張 春，趙浩淳，郭 濤，劉先良

西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶市北碚區(qū)天生路1 號 400716

生物炭是生物質(zhì)在無氧條件下經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的富含炭的有機(jī)物［1］。由于其在增加陸地土壤碳庫、改良土壤以及調(diào)節(jié)氣候問題［2-3］等方面的突出作用，已成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。大量研究表明，施用生物炭可以降低土壤pH和容重，增加土壤空隙度和保水能力，有利于植物根系生長［3-5］。因此，生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用一直倍受關(guān)注。目前的研究大多是關(guān)于生物炭對小麥、棉花、玉米、大豆、青菜等作物的影響［6-10］，而施用生物炭對煙草的影響研究報(bào)道尚少。劉新源等［11］研究提出施用生物炭可以促進(jìn)煙葉生長和產(chǎn)量的提高，并且隨著生物炭施用量的增加，煙葉品質(zhì)和產(chǎn)量總體表現(xiàn)為增加，但當(dāng)生物炭施用達(dá)到一定量時，煙葉的品質(zhì)開始下降。特別是近年來植煙土壤酸化愈發(fā)嚴(yán)重，影響了烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)［12-13］。生物炭作為一種良好的土壤改良劑，已有大量研究證實(shí)了生物炭改良酸化土壤的作用［2-4，14-15］，但這種效應(yīng)與生物炭的施用量有關(guān)。因此，設(shè)置了不同生物炭用量的模擬試驗(yàn)，研究不同用量生物炭對煙苗的干物質(zhì)積累量，氮、磷、鉀含量，以及煙苗根系形態(tài)及根系活力的影響，旨在為生物炭在煙草生產(chǎn)中的有效利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試煙草品種為云煙97，由重慶市煙草公司提供。于2012年3月在重慶市彭水縣靛水鄉(xiāng)育苗場播種育苗。土壤為黃壤，采集于彭水縣靛水鄉(xiāng)，風(fēng)干、過篩后備用。其基本理化性質(zhì):pH 5.2、土壤有機(jī)質(zhì)35.2 g/kg、全氮0.88 g/kg、全磷0.35 g/kg、全鉀11.60 g/kg、有效磷10.9 mg/kg 和速效鉀116.57 mg/kg。

生物炭的制備:稻殼來自重慶人和米業(yè)公司。取一定量的稻殼，置于KBF16Q-型箱式氣氛爐（常州市興光窯爐有限公司）中，升溫程序設(shè)置為:20/min，溫度升至500后恒溫4 h，冷卻至室溫后取出，得到表觀呈黑色的稻殼基生物炭。其理化性質(zhì)為:pH 9.9、有機(jī)碳239.7 g/kg、全磷1.33 g/kg、全鉀42.64 g/kg、有效鈣2.63 g/kg、有效鎂0.38 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在西南大學(xué)植物營養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。設(shè)置5個處理，分別為:①對照（CK），不施用生物炭處理；②施用1%生物炭（相對于土壤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；③施用2%生物炭；④施用3%生物炭；⑤施用4%生物炭；每處理10次重復(fù)，共計(jì)50盆，每盆裝土10 kg。

移栽煙苗時，先將土壤捏碎混勻，然后根據(jù)各試驗(yàn)處理要求，按比例加入生物炭。將生物炭與土壤混勻，共10 kg，裝入塑料盆。待煙苗長至3 葉時，選擇生長一致的煙苗，連同根上基質(zhì)一起移栽入塑料盆中。每盆澆水2 L，每天補(bǔ)充水分使土壤含水率維持田間最大持水量的60%～70%。各處理煙苗每天接受自然光照。按常規(guī)方法進(jìn)行栽培管理。

1.3 取樣與分析

煙苗移栽后90 d取樣。將煙株地上部與根系分開，具體方法為:將土壤輕輕拍打疏松，盡量減少根系的人為損傷，先找出主根，沿主根挑選出須根，依此可挑選出植物95%以上的根系，用水清洗干凈，掃描根系面積、根長和根寬。根系樣品與地上部樣品105殺青30 min 后70烘干，稱量，計(jì)算根系與地上部的生物量。

