生物炭施用量对土壤特性和烟叶产质量的影响

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　　摘要 [目的]探究生物炭施用量和施用方式对连作植烟土壤的改良效果。[方法]通过田间试验研究生物炭不同施用量（0、1 500、3 000、4 500、6 000 kg/hm2）对烟株农艺性状、土壤理化性质及烟叶产质量的影响。[结果]不同生物炭用量可明显改善连作植烟土壤品质，调节植烟土壤pH至适宜水平，土壤全氮、碱解氮、速效钾和有效磷含量随着生物炭用量的增加而表现出先增加后降低的趋势;与对照比较，T3处理的土壤全氮、碱解氮、速效钾和有效磷含量分别提高了9.72%、2.41%、6.55%和4.65%;施用生物炭还能提高烟株的抗病性，降低根腐病、黑胫病的发病率和病情指数;以常规施肥+生物炭3 000 kg/hm2处理烟叶品质最佳且经济性状好，较对照产量提高26.14%，产值增加12.69%，中上等烟比例均提高21.08%。[结论]施用生物炭量处理能有效改善烟田土壤特性，促进植株生长，显著提高烟叶产质量。
　　关键词 烤烟;连作障碍;生物炭;土壤理化性质
　　中图分类号 S156.2  文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）18-0153-04
　　Abstract [Objective]To explore the effect of biochar application rate and method on the improvement of continuous cropping tobacco soil.[Method]Effect of different application rates of biochar （0，1 500，3 000，4 500，6 000 kg/hm2） on tobacco agronomic characteristics，soil physical and chemical properties and tobacco yield and quality was studied by field experiment.[Result]The amount of biochar could significantly improved the quality of continuous cropping tobacco soil，adjusted the pH of the tobaccogrowing soil to an appropriate level，and the contents of total nitrogen，alkaline nitrogen，available potassium and available phosphorus showed an increase first with the increase of the amount of biochar.Compared with the control，the contents of total nitrogen，alkaline nitrogen，available potassium，and available phosphorus in T3 treated soil increased by 9.72%，2.41%，6.55%，and 4.65%，respectively;the application of biochar could also increase tobacco planting disease resistance，reduce the incidence and disease index of root rot and black shank disease;conventional fertilization+biochar 3 000 kg/hm2 had the best tobacco leaf quality and good economic characteristics，which increased 26.14% and increased output value compared with the control treatment.The output value increased by 12.69% and medium grade tobacco increased by 21.08%.[Conclusion]The application of biochar treatment can effectively improve the soil characteristics of tobacco fields，promote plant growth，and significantly improve the yield and quality of tobacco leaves.
　　Key words Tobacco;Continuous cropping obstacles;Biochar;Soil physical and chemical properties
