孔明，王铎，李杰，李正伟，张智俊，孔德旬，杨松兵，陈燕，白羽祥，王戈

（1.云南农业大学烟草学院，云南 昆明 650201；2.云南省烟草公司昆明市公司，云南 昆明 650051）

烤烟忌连作，但由于耕地面积限制和经济效益驱使，我国烤烟连作现象呈逐年发展态势［1］。据统计，我国至少有40×104hm2的植烟土壤存在连作现象，约占我国植烟总面积的30% ～60%，造成土壤环境急剧恶化［2］。另一方面，大量烟草秸秆的不合理利用同样导致环境污染和病虫害加剧，并与连作障碍共同制约着烟草产业的发展。

前人研究表明，随着连作年限的增加，烟株在大田生长后期的株高、茎围等农艺性状指标均会下降，同时，连作条件下烟株根系发育也会受到较大的抑制［3，4］。有研究发现，与轮作种植模式相比，连作烤烟叶片总氮、烟碱含量偏高，产量、中上等烟比例也均低于轮作种植烤烟［5］。娄翼来等［6］研究表明，连作可显著降低植烟土壤pH值，同时，烤烟长期连作会使土壤中的某一种或者几种营养元素长期大量损耗，而其它营养元素则随连作年限的增加大量积累，使得土壤养分严重失调，进而影响烟株的生长发育［7］。另外，白羽祥等［8］在对比研究连作4、6、8、14、16年植烟土壤细菌群落时发现，短期连作（6年以下）对植烟土壤细菌群落结构影响较小，但连作达到8年以上时细菌群落结构会发生剧变，连作14、16年的植烟土壤，细菌丰富度及多样性也会显著降低。

近年来，生物质炭因其巨大的比表面积和强吸附性被广泛应用在植烟土壤修复方面［9，10］。生物质炭是指在绝氧或限氧条件下，农田废弃物等生物质经过高温热解炭化而成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质［11］。其孔隙结构极其发达，含氧活性基团十分丰富［12，13］。大量研究表明，生物质炭不仅可以改良土壤物理特性［14］、提高土壤肥力［15，16］，调节土壤pH值［17］，其特殊的结构组成还能通过增加土壤微生物的生理活性对其群落结构产生影响［18］。此外，张继旭等［19］研究表明，生物质炭的施用能够有效提高土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性。施用生物质炭可以促进烟株根系的伸长生长［20］，进而影响整个烟株的生长发育。王毅等［21］的研究也表明生物质炭能通过改善植烟土壤环境对烟叶产质量进一步产生影响。

现今，由于长期连作引发一系列土壤健康问题，严重制约着土壤的可持续利用及稳定、高效产出。近年来，生物质炭在农业土壤环境改良方面的应用效果已然成为国内外研究热点，但利用烟秆生物质炭消减烤烟连作障碍的机理尚不清楚。基于此，本研究以烟秆生物质炭施用量为因素，通过对比不同烟秆生物质物炭施用量下的连作烤烟全生育期农艺性状、光合特性及产质量指标，初步探讨连作烤烟对烟秆生物质炭施用的响应，进而明确连作烤烟最佳的烟秆生物质炭施用量，以期为今后利用生物质炭缓解烤烟连作障碍提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2019年4—9月在云南省昆明市宜良县竹山镇（24°37′58″N，103°7′51″E，海拔1 650 m）进行。供试土壤为连作6年的红壤土，试验地平坦，墒面向阳，排水良好。土壤基础理化性质：有机质18.65 g/kg、水解氮72.54 mg/kg、有效磷11.92 mg/kg、速效钾162.25 mg/kg，pH值5.37。

1.2 试验材料

供试烤烟品种K326，由云南省烟草公司昆明市公司提供，4月22日采用膜下小苗移栽方式移栽。烟秆生物质炭由昆明市禄劝生物质炭厂采用鲜烟秆经600℃炭化6 h制得。烤烟于起垄前条施烟草专用复合肥（N∶P2O5∶K2O=12∶14∶24）610 kg/hm2为基肥，并于移栽后25 d内分3次对水浇施烟草专用追肥（N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30）360 kg/hm2。

1.3 试验设计

以不同烟秆生物质炭施用量为因素，共设4个处理，分别为A1（0 g/株）、A2（80 g/株）、A3（160 g/株）、A4（240 g/株）。随机区组排列，重复3次。小区面积60 m2，每小区种植100株，行株距120 cm×50 cm。试验田四周设保护行。栽培管理措施均按照当地常规优质烟叶生产技术措施规范进行，确保各品种生长正常、科学烘烤。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 生育期观察记载 按烤烟生育期调查标准准确记录移栽期、团棵期、现蕾期、中心花开放期、脚叶成熟期、顶叶成熟期时间。

