何永秋 寧海峰 范才銀

摘要 綜述了生物炭對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、營養(yǎng)元素吸收、生理特性、病蟲害發(fā)生情況以及烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀、感官評(píng)析、外觀品質(zhì)、物理特性、化學(xué)成分的影響，在此基礎(chǔ)上對(duì)未來研究方向進(jìn)行了展望，旨在為生物炭烤煙生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 生物炭;烤煙;生長發(fā)育;產(chǎn)量;品質(zhì);影響

Abstract The effects of biochar on agronomic traits，dry matter accumulation，nutrient absorption，physiological characteristics，occurrence of pests and diseases，and economic traits，sensory evaluation，appearance quality，physical characteristics and chemical composition of fluecured tobacco were reviewed.On this basis，the future research directions were discussed.The purpose of this paper is to provide reference for the popularization and application of biochar in tobacco production.

Key words Biochar;Fluecured tobacco;Growth and development;Yield;Quality;Effect

生物炭是將木材、作物秸稈或動(dòng)物骨骼等生物質(zhì)原材料在完全或部分缺氧情況下，通過控制溫度高溫裂解碳化產(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物[1-2]。其C素含量高達(dá)60%，可以將碳元素固定很長時(shí)間，固定的碳元素非常穩(wěn)定。其巨大的孔隙度結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、豐富的表面負(fù)電荷以及較高的電荷密度可以顯著降低土壤酸度、固定土壤重金屬，有效改善土壤理化特性，降低土壤容重、提升土壤肥力[3-5]。已經(jīng)在水稻、小麥、玉米等作物上證明使用生物炭可促進(jìn)作物生長發(fā)育，起到提質(zhì)增產(chǎn)的作用[6-9]。

近年來，煙草行業(yè)也逐步開展了生物炭的研究，貴州省畢節(jié)市煙草公司建設(shè)了煙草行業(yè)第一個(gè)生物炭企業(yè)和生物炭基肥工程研究中心，研究表明生物炭可直接使用或通過與其他有機(jī)肥、無機(jī)肥配合使用作為煙草專用肥料或植煙土壤的改良劑、重金屬和農(nóng)藥污染植煙土壤的修復(fù)劑等。筆者結(jié)合國內(nèi)外生物炭的最新研究進(jìn)展，歸納總結(jié)生物炭對(duì)烤煙生長發(fā)育及烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)生物炭今后研究利用的方向進(jìn)行展望，為生物炭在煙草生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供參考。

1 生物炭對(duì)烤煙生長發(fā)育的影響

1.1 烤煙農(nóng)藝性狀

研究表明，在一定范圍內(nèi)，施用生物炭處理的煙株農(nóng)藝性狀要高于不施用生物炭處理的煙株[10-12]。張繼旭等[13]研究認(rèn)為土壤中添加適量生物炭（0.2%～1.0%）有助于烤煙的生長發(fā)育，表現(xiàn)為株高、葉面積的增加，而較高的添加量（5.0%）則有抑制作用。對(duì)稻殼生物炭研究表明，施入稻殼生物炭能增加烤煙有效葉片數(shù)，其中以9 000、12 000 kg/hm2的處理烤煙葉片數(shù)較多，分別達(dá)18.0、17.9片/株，顯著多于未施用生物炭的對(duì)照[14]。根區(qū)穴施生物炭后煙株株高、葉片面積等農(nóng)藝指標(biāo)表現(xiàn)較好，能夠增加煙株的生物量，但隨著生物炭施用量的增加，煙株生長發(fā)育受到了一定程度的抑制，其中在0.2 kg/株的生物炭用量下，烤煙整個(gè)生育期生長發(fā)育表現(xiàn)最好[15]。邵慧蕓等[16]研究表明，生物炭對(duì)烤煙不同生育期農(nóng)藝性狀的影響不同，施用生物炭比不施用生物炭還苗期煙草的葉片數(shù)無顯著變化，但煙草的株高、最大葉面積均增加;生物炭處理提高了團(tuán)棵期煙草的葉片數(shù)、株高、最大葉面積。生物炭處理可促進(jìn)采烤期煙株生長，表現(xiàn)為移栽后120 d，株高增加了11.81 cm，莖圍增加了0.74 cm，可采烤葉片數(shù)平均增加了1.21片[17]。生物炭對(duì)烤煙不同部位葉片影響不一致，增施生物炭能夠有效擴(kuò)展煙株中上部煙葉面積，其中對(duì)中部煙葉擴(kuò)展效果顯著[18]。也有研究表明，施用生物質(zhì)炭能增加烤煙株高、葉片數(shù)和葉寬，但是處理間沒有達(dá)到顯著差異水平[19]。

