不同生物炭用量對烤煙鉀素積累及產量的影響

蔡何青 ，李彩斌 ，戴 彬 ，蔣壽安 ，劉青麗 ，李志宏 ，張云貴 ，郭玉林 ，蔣雨洲 ，，

（1.貴州省煙草公司 畢節市公司，貴州 畢節 551700；2.中國農業科學院 農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；3.黑龍江八一農墾大學 農學院，黑龍江 大慶 163391）

鉀是烤煙生長的重要元素之一，生育期內鉀肥的供應量對烤煙的產量和質量具有顯著影響，而且煙葉含鉀量較低是制約煙葉質量的主要因素之一[1-2]。從煙葉鉀含量上來看，美國平均為4%～6%，巴西平均為3%～4%，而我國煙葉鉀含量一般在2%以下[3]，如何提高煙葉含鉀量已成為提高我國煙葉品質的研究熱點。干物質生產是煙葉產量形成的基礎,而干物質積累和煙株對鉀素的吸收、利用及其在體內的分配是決定煙葉含鉀量的關鍵。因此，如何促進烤煙對鉀的吸收和提高當前我國煙葉中的鉀含量成為了重要的研究課題。

生物炭具有高孔隙度和巨大的比表面積。在降雨較多的南方地區，有利于土壤養分的固定，減少施肥后土壤養分的淋溶損失，而且生物炭具有較高的比表面積和較強的活性，可以顯著提升土壤的速效鉀含量，提高作物鉀素的吸收。李影等[4]研究發現，大田試驗中施用生物炭促進了烤煙生長發育，并且提高了鉀含量和煙葉品質。但是劉卉等[5]研究表明，生物炭用量在3.8 t/hm2水平下，有利于烤煙生長發育，但隨著生物炭用量增加，烤煙生長發育受阻。

關于生物炭施用量對烤煙作物的閾值存在與否，還需進一步探究。筆者通過生物炭用量試驗，對比分析了不同用量生物炭對烤煙煙株生長、鉀素吸收和累積以及產量的影響，以期為我國貴州煙區合理提高鉀素養分利用和高產栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4月在貴州省畢節市威寧縣黑石科技園（104°02′E，26°47′N）進行，該區氣候類型為亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫13 ℃，年平均降雨量917 mm。供試土壤為黃棕壤。自2018年開始進行定位施肥試驗，2020年移栽前試驗田0～20 cm 耕層土壤的養分含量為pH 值5.4，土壤總有機碳12.2 g/kg，有效鉀196.4 mg/kg，全氮0.9 g/kg，全磷1.1 g/kg。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87，由畢節市煙草公司提供。煙稈生物炭（簡稱生物炭）為貴州金葉豐農業科技有限公司生產，pH 值9.2，碳48.3%，氫3.9%，氧31.4%，氮1.5%，全磷2.4 g/kg，有效鉀16.2 g/kg，全鉀24.4 g/kg，比表面積1.5 m2/g，總孔隙體積0.007 5 cm3/g，平均孔直徑20.3 nm。

1.3 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，共設置3 個生物 炭 用 量 處 理：T1. 0 t/hm2（CK）；T2. 5 t/hm2；T3. 40 t/hm2，各處理均為3 次重復，共9 個小區，小區面積74.8 m2。2018年5月3日生物炭采用撒施的方式一次性投入，并與耕層土壤旋耕混合均勻。烤 煙 于2020年4月26日移栽，行 距110 cm，株 距55 cm，田間管理措施同當地優質烤煙栽培管理模式。

基肥種類及用量：煙草專用基肥（N、P2O5、K2O分別為9%、13%、22%）585.0 kg/hm2；追肥種類及用量：提苗肥（N、P2O5、K2O 分別為15%、8%、7%）37.5 kg/hm2、煙草專用追肥（N、K2O 分別為13%、26%）300.0 kg/hm2。 肥料總養分投入量為N 90.0 kg/hm2、P2O590.0 kg/hm2、K2O 225.0 kg/hm2。基肥于移栽前窩施，烤煙移栽后30 d 結合中耕培土撒施追肥。

