理株高顯著高于其他處理，而其他處理間均無顯著差異；在移栽后90d，T2 處理株高顯著高于其他處理，CK、T1 處理株高無顯著差異，T3 處理株高顯著低于其他處理。以上結(jié)果說明，生物質(zhì)炭在烤煙生長中后期可促進(jìn)煙株伸長，其中以200g/株效果最優(yōu)，過量施用則有抑制趨勢。

圖1 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 株高的影響

2.2.2 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 莖圍的影響

由圖2 可看出，在烤煙生長前期處理莖圍隨煙稈生物質(zhì)炭施用量的增加表現(xiàn)為持續(xù)增加，而在中后期則呈先升高后降低的趨勢，具體為：在移栽后30d，T2、T3 處理莖圍顯著高于 CK、T1 處理，且 T2、T3 處理間、CK、T1 處理間無顯著差異；在移栽后60d，以 T2 處理莖圍最佳，T3 處理次之，CK、T1 處理莖圍最低；在移栽后90d，各處理莖圍表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK，且各處理間均具顯著差異。以上結(jié)果表明，增施生物炭200g/株對煙株莖圍有促進(jìn)作用。

圖2 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 莖圍的影響

2.2.3 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 最大葉長的影響

由圖3 可看出，隨著煙稈生物質(zhì)炭施用量的增加，各時期煙株最大葉長均呈先升后降的趨勢，具體為：在移栽后30d，T2 處理最大葉長顯著高于其他處理，T3 處理最低，CK、T1 處理最大葉長差異不顯著；在移栽后60d 和90d，T2 處理最大葉長均顯著高于其他處理，且其他處理差異不顯著。以上結(jié)果表明，200g/株生物炭對于烤煙葉片伸長效果顯著。

圖3 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 最大葉長的影響

2.2.4 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 最大葉寬的影響

由圖4 可看出，在烤煙生長前中期，烤煙最大葉寬均隨生物質(zhì)炭施用量的增加呈持續(xù)升高趨勢，而在生長后期則呈先升后降的趨勢，具體為：在移栽后30d 和60d，均為T2、T3 處理最大葉寬顯著高于 CK、T1 處理，且 T2、T3 處理間，CK、T1 處理間無限制差異；在移栽后90d，以T2 處理最大葉寬最長，CK、T1 處理次之，T3 處理顯著低于其他處理。以上結(jié)果表明，200g/株的煙稈生物炭對煙株生長后期促生作用明顯，而過量施用則有抑制趨勢。

圖4 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 最大葉寬的影響

2.2.5 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 有效葉片數(shù)的影響

由圖5 可看出，在烤煙生長前期生物質(zhì)炭對于烤煙葉片數(shù)無顯著效果，在生長中后期則隨生物質(zhì)炭施用量的增加呈持續(xù)升高趨勢，具體為：在移栽后30d，各處理有效葉片數(shù)無顯著差異，在移栽后60d 和90d，均以T3 處理有效葉片數(shù)最多，CK 最少，其中T1、T2 處理有效葉片數(shù)差異不顯著。以上結(jié)果表明，增施生物炭對生長后期煙株有效葉片數(shù)有促進(jìn)效果，且以300g/株效果最優(yōu)。

圖5 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 有效葉片數(shù)的影響

2.3 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 SPAD 值的影響

由圖6 可看出，在烤煙生長前期生物質(zhì)炭對SPAD 值無顯著影響，在烤煙生長中后期隨生物質(zhì)炭施用量的增加呈先升后降的趨勢，具體為：在移栽后30d，各處理間SPAD 值無顯著差異；在移栽后60d，T2 處理 SPAD 值顯著高于其他處理，CK、T1 處理間無顯著差異，T3 處理SPAD 值最低；在移栽后90d，以T2 處理SPAD 值顯著高于其他處理，且其他處理間無顯著差異。以上結(jié)果表明，200g/株生物炭對煙株葉片葉綠素合成有促進(jìn)效果。

圖6 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 SPAD 值的影響

2.4 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 病害發(fā)生的影響

2.4.1 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 根結(jié)線蟲病發(fā)病率及病情指數(shù)的影響

由圖7 和表1 可看出，在烤煙生長前期，生物質(zhì)炭對于根結(jié)線蟲病發(fā)生無顯著抑制作用，而在烤煙生長后期則隨生物質(zhì)炭施用量的增加呈先降低后升高的趨勢，具體為：在移栽后30d，各處理根結(jié)線蟲病發(fā)病率均無顯著差異，而T2 處理的病情指數(shù)顯著低于其他處理；在移栽后60d 和90d，T3 處理發(fā)病率顯著高于其他處理，CK、T2 處理次之，T1處理最低；病情指數(shù)方面，在移栽后60d 以T4 處理最高，CK、T1、T2 處理間無顯著差異，在移栽后90d以T3 處理最高，T1 處理最低。以上結(jié)果表明，100g/株的煙稈生物質(zhì)炭對于根結(jié)線蟲病有較好抗性，而過量施入則易導(dǎo)致根結(jié)線蟲病爆發(fā)。

表1 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 根結(jié)線蟲病病情指數(shù)的影響

圖7 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 根結(jié)線蟲病發(fā)病率的影響

2.4.2 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 黑脛病發(fā)病率及病情指數(shù)的影響