　　土壤作為烤烟种植的直接载体，其理化性质、肥力水平及微生物活性水平与植物生长代谢关系紧密[1]，随着我国人-地矛盾的日益突出，烤烟长期连作和过量施用化肥等严重破坏土壤结构，C/N比例失调，最终造成烟田土壤养分不平衡、根际土壤微生态结构恶化、土传病害加重、烟叶化学成分不协调、烟叶产量和品质逐年下降[2-3]。在此情况下，实现烟草行业的可持续经营引起大多数学者的关注。生物炭作为近年来新兴的改良土壤措施，是继有机与无机肥配施、绿肥翻压及科学轮作之后又一种土壤改良方式，是生物质（如秸秆、废弃物、树枝等）在缺氧条件下经过热裂解而形成的炭化物，生物炭可改良烟田土壤，降低烤烟土壤改良剂上部叶片烟碱含量，提高烟叶钾、总糖和还原糖含量，协调烟叶化学成分，成为改良土壤、提高作物产量、增加土壤固碳的多赢措施[4]。何绪生等[5]研究表明，制备生物炭的副产品（木醋液）能协调烤后烟的化学成分、降低烟叶的总氮和烟碱含量以及提高烟株抗病性能。由于生物质材料及炭化条件不同，导致生物炭的养分、性质及其施用方法也必然存在差异，不同植烟区域和土壤类型在选择生物炭和肥料施用方式和用量也会对其施用效果产生不同影响。笔者探讨条施生物炭及不同用量对烤烟生长、土壤理化性状及经济性状的影响，明确条施生物炭对烤烟品质的改良效果及最佳用量，为不同模式下利用生物炭改良烟草连作障碍和提升烟叶品质提供科学依据。 　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　试验于2019年5—10月在河南郏县安良镇酸庄村开展，供试烤烟品种为中烟100，试验基础土壤理化性质：pH 5.12，有机质14.9 g/kg，全氮0.75 g/kg，全磷0.91 g/kg，全钾1.92 g/kg，碱解氮98.3 mg/kg，有效磷13.1 mg/kg，速效钾165 mg/kg，阳离子交换量12.7 cmol （+）/kg。试验前茬为烟草，烤烟品种为中烟100。供试肥料种类：烟草专用复合肥料（N 10%、P2O5 10%、K2O 20%），腐熟芝麻饼肥（N3%），硫酸钾（K2O 50%），试验地肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。
　　1.2 试验设计 采用随机区组设计，设6个处理。T1：常规施肥（NPK，不施生物炭）;T2：NPK+生物炭1 500 kg/hm2;T3：NPK+生物炭3 000 kg/hm2;T4：NPK+生物炭4 500 kg/hm2;T5：NPK+生物炭6 000 kg/hm2。生物炭在移栽前整地时条施。纯氮（N）量为 75 kg/hm2，磷肥为 112.5 kg/hm2，钾肥为262.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O为1∶1.5∶3.5，试验各处理氮、磷、钾用量保持一致，氮肥70%条施、30%穴施，磷肥全部条施，钾肥50%条施、20%穴施、30%追施。
　　每个小区面积72 m2 （4 m×15 m），每小区种植4行，行距120 cm，株距55 cm。每个处理3次重复。选取长势均匀一致的烟苗进行移栽，其他栽培及田间管理措施按当地优质烟叶生产规范进行。
　　1.3 样品采集与分析
　　于烤烟生长的3个生育期（团棵期，移栽后30 d;旺长期，移栽60 d;成熟期，移栽后90 d），在烟垄上采集2株烟正中位置0 ～ 20 cm土层3个重复的土样，采用5点法混合均匀后取1/4低温冷藏带回室内，鲜样去杂后测定土壤理化性质及物理性状，另外部分土样风干后研磨测养分含量。土壤微生物区系用稀释平板分离测数法测定;按照文献[6]的方法测定土壤pH：采用电位法（ZD型酸度计）;碱解氮：碱解扩散法;有效磷：碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾：醋酸铵浸提-火焰光度计法。
　　1.4 烟株病虫害调查
　　烟株病害调查：分别在团棵期、旺长期和圆顶期调查病毒类病害（TMV、PVY）、根茎类病害（黑胫病、根黑腐病）。
　　1.5 数据处理
　　采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0进行数据处理，用Duncan’s新复极差法进行多重比较不同处理间差异显著性（P=0.05）。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响 由表1可知，生物炭不同用量处理显著促進了烟株生长发育。在团棵期，与对照相比，不同生物炭处理株高的提高幅度为2.1～5.4 cm，叶长分别提高了9.82%、16.49%、13.68%、10.18%，茎围方面以T3处理最大，为5.8 cm，T4处理表现次之，为5.7 cm，不同生物炭用量处理中以T3处理农艺性状最佳。在旺长期，株高和茎围均以T3处理最大，分别达98.4和8.9 cm，与对照相比，株高、叶长和叶宽分别提高了9.70%、10.0%、19.54%，叶宽表现为T3>T4>T5>T2>T1。在圆顶期，株高和茎围均以T3处理表现最高，为145.9、12.8 cm，与对照相比，株高、茎围和叶长分别提高了4.44%、13.27%、7.68%，而叶片数在整个生育期不同处理之间均差异不显著。综上，T3处理对烤烟株高、叶片数、茎围及叶面积均有促进作用，能有效促进烤烟生长发育。