1.2 烤煙干物質(zhì)積累

研究表明，施用適量的生物炭雖然抑制烤煙前期生長，但顯著促進(jìn)烤煙旺長期后的生長，最終提高烤煙干物質(zhì)量，尤其是提高根的干物質(zhì)量[18，20-24]。不同生物炭施用量對(duì)烤煙干物質(zhì)積累影響不一樣，土壤中添加適量生物炭（0.2%～1.0%）其根系生物量與根冠比隨生物炭添加量的增加而增加，其中以添加量5.0%時(shí)烤煙根系生物量及根冠比最高[13]。生物炭與低量有機(jī)肥（70% 氮磷鉀復(fù)合肥+ 30%芝麻餅肥） 配施，一定程度地增加了煙草生育期干物質(zhì)積累量[25]。

1.3 烤煙N、P、K元素吸收

根區(qū)穴施生物炭能夠較好地促進(jìn)煙株對(duì)鉀元素的吸收，不同生物炭用量處理的煙株根、莖和葉3個(gè)部位的鉀含量均有上升趨勢，但在較高的生物炭施用量下（0.3 kg/株），煙株葉片氮的含量呈現(xiàn)出了一定的下降趨勢。根區(qū)穴施生物炭也能夠促進(jìn)煙株根、莖和葉對(duì)磷的吸收，其中0.2 kg/株的施用量表現(xiàn)最好[15]。生物炭對(duì)不同時(shí)期烤煙營養(yǎng)元素吸收的作用不一樣，能夠增加烤煙生長后期根、莖、葉各器官的氮和鉀含量，但在烤煙生長前期施用生物炭煙株根中的氮和鉀含量呈現(xiàn)出一定的下降趨勢。施用生物炭增加了烤煙生長后期煙株根系中磷的含量，但煙株葉和莖中的磷含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。施用生物炭促進(jìn)了平頂期烤煙氮素和鉀素的累積。不同生物炭施用量的試驗(yàn)表明，在高生物炭用量下（3 000 kg/hm2），煙株體內(nèi)氮和鉀的累積量最大，但在根系中的氮累積量最小[26]。也有研究表明，與施純氮相比，生物炭與氮肥處理提高了煙葉氮、鉀含量，而對(duì)煙葉磷含量無明顯影響[27]。

1.4 烤煙生理特性

研究表明，施用生物炭后，還苗期和團(tuán)棵期煙葉的葉綠素含量總體均降低[16]，但有利于成熟期煙葉色素的積累[28]。龔絲雨等[18]研究認(rèn)為增施生物炭能提高生育期間煙葉內(nèi)部質(zhì)體色素含量，降低烤后煙葉葉綠素含量和提高類胡蘿卜素含量。與常規(guī)施肥相比，添加生物炭顯著增加了煙葉葉綠素a + b 和類胡蘿卜素的含量，顯著提高了煙株根系活力; 在生物炭添加條件下，減少常規(guī)施氮量的10%～20%并沒有顯著影響煙株生長及煙葉葉綠素a + b含量、類胡蘿卜素含量、凈光合速率、煙株根系活力[29]。不同生物炭用量對(duì)葉綠素含量影響不一致，在煙株生長中后期，葉綠素含量差異顯著，施用生物炭量最多的處理（1 500 kg/hm2）葉綠素含量最高[30]。

韓毅等[25]研究表明，生物炭與低量有機(jī)肥配施，成熟期顯著提高了煙葉SOD、CAT活性。薛超群等[31]通過田間試驗(yàn)研究了生物炭用量（0、300、600和900 kg/hm2）對(duì)烤煙煙葉凈光合速率的影響，結(jié)果表明，隨著生物炭用量的增加，煙葉凈光合速率明顯升高。也有研究認(rèn)為，施用生物炭對(duì)煙葉光合作用無明顯影響，但在Gi、Gm 和生物炭共同作用下煙葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及水分利用率顯著提高，煙葉胞間二氧化碳濃度顯著下降，促進(jìn)了煙葉的光合作用[32]。張嘉煒等[33]研究了生物炭對(duì)烤煙碳氮代謝的影響，超微結(jié)構(gòu)分析表明，中部葉成熟早期，不施生物炭處理的煙葉淀粉粒積累較多，隨著葉片成熟降解更快;基因表達(dá)分析顯示，打頂后，糖、淀粉代謝相關(guān)基因表達(dá)逐漸增強(qiáng)，氮代謝相關(guān)基因的表達(dá)減弱;中部葉成熟后期，添加生物炭越多，相關(guān)基因表達(dá)越強(qiáng)。