1.4 測定指標及方法

烤煙農藝性狀測定于烤煙生長時期的團顆期、旺長期、打頂后5 d，分別用0.1 cm 刻度尺進行測量株高、莖圍、最大葉片長、最大葉片寬。

烤煙植株樣品于烤煙成熟期（即采收期），各小區均取小區內長勢均勻一致的植株1 株，以根莖為中心，將壟方向55 cm、垂直方向60 cm、深20 cm的土層全部挖出，通過水洗及高密度網過濾法，收集烤煙根系置于烘箱中，植株地下部和地上部均以105 ℃殺青30 min,70 ℃烘干至恒質量，測定干質量。

烤煙植株各器官鉀含量采用火焰原子吸收法測定。

1.5 數據分析

采用Microsoft Office Excel 2010 進行數據整理及作圖，IBM SPSS 22.0 統計分析軟件進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 生物炭不同施用量對烤煙農藝性狀的影響

生物炭不同施用量對不同時期烤煙農藝性狀的影響均呈現出不同的規律（表1）。在烤煙團棵期、旺長期和打頂后5 d，T2 處理（5 t/hm2）的莖圍、葉片數和葉面積均高于其他各個處理，并以打頂后5 d 烤煙莖圍、葉片數和葉面積最高，分別高于T1處理（CK）0.2%、5.88% 和0.5%，而T3 處理低于T1 處理5.31%、0.20%和4.81%。但是在烤煙團棵期和旺長期，T2 處理的株高最高，T3 處理最低，并且在烤煙旺長期各處理間均差異顯著，而在烤煙打頂后5 d，與T1 處理相比，T2、T3 處 理分別降低0.7%和11.1%。因此，適量施用生物炭（5 t/hm2）有利于提高烤煙生長前期的株高長勢，以及各個生育期的莖圍、葉片數和最大葉面積，促進烤煙早發快生和生長發育，但是過量施用生物炭則反之。

表1 生物炭用量對烤煙農藝性狀的影響Tab.1 Effects of biochar amounts on tobacco morphological characteristics

2.2 生物炭不同施用量對烤煙各器官鉀含量的影響

生物炭不同施用量對烤煙不同部位鉀含量的影響存在一定的差異（表2）。烤煙不同部位鉀含量均以T2 處理最高，且多數顯著高于T1 處理。T1處理烤煙上部葉和下部葉的鉀含量均高于T3 處理，而T1 處理中部葉的鉀含量低于T3 處理，并且T1 處理烤煙莖部和根部的鉀含量均低于T3 處理。因此，適量施用生物炭（5 t/hm2）有利于提高烤煙各部位鉀素含量，過量施用生物炭的規律不明顯。

表2 生物炭用量對烤煙成熟期各器官鉀含量的影響Tab.2 Effects of biochar amounts on potassium content in organs of flue-cured tobacc in maturation stage %

2.3 生物炭不同施用量對烤煙鉀吸收積累量的影響

生物炭不同施用量對烤煙鉀素吸收的影響不同（圖1）。烤煙葉、莖、根部鉀素吸收積累量以T2處理最高，分別為378.18、143.35、61.31 mg/株，與T1 處理相比，T2 處理烤煙葉、莖、根部鉀素吸收積累量分別提高了19.1%、37.6%和31.9%，而T3 處理分別降低29.9%、13.6%和36.9%，并且各處理間差異顯著。

圖1 生物炭用量對烤煙各部位鉀積累量的影響Fig.1 Effects of biochar amounts on potassium accumulation in different parts of flue-cured tobacco

從全株烤煙鉀素積累量看（圖2），T2 處理最高，為582.85 mg/株，與T1處理相比，提高了24.5%，而T3 處理的全株烤煙鉀素積累量與T1 處理相比，降低了27.0%。因此，適量施用生物炭（5 t/hm2）有利于烤煙各器官鉀素吸收積累，促進了全株烤煙鉀素積累，而過量施用生物炭反而會降低烤煙鉀素積累量。

圖2 生物炭用量對整株烤煙鉀積累量的影響Fig.2 Effects of biochar amounts on potassium accumula?tion of whole plant of flue-cured tobacco