1.4.2 烟株农艺性状调查 于移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010烟草农艺性状调查测量方法调查农艺性状，内容包括株高、茎围、有效叶片数、最大叶长、最大叶宽。

1.4.3 SPAD值测定 于移栽后30、60、90 d用SPAD-502型叶绿素测定仪测定各处理中部叶叶绿素含量。

1.4.4 光合特性测定 移栽后60 d，于晴朗天气9∶00—12∶00，每个小区选5株长势一致烤烟，在每株中部定点选取1片叶，用软毛刷刷去叶面灰尘，用LI-6400型便携式光合作用仪测定其最大净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率。设置光合有效辐射（PAR）为1 500μmol/（m2·s），CO2注入系统设定为400μmol/mol，气体流速为500 mm/s，叶温为25℃。

1.4.5 烤烟经济性状调查 于烘烤结束后，按照42级国家烟叶分级标准分级、计产。依据2019年云南省烟草公司昆明市公司烤烟收购价格计算产值、均价及统计中上等烟比例。

1.4.6 烤后烟叶外观质量调查 于烘烤结束后，每处理采集C3F等级烟叶各1 kg，依据国家标准GB 2635—92进行烤烟外观质量鉴定，内容包括颜色、成熟度、结构、身份、油分、色度，并依据烟叶外观质量评分标准［22］为各处理烟叶评分。

1.4.7 烤后烟叶化学成分分析 于烘烤结束后，每处理采集C3F等级烟叶各1 kg进行化学成分分析。总糖和还原糖含量参照YC/T 159—2002进行测定；烟碱含量参照YC/T 160—2002进行测定；总氮含量参照YC/T 161—2002进行测定；钾含量参照YC/T 217—2007进行测定；氯含量参照YC/T 162—2002进行测定；淀粉含量参照YC/T 216—2007进行测定。计算糖碱比（还原糖/烟碱）、氮碱比（总氮/烟碱）及钾氯比（钾/氯）。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2013对数据进行处理和作图，用SPSS 23.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 烟秆生物质炭施用对连作烤烟生育期的影响

由表1可看出，随着烟秆生物质炭施用量的逐渐增加，各生育期均呈不同程度的延长趋势，其中以A3、A4处理较为明显。

表1 烟秆生物质炭施用对连作烤烟生育期的影响 （月/日）

2.2 烟秆生物质炭施用对连作烤烟农艺性状的影响

2.2.1 对连作烤烟株高的影响 由图1可看出，在烤烟生长前期，随着生物质炭施用量的增加，各处理株高呈先升高后降低的趋势。移栽后30 d，A2处理株高最高，A3次之，A1、A4间无显著差异；移栽后60 d，A3处理表现较优，A2显著高于A1、A4，A1、A4表现最差；移栽后90 d，A2、A3处理间无显著差异，且均优于A1、A4。以上结果说明施入适量烟秆生物质炭（80、160 g/株）可明显促进连作烟田烟株生长，过量施用则有抑制生长的趋势。

图1 烟秆生物质炭施用对连作烤烟株高的影响

2.2.2 对连作烤烟茎围的影响 由图2可看出，移栽后30 d，A3处理茎围最粗，A2次之，A1、A4间无显著差异；移栽后60 d和90 d，A2、A3处理均显著高于A1、A4处理，且A2、A3间和A1、A4间均无显著差异。整体来看，160 g/株的烟秆生物质炭施用量更有助于连作烟田烟株茎秆细胞分裂增殖。

图2 烟秆生物质炭施用对连作烤烟茎围的影响

2.2.3 对连作烤烟有效叶片数的影响 由图3可看出，烤烟移栽后30 d和60 d，烟株有效叶片数随烟秆生物质炭施用量的增加呈先升高后降低的趋势。移栽后30 d，以A3处理有效叶片数最多，A2次之，A1、A4较差；移栽后60 d，仍以A3处理表现最优，A2、A4间无显著差异，A1最差；移栽后90 d，各处理有效叶片数均趋于一致。这说明前中期适量的烟秆生物质炭（160 g/株）施用能明显促进连作烤烟开片，生长后期则无显著增益效果。

图3 烟秆生物质炭施用对连作烤烟有效叶片数的影响

2.2.4 对连作烤烟最大叶长的影响 由图4可看出，烤烟移栽后30 d，A2、A3处理的最大叶长显著高于A1、A4，且A2、A3间和A1、A4间均无显著差异；移栽后60 d，则以A3处理表现最优，且A1、A2、A4间均无显著差异；移栽后90 d，各处理间最大叶长均趋于一致。这说明施用160 g/株的烟秆生物质炭对烤烟前中期叶片伸长促进作用明显，而生长后期则无显著效果。