參照魯如坤［16］的方法測定土壤、生物炭的基本理化性質(zhì)指標(biāo)以及植株的氮磷鉀含量。采用電極法測定土壤pH；碳酸氫鈉提取法測定土壤有效磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；凱氏定氮法測定土壤全氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；氫氧化鈉熔融法測定土壤全磷和全鉀含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；凱氏定氮法測定植物樣品的全氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；釩鉬黃比色法測定植物樣品全磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；火焰光度計(jì)法測定植物樣品全鉀含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。采用考馬斯亮藍(lán)法測定根系活力［17］，用掃描 儀（Epson Expression 1680 Scanner，Seiko Epson Corp.Tokyo，日本）掃描根系圖像，再用WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)（Regent Instruments Inc.Quebec，加拿大）分析和計(jì)算根體積、根面積和根長［18］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SAS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用LSD法進(jìn)行差異顯著性的多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對植煙土壤理化性質(zhì)的影響

由表1 可知，隨著生物炭施用量（1%，2%，3%和4%）的增加，土壤的pH 呈增大的趨勢，當(dāng)生物炭施用量達(dá)到3%時，與不施生物炭的對照組相比，達(dá)到顯著水平。土壤中有機(jī)質(zhì)、全鉀、有效磷含量也隨著生物炭施用量的增加而逐步增加并達(dá)到顯著水平，并且當(dāng)生物炭施用量為4%達(dá)到最大，與對照相比，分別增加了35.2%，40.5%和153.2%。施用生物炭的土壤中的全氮、全磷和速效鉀含量增加不顯著。

2.2 不同生物炭施用量對煙苗干質(zhì)量的影響

表2 顯示，不同生物炭施用量并沒有顯著影響各處理間植株地上部干質(zhì)量，但對煙苗地下部干質(zhì)量影響顯著（p＜0.05）。當(dāng)生物炭施用量為1%時，與不施用生物炭處理相比，煙苗地上部干質(zhì)量達(dá)到最大；當(dāng)生物炭施用量達(dá)到4%時，煙苗地上部干質(zhì)量下降了12.0%，植株生長受到抑制。與對照相比，煙苗植株地下部干質(zhì)量隨生物炭施用量（1%，2%，3%和4%）增加而增加，分別增加了95.8%，57.0%，91.1%和72.4%，顯著促進(jìn)了植株根系的生長。

表1 不同生物炭施用量下土壤的理化性質(zhì)①Tab.1 Some properties of the soils at different biochar application rates

表2 不同生物炭施用量下煙苗干質(zhì)量Tab.2 Dry weight of tobacco seedlings at different biochar application rates

對于煙苗總干質(zhì)量來說，當(dāng)生物炭施用量為1%時，生物炭對煙苗植株促生作用達(dá)到顯著水平（p＜0.05），與對照相比總干質(zhì)量增加了28.5%，顯著促進(jìn)了煙苗干物質(zhì)的積累。當(dāng)生物炭施用量達(dá)到4%時，與對照相比，煙苗干物質(zhì)積累受到抑制，但抑制效果未達(dá)到顯著水平。

2.3 不同生物炭施用量對煙苗N，P和K含量的影響

表3 顯示，不同施用量生物炭（1%，2%，3%和4%）對煙苗地上部和地下部N 含量均無顯著影響。與對照相比，隨著生物炭施用量的增加，煙苗地上部N 含量呈下降趨勢，而地下部N 含量呈升高趨勢。

生物炭的施用不但沒有顯著增加煙苗地上部P 含量，相反隨著生物炭施用量的增加，煙苗地上部P 含量顯著下降。當(dāng)生物炭施用量為3%時，地上部P 含量下降達(dá)到顯著水平（p＜0.05），下降了15.2%。不同施用量的生物炭對煙苗地下部P 含量的影響各有不同。當(dāng)生物炭施用量為1%時，植株地下部P 含量最大，與對照相比，顯著增加（p＜0.05）30.6%。當(dāng)生物炭施用量依次為2%，3%和4%時，植株地下部P 含量呈下降趨勢，但始終高于對照。