1.5 烤煙病蟲害發(fā)生

連續(xù)施用生物炭能降低烤煙黑脛病的發(fā)病率（降低2.78%～8.33%） 及病害指數(shù)（降低1.39%～4.40%），但其對(duì)病害的抑制作用隨著連作時(shí)間的延長逐年降低[23]。施用生物炭的處理黑脛病病情指數(shù)要明顯低于不施用生物炭的處理[12]。

2 生物炭對(duì)烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

2.1 烤煙經(jīng)濟(jì)性狀

研究表明，在一定范圍內(nèi)，烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值均隨著生物炭施用量增加而增加[10，12，17-18，34-36];有研究認(rèn)為，生物炭用量600 kg/hm2的煙葉純收益最高[19，31];也有研究認(rèn)為，常規(guī)施肥配施生物炭9 000 kg/hm2 的處理效果最好[37]。不同原料制作的生物炭試驗(yàn)表明，與不施用生物炭對(duì)比，施用生物炭的處理煙葉產(chǎn)量明顯增加，其中煙葉生物炭處理產(chǎn)量最高達(dá)2 517.61 kg/hm2，顯著高于對(duì)照;煙葉生物炭、煙桿生物炭和玉米秸稈生物炭處理分別比對(duì)照增產(chǎn)9.62%、7.92% 和6.94%;上等煙比例分別比對(duì)照處理增加了6.76、4.05 和1.69 百分點(diǎn);產(chǎn)值分別比對(duì)照增加0.74萬、0.63萬和0.53萬元/hm2[11]。不同土壤類型上施用生物炭試驗(yàn)表明，施用生物炭后水稻土和紫色土烤煙分別最高增產(chǎn)52.94%和122.75%[38]。連續(xù)施用生物炭烤后煙葉的上等煙增加2.60%～8.91%、中上等煙比例增加0.51%～3.67% 及經(jīng)濟(jì)性狀各指標(biāo)產(chǎn)值增加2 485.64～6 216.13元/hm2，但隨著連作時(shí)間的延長上述指標(biāo)均逐漸下降[23]。

2.2 烤煙感官評(píng)析

煙葉感官質(zhì)量隨生物炭施用量增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢[10]。適量添加生物炭可以改善烤后煙葉單料煙評(píng)吸質(zhì)量[39]，生物炭9 000 kg/hm2 條件下，減純氮10%則降低單料煙感官質(zhì)量[37]。

2.3 烤煙外觀品質(zhì) 研究表明，生物炭對(duì)煙葉外觀產(chǎn)生一定影響，能提升顏色、成熟度和結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)，煙葉油分隨著生物炭用量增加呈下降趨勢[10]。在常規(guī)施肥條件下，研究添加不同生物炭用量對(duì)烤后煙葉外觀品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，常規(guī)施肥處理并施加生物炭600 kg/hm2 可在一定程度上提高煙葉的外觀質(zhì)量[40]。