由圖8 和表2 可看出，除烤煙生長前期各處理黑脛病發(fā)病率無顯著差異外，各時期發(fā)病率及病情指數(shù)均隨生物質(zhì)炭施用量的增加呈先降低后升高的趨勢。具體為：在移栽后30d，各處理間發(fā)病率無顯著差異，但T2 病情指數(shù)最低，T3 病情指數(shù)顯著最高；在移栽后60d，CK 處理的黑脛病發(fā)病率和病情指數(shù)顯著高于其他處理，T2 處理的發(fā)病率和病情指數(shù)顯著低于其他處理；在移栽后90d，仍以T2 處理的發(fā)病率和病情指數(shù)顯著最低。以上結(jié)果表明，200g/株的煙稈生物質(zhì)炭在烤煙生長中后期對烤煙黑脛病抗性提升效果最佳。

圖8 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 黑脛病發(fā)病率的影響

表2 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 黑脛病病情指數(shù)的影響

2.4.3 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 青枯病發(fā)病率及病情指數(shù)的影響

由圖9 和表3 可看出，在烤煙生長前期，隨著煙稈生物質(zhì)炭施用量的增加，青枯病發(fā)病率及病情指數(shù)呈持續(xù)下降趨勢，而在中后期則呈先降后升的趨勢，具體為：在移栽后30d，以CK 處理發(fā)病率和病情指數(shù)顯著最高，T1 處理次之，T2、T3 處理最低且二者間無顯著差異；在移栽后60d 和90d，CK、T1處理發(fā)病率和病情指數(shù)顯著高于其他處理，且二者間差異不顯著，T3 處理次之，以T2 處理對青枯病的抗性最佳。以上結(jié)果表明，300g/株的煙稈生物質(zhì)炭對前期烤煙青枯病抗性最好，而200g/株的煙稈生物質(zhì)炭在中后期效果凸顯。

圖9 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 青枯病發(fā)病率的影響

表3 煙稈生物質(zhì)炭對云煙116 青枯病病情指數(shù)的影響

3 討論與結(jié)論

研究表明，生物質(zhì)炭通過優(yōu)化土壤理化性質(zhì)及改善土壤酶活性，進(jìn)而促進(jìn)烤煙生長發(fā)育[16]。肖和友等[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭可顯著提高煙葉內(nèi)在化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，且煙葉炭較煙稈炭效果更優(yōu)，但此效應(yīng)存在一定的滯后性。王歡歡[18]研究表明，2 400kg/hm2的生物質(zhì)炭施用對SPAD 值及凈光合速率效果最為顯著，若在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增施，則對各項(xiàng)生理指標(biāo)均產(chǎn)生一定的抑制作用。賈孟[19]研究發(fā)現(xiàn)，80g/株的煙稈生物質(zhì)炭施用對中低海拔煙區(qū)烤煙產(chǎn)質(zhì)量及根際土壤理化性質(zhì)的改良效果最好。本試驗(yàn)研究結(jié)果與前人研究略有差異，即在烤煙生長前期，各處理株高及有效葉片數(shù)均無顯著差異，原因可能為此時生物質(zhì)炭重塑了植煙土壤結(jié)構(gòu)，其養(yǎng)分供給發(fā)生改變。而在烤煙生長中后期，除有效葉片數(shù)以300g/株最多外，其他農(nóng)藝性狀指標(biāo)均以200g/株最高，原因可能為過量的煙稈生物質(zhì)炭施用破壞了根系代謝微環(huán)境，降低了微生物生物量和養(yǎng)分有效性[20]。在SPAD 值方面，生物質(zhì)炭的促進(jìn)作用在移栽60d 開始凸顯，整體以200g/株最高，過量的生物質(zhì)炭施用同樣有抑制趨勢。

煙稈生物質(zhì)炭在降低烤煙土傳病害方面具有巨大潛力，有研究發(fā)現(xiàn)[21]，160g/株的煙稈生物質(zhì)炭對于提高K326 黑脛病和青枯病抗性方面效果最好，而對普通花葉病發(fā)病率及病情指數(shù)則無顯著影響。王成已[22]通過對生物質(zhì)炭在煙草青枯病防控方面的應(yīng)用前景進(jìn)行分析表明，生物質(zhì)炭具有較強(qiáng)的吸附能力，是減輕或抑制煙草青枯病的長效途徑，其途徑主要有改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、改善微生物多樣性、提高土壤酶活性等。本研究也得出相似結(jié)論，即適量施用煙稈生物質(zhì)炭顯著抑制了云煙116 根結(jié)線蟲病、黑脛病、青枯病的發(fā)生。隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，在烤煙生長中后期根結(jié)線蟲病的發(fā)病率及病情指數(shù)呈先降后升的趨勢，以100g/株的生物質(zhì)炭處理抗性最強(qiáng)，而繼續(xù)增加施用量則導(dǎo)致根結(jié)線蟲病爆發(fā)，原因可能為生物質(zhì)炭促進(jìn)根系發(fā)育，增加了根結(jié)線蟲入侵位點(diǎn)，進(jìn)而誘導(dǎo)病害發(fā)生。對于黑脛病及青枯病來講，200g/株處理抗性最好，過量的生物質(zhì)炭施用反而可促使病害發(fā)生，原因可能為土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受到破壞，造成土壤環(huán)境失衡。

綜上，在本試驗(yàn)條件下，200g/株的煙稈生物質(zhì)炭可促進(jìn)云煙116 生長發(fā)育，且提高了黑脛病及青枯病抗性，而100g/株的煙稈生物質(zhì)炭對根結(jié)線蟲病發(fā)生有顯著抑制作用，過量施用則易導(dǎo)致根結(jié)線蟲病爆發(fā)。