2.4 生物炭施用量對烤煙產量的影響

生物炭不同施用量對烤煙產量的影響不同（圖3）。生物炭施用量T2 處理的烤煙上等煙葉產量、中等煙葉產量、烤煙總產量均呈現最高值，分別為792.3、1 733.3、2 796.6 kg/hm2，分別高于不施用生物炭處理21.7%、30.8%和18.7%，而過量施用生物炭（T3 處理）烤煙中等煙葉產量和烤煙總產量有所降低，分別低于不施生物炭處理11.98%和7.25%。但施用生物炭T2 和T3 處理的下等煙產量分別比不施用生物炭處理降低31.4%和64.6%。因此，適量施用生物炭（5 t/hm2）有利于提高烤煙總產量，尤其是中、上等煙葉產量，過量施用生物炭會使烤煙總產量降低，尤其是中、上等煙葉產量降低。

圖3 生物炭用量對烤煙產量的影響Fig.3 Effect of biochar amounts on flue-cured tobacco yield

3 結論與討論

生物質炭具有復雜的孔隙結構，能提高土壤保水能力、增加土壤孔隙度并降低土壤容重[6]，提高土壤肥力[7]，促進植物根系的生長[8-9]，而且生物炭含有K、Na、Ca、Mg 等礦質元素，能促進植物生長和土壤養分循環[10-12]。張繼旭等[13]研究表明，施用生物炭有助于烤煙生長發育，表現為葉面積、株高及地上莖生物量等增加。本研究結果表明，適量施用生物炭，有利于促進烤煙生長，施用生物炭5 t/hm2處理有利于促進烤煙各生育期（團棵期、旺長期和打頂后5 d）葉面積生長，與前人研究結果較為一致。

煙葉鉀含量的測定結果表明，生物炭不同施用量對烤煙不同部位鉀含量的影響存在一定的差異，施用生物炭5 t/hm2處理有利于提高烤煙不同部位鉀含量，由于生物炭可通過陽離子交換吸附銨根離子和鉀離子等，從而提高了烤煙對土壤鉀素的吸收[14]，但本研究還指出，施用生物炭40 t/hm2處理降低了烤煙不同部位鉀含量，推測生物炭對鉀素的阻控行為主要靠表面孔隙的吸附作用，當施用生物炭到達一定用量，土壤中的生物炭表面孔隙的吸附作用過強，反而會影響根系對養分的吸收[15-16]，因此，農田生物炭合理用量有利于提高鉀素利用效率。

肖戰杰等[17]、肖佳冰等[18]研究表明，施用生物炭能在一定程度上提高烤煙產量、產值、上等煙和上中等煙比例和煙葉均價等。這與本研究結果較一致，施用5 t/hm2生物炭處理有利于提高烤煙產量，但過量施用生物炭，烤煙產量將會降低，由于生物炭用量較低時，施用生物炭能提高土壤速效養分含量[19-20]和土壤微生物數量[21]等，有利于烤煙生長，能促進烤煙產量提高，但生物炭用量過大時，土壤微生物種類數量、土壤微生物量碳和氮均有所降低[22-23]，土壤代謝活性降低，進而影響烤煙正常生長發育，由此推斷，生物炭施用量對烤煙生長發育存在閾值，在適宜范圍內有利于促進烤煙生長發育，但關于閾值的精準定量，還需進一步深入研究。

本研究結果表明，施用生物炭會影響烤煙的生長，當施用5 t/hm2生物炭有利于促進烤煙各生育期（團棵期、旺長期和打頂后5 d）葉面積生長，而過量施用生物炭達到40 t/hm2時，烤煙各生育期煙株葉面積生長發育呈下降趨勢。烤煙鉀素吸收積累受生物炭施用量的影響，施用5 t/hm2生物炭有利于全株烤煙鉀的吸收和積累，而過量施用生物炭達到40 t/hm2時，降低了全株烤煙鉀吸收和積累量。總體上看，施用生物炭5 t/hm2有利于促進烤煙生長，提高烤煙鉀素吸收，促進各部位鉀素積累，并且提高烤煙產量。