2.4 烤煙物理特性 研究表明，與不施用生物炭相比，生物炭處理可以提高煙葉填充值和彈性，改變單葉重和葉質(zhì)重[17]。

2.5 烤煙化學(xué)成分

2.5.1 常規(guī)化學(xué)成分。

研究表明，施用生物炭能提高煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，降低了煙葉煙堿含量、提高了煙葉鉀含量，降低氯含量，改善煙葉品質(zhì)，但過量施用生物炭抑制烤煙生長，降低煙葉品質(zhì)[20，24，37，39，41]。王晶等[42]研究表明，300 kg/hm2處理的糖堿比和氮堿比相對(duì)較好，其化學(xué)成分相對(duì)協(xié)調(diào)。也有研究認(rèn)為，施用生物炭在一定程度上降低了煙葉總糖及還原糖含量，提高總氮、煙堿含量[10，17]。生物炭在不同時(shí)期對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響不一樣，在前期增加煙葉還原糖、總糖、淀粉含量而后期則降低其含量，對(duì)于總氮及氯的影響較小，使煙葉化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)[43-44]。生物炭與有機(jī)肥配施可更好地改善烤后煙葉化學(xué)品質(zhì)，研究表明，生物炭和菜籽餅配施對(duì)烤煙化學(xué)品質(zhì)的改善效果顯著，能有效增加烤后煙葉的總氮、鉀、還原糖含量，提高糖堿比和氮堿比，降低淀粉和煙堿含量[35]。生物炭對(duì)不同部位煙葉化學(xué)成分影響不一樣，其中增施高碳基土壤修復(fù)肥可降低中部煙葉煙堿含量和氯含量，煙葉總氮、還原糖和鉀含量增加，糖堿比以增施1 050、2 100 kg/hm2 的高碳基土壤修復(fù)肥較適宜[45]。龔絲雨等[18]研究認(rèn)為增施生物炭能顯著提高上、中部煙葉的總糖含量，降低煙堿含量，使化學(xué)成分更協(xié)調(diào)。張嘉煒等[33]認(rèn)為生物炭能夠提高上部煙葉鉀氯比以及中部煙葉總糖、還原糖、鉀含量、糖堿比和鉀氯比。劉先良等[32]通過田間試驗(yàn)研究了生物炭和AM真菌對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分的影響，結(jié)果表明，Gi、Gm 和生物炭共同作用能改善烤煙中化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，提高煙葉品質(zhì)。

2.5.2 中性香氣物質(zhì)。生物炭處理顯著提高了煙葉中石油醚提取物的含量，提高了烤后煙葉中類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物、新植二烯及致香物質(zhì)總量[24]，但是不同的用量其影響不一樣，在一定范圍內(nèi)隨著生物炭用量增加，香氣物質(zhì)含量增加。王晶等[42]對(duì)撫州煙區(qū)不同施炭量下煙葉香氣物質(zhì)進(jìn)行了分析比較，結(jié)果表明，施炭量300 kg/hm2處理的煙葉其類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、苯丙氨酸類降解產(chǎn)物、新植二烯的含量及中性致香物質(zhì)總量均高于其他處理，該處理的香氣指數(shù)B值也高于其他處理。張園營等[30]研究表明，當(dāng)施用750 kg/hm2 生物炭時(shí)，相比于常規(guī)施肥，石油醚提取物含量增加了12%，中性致香物質(zhì)總量最高;施用1 125 kg/hm2 的處理次之。劉先良等[32]通過田間試驗(yàn)研究了生物炭用量（0、300、600 和900 kg/hm2）對(duì)香味物質(zhì)含量的影響，結(jié)果表明，隨著生物炭用量的增加，煙葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、芳香族氨基酸降解產(chǎn)物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）升高;煙葉類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、總香味物質(zhì)含量先升高再降低;生物炭用量600 kg/hm2的煙葉類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量、芳香族氨基酸降解產(chǎn)物含量、總香味物質(zhì)含量美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量較高。

3 小結(jié)與展望

生物炭由于其自身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，可直接使用或通過與其他有機(jī)或無機(jī)肥配合使用作為煙草專用肥料或植煙土壤的改良劑、重金屬和農(nóng)藥污染植煙土壤的修復(fù)劑。在煙草的應(yīng)用上已經(jīng)表明，適量的生物炭可以促進(jìn)烤煙的生長發(fā)育、干物質(zhì)的積累，促進(jìn)產(chǎn)量與品質(zhì)的提升。未來如何將生物炭進(jìn)一步應(yīng)用到煙草行業(yè)，主要研究方向有以下2個(gè)方面：①找到最適合煙葉生產(chǎn)的生物炭原料?？梢杂脕碇谱魃锾康脑嫌泻芏啵缃斩?、煙桿等，不同原料制作的生物炭其特性不一致，如何才能找到最適合煙葉生產(chǎn)的生物炭原料需要進(jìn)行廣泛的研究。比如全國煙草行業(yè)每年有100萬hm2以上的植煙面積，能否將這些煙田產(chǎn)生的煙草秸稈進(jìn)行科學(xué)處置，高效地轉(zhuǎn)換為適合煙葉生產(chǎn)的生物炭原料是值得去研究的課題。②探索生物炭與煙草套餐肥料最佳配比。由于全國各產(chǎn)區(qū)氣候、土壤各異，結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件探索生物炭與煙草套餐肥料施用的最佳配比，然后大范圍的推廣應(yīng)用，形成規(guī)?；?yīng)，也是未來需要努力的方向。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年

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