與對照相比，不同生物炭施用量對煙苗地上部K 含量具有稀釋作用，并且這種稀釋作用隨著施炭量的增加而增強(qiáng)。施用不同量生物炭后植株地下部K 含量均顯著增加。當(dāng)生物炭施用量為1%時，植株地下部K 含量達(dá)到最大值，顯著（p＜0.05）增加27.2%；當(dāng)生物炭施用量為2%，3%和4%時，各處理分別顯著（p＜0.05）增加26.3%，20.7%和20.3%。

表3 不同生物炭施用量下煙苗N，P 和K 含量Tab.3 N and P contents in tobacco seedlings at different biochar application rates

2.4 不同生物炭施用量對煙苗N，P 和K 吸收量的影響

表4 顯示，施用生物炭能顯著增加煙苗地上部和地下部的N 吸收量。煙苗地上部N 養(yǎng)分吸收量在生物炭施用量為1%時達(dá)到最大，顯著（p＜0.05）增加32.3%。當(dāng)生物炭施用量超過1%時，煙苗地上部N 吸收量呈現(xiàn)不同程度下降；當(dāng)生物炭施用量達(dá)到4%時，煙苗植株地上部N 吸收量低于對照組，N 吸收受到抑制。煙苗地下部N 養(yǎng)分吸收量也在生物炭施用量為1%時達(dá)到最大，顯著（p＜0.05）增加121.7%，當(dāng)生物炭施用量超過1%時，煙苗地下部N 吸收量呈現(xiàn)不同程度下降，但始終顯著（p＜0.05）高于對照。

表4 不同生物炭施用量下煙苗N，P 和K 吸收量Tab.4 N and P uptakes of tobacco seedlings at different biochar application rates

不同生物炭施用量均能顯著（p＜0.05）增加煙苗地上部和地下部的P 和K 吸收量。P 和K 養(yǎng)分吸收量均在1%時達(dá)到最大值，并且隨著生物炭施用量的增加，植株地上部和地下部的P 和K 吸收量均呈下降趨勢。

2.5 不同生物炭施用量對煙苗根系形態(tài)及根系活力的影響

由表5 可知，施用生物炭能顯著影響煙苗根體積、根面積和根總長。與對照相比，隨著生物炭施用量的增加，煙苗根體積、根面積和根總長均顯著增加（p＜0.05）。當(dāng)生物炭施用量為3%時，根總長達(dá)到最大值，與對照相比增加10.5%。當(dāng)生物炭施用量為4%時，根體積和根面積達(dá)到最大值，與對照相比分別增加238.7%和2.1%。根系活力也隨著生物炭用量的增加而顯著增強(qiáng)，當(dāng)生物炭用量為3%時，根系活力最高；生物炭用量超過3%時，活力開始下降。

3 小結(jié)與討論

生物炭的施用促進(jìn)了煙苗生長及根系的發(fā)育，提高了地下部的養(yǎng)分積累量，生物炭用量3%對煙草生長具有顯著促進(jìn)作用。生物炭施用量為1%，2%和3%時煙苗生物量明顯增加，與劉新源等［11］的大田試驗(yàn)結(jié)果基本一致。原因可能是試驗(yàn)所用生物炭呈堿性（pH 9.9），施用生物炭后改良了酸性土壤，有利于煙苗吸收養(yǎng)分進(jìn)而促進(jìn)其生長發(fā)育。唐光木等［10］研究發(fā)現(xiàn)生物炭具有很強(qiáng)的吸附能力，能增加土壤中離子交換量和增強(qiáng)土壤持水能力，這也是施加生物炭促進(jìn)煙苗生長的原因之一。但當(dāng)生物炭施用量達(dá)到4%時，煙苗的生長受到抑制，原因是生物炭施入量過大，造成土壤鹽基離子偏多，從而影響了煙苗對土壤養(yǎng)分的吸收［19］。

施用生物炭顯著增加了煙苗根系體積、根系面積和根總長，在水稻的研究中也得出相似結(jié)果［19］。隨著生物炭施用量的增加，煙苗根系體積、根系面積和根總長均呈上升趨勢，原因是施用生物炭后土壤總孔隙度和大孔隙度增加，不但為根系發(fā)育提供疏松的環(huán)境，同時也降低了土壤容重［20］，增大了土壤水分入滲率，為根系提供了充足水分［5］，進(jìn)而促進(jìn)了根系的生長。

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