　　2.2 不同处理对烟株发病率的影响 由表2可知，在团棵期，各个处理均有不同程度的根腐病害发生，其中对照发病率最高，为1.5%，T3处理发病率最低。在旺长期，根腐病发病率表现为T1>T2>T4>T5>T3。随着烟株生育期的不断推进，到了圆顶期根腐病已十分严重，对照根腐病发病率最高，达8%，T2、T3、T4、T5处理根腐病发病率与对照相比分别降低了31.25%、62.5%、43.75%、40.0%，同时，黑胫病开始出现，且发病率也以对照表现最高，为5%，T2处理表现次之。不同生物炭用量处理中根腐病和黑胫病发病率均为T3处理最低，根腐病发病率为3%，黑胫病发病率为2%，表明施用生物炭对根腐病和黑胫病有明显的防治效果，以NPK+生物炭3 000 kg/hm2的T3处理效果最佳，能降低根腐病和黑胫病的发病率和病情指数。
　　2.3 不同处理对烟田土壤物理性质的影响 从表3可以看出，土壤含水率随生育期表现为先增大后减小的趋势，于旺长期出现峰值，土壤盐度、土壤电导率、介电常数随生育期表现为先减小后增大的趋势，土壤温度随生育期表现为不断减少的趋势。团棵期，随生物炭施用量的增加，土壤盐度、土壤电导率、介电常数呈先增加后降低的趋势，土壤固相率逐渐下降。T2、T3、T4、T5处理的土壤含水率与对照相比分别提高了8.68%、26.87%、20.43%、13.34%，旺长期，土壤盐度、土壤电导率、土壤介电常数以T3处理表现最高，为22.33 mg/L、68.2 us/cm、4.62，不同生物炭处理的土壤含水率分别为对照处理的1.05、1.14、1.03和1.05倍。T3处理的总溶解固体含量与对照相比提高了11.87%。圆顶期，施用生物炭处理的土壤含水率与对照处理相比降低了5.35%、5.28%、7.53%、3.24%，随生物炭施用量的增加，土壤电导率、土壤介电常数先增加后降低，在生物炭3 000 kg/hm2时达到最大值，而土壤温度和总溶解固体含量呈递减趋势。表明施用适量生物炭可以改善土壤水分环境，疏松土壤，优化土壤耕作性能，改善土壤通气状况。
　　2.4 不同处理对烟田土壤养分和pH的影响 　　由表4可知，生物炭不同用量处理的土壤pH相对于背景值（5.12）存在显著升高趋势，高于不施生物炭的对照，其中以T3处理改良效果最好，pH升幅最大，提高了19.73%。土壤有机质含量随生物炭施用量的增加呈先增加后降低的趋势，以T3处理土壤有机质含量最高;土壤全氮、碱解氮、速效钾和有效磷含量随着生物炭施用量增加而表现出先增加后降低的趋势。T3处理的土壤全氮、碱解氮、速效钾和有效磷含量与对照相比分别提高了9.72%、2.41%、6.55%和4.65%，而生物炭的施用对土壤阳离子交换量影响不大。表明施用生物炭对土壤物理特性有明显的改良效果，可增加土壤对钾的吸持作用，提升土壤钾素供应水平。
　　2.5 不同处理对烟叶经济效益的影响
　　由表5可知，生物炭不同用量处理对烤烟产量、产值、均价等经济性状指标的影响显著，施用生物炭处理的产量、产值、均价和中上等烟比例与对照相比均有不同程度提高，其中T3处理烟叶品质最佳且经济性状好，较对照产量提升26.14%，产值增加12.69%，中上等烟比例均提升21.08%，T3处理产量、产值、均价和中上等烟比例显著优于T2、T4、T5处理，表明NPK+生物炭3 000 kg/hm2的T3处理可提高上等烟比例、均价和烟叶产量，提高烤烟产值，对烤烟的经济效益有积极的促进作用。
　　3 结论与讨论
　　生物炭是增强农业系统生产力、调控土壤根际生境、减缓烟草连作障碍、促进烟草碳氮代谢及提升烟叶品质的一项重要技术途径[7-8]。生物炭是具有高度芳香化、热稳定性和抗分解特性的富含碳元素产物，能有效改良土壤性状、提高土壤养分有效性、改善土壤微生物多样性和酶活性以及促进烤烟生长发育[9-10]。不同生物炭用量处理不仅改善了植株的生长状况，烟株的株高、茎围及叶面积均有不同程度提高。土壤全氮、碱解氮、速效钾和有效磷含量随着生物炭用量的增加而表现出先增加后降低的趋势，而对土壤阳离子交换量影响不大。与对照比较，T3处理的土壤全氮、碱解氮、速效钾和有效磷含量分别提高了8.57%、1.68%、2.38%和4.65%。表明施用生物炭可以促进烟株生长发育，为烤烟快速生长提供充足的养分。
　　施用生物炭能够明显改善烟田土壤物理特性，促进烟株对养分和水分的吸收，进而改良连作烟田[11-13]。土壤盐度、土壤电导率、介电常数随生育期表现为先减小后增大的趋势。旺长期，施用生物炭处理的土壤含水率分别为对照的1.05、1.14、1.03和1.05倍。T3处理的总溶解固体含量与对照相比提高了11.87%。圆顶期，施用生物炭处理的土壤含水率与对照处理相比降低了5.35%、5.28%、7.53%、3.24%。可能原因是生物炭的施用改变了土壤的结构，协调了土壤养分，使土壤的透气性、透水性以及根系的生长环境发生变化。凌天孝等[14]研究表明生物炭与化肥配施对烤烟品质和经济性状有显著影响，不同生物炭用量对烤烟产量、产值、均价等经济性状影响显著，其中生物炭3 000 kg/hm2处理的烟叶品质最佳且经济性状好，较对照产量提升26.14%，产值增加12.69%，中上等烟比例均提升21.08%。结果表明，烤烟产量产值并不与条施生物炭用量呈正相关关系，只有科学合理地施用适量的生物炭，才能节约成本，提高烟农收益。因此，在该试验条件下NPK+生物炭3 000 kg/hm2能够很好地改善土壤物理性质，提高烤烟的产量和品质，从而提高烟农的收益。
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