2.2.5 对连作烤烟最大叶宽的影响 由图5可看出，移栽后30 d，A2处理最大叶宽显著高于其它处理，A3次之，A1、A4较差；移栽后60 d和90 d，均以A3处理表现最优，A2、A4间无显著差异，A1最大叶宽最小。这说明80 g/株的烟秆生物质炭施用量可显著促进连作烤烟生长前期叶片拓宽，而施用量160 g/株则对中后期叶片促生作用明显。

图4 烟秆生物质炭施用对连作烤烟最大叶长的影响

图5 烟秆生物质炭施用对连作烤烟最大叶宽的影响

2.3 烟秆生物质炭施用对连作烤烟SPAD值的影响

由图6可看出，各时期叶片的SPAD值均随烟秆生物质炭施用量的增加呈先升后降的趋势。移栽后30 d和60 d，均以A3处理SPAD值最高，A2、A4次之，A1最差；移栽后90 d，A2、A3处理显著高于其它处理，且两者间无显著差异，A1显著高于A4。这说明160 g/株的烟秆生物质炭施用量最有利于连作烤烟叶片叶绿素含量的累积。

图6 烟秆生物质炭施用对连作烤烟SPAD值的影响

2.4 烟秆生物质炭施用对连作烤烟光合特性的影响

由表2可知，随着烟秆生物质炭施用量的增加，烤烟净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率均呈先升高后降低的趋势，而胞间二氧化碳浓度则与之相反。具体来看，净光合速率表现为A3＞A2＞A4＞A1；各处理间气孔导度均无显著差异；胞间二氧化碳浓度以A1处理最高，A2、A4次之，A3最低；蒸腾速率，A3处理显著高于其它处理，且A1、A2、A4处理间均无显著差异。综上，烟秆生物质炭的施用对烤烟净光合速率、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率增益作用明显，而对气孔导度无显著促进效果，且整体以160 g/株的烟秆生物质炭施用量最有利于连作烤烟的光合作用。

表2 烟秆生物质炭施用对连作烤烟光合特性的影响

2.5 烟秆生物质炭施用对连作烤烟经济性状的影响

由表3可知，随着烟秆生物质炭施用量的增加，各处理在经济性状指标方面均呈现先升高后降低的趋势。具体来看：A2处理的产量最高，达2 423.13 kg/hm2，A3、A1次之，A4最低；均价方面，以A3处理表现最优，A1最差，A2、A4间无显著差异；产值表现为A3＞A2＞A4＞A1；中上等烟比例，A3处理最高，A2次之，A1、A4中上等烟比例较低。这表明80 g/株的烟秆生物质炭施用量可显著提高连作烤烟产量，而施用量为160 g/株的处理则有最高的均价、产值及中上等烟比例。

表3 烟秆生物质炭施用对连作烤烟经济性状的影响

2.6 烟秆生物质炭施用对连作烤烟外观质量的影响

由表4可知，颜色方面，各处理均为橘黄，且以A3处理得分最高，A4、A2次之，A1稍差；成熟度，A3、A2处理表现较优，A1、A4成熟度较低，且A3、A2间和A1、A4间得分均无显著差异；对于结构来讲，A1处理为尚疏松，A2—A4处理均为疏松，且以A2分值最高，A3、A4次之，A1最差；身份方面，A1处理稍薄，A2—A4处理均为中等，其中A2分值最高，A3次之，A4、A1间无显著差异；油分和色度方面，A3处理均最优，A1最差，A2、A4间无显著差异。综合来看，各处理总分表现为A3＞A2＞A4＞A1。该结果说明，烟秆生物质炭可显著提高连作烤烟外观质量，且外观质量分值随施用量的增加呈先升后降的趋势，其中以160 g/株的处理增益效果最优。

表4 烟秆生物质炭施用对连作烤烟外观质量的影响

2.7 烟秆生物质炭施用对连作烤烟化学成分的影响

一般认为，云南优质烟叶的烟碱含量要求达到1.5% ～3.5%、总氮1.5% ～3.5%、总糖25% ～27%、还原糖16% ～18%、氯1%以下、钾2%以上、淀粉8%～10%、糖碱比10～15、氮碱比1、钾氯比4～10为宜。由表5可看出，总糖和烟碱含量，均以A2处理表现最为适宜；A3、A4处理的总糖显著高于其它处理，A1最低；A2处理的烟碱含量最高，A3、A4次之，A1最低。还原糖，A3处理最高，A4次之，A1、A2较低，但后二者均处于优质烟叶还原糖含量范围内。总氮、氯含量、钾含量、糖碱比及钾氯比，均以A3处理表现最优。具体来看：A3处理的总氮和钾含量最高，A1最低，而A2、A4间无显著差异；氯含量，A1处理最高，A2、A4次之，A3最低；糖碱比，A3处理最高，A2最低，A1、A4间无显著差异；钾氯比则表现为A3＞A4＞A2＞A1。淀粉含量和氮碱比，均以A4处理表现最优。具体来看：淀粉含量表现为A4＞A3＞A2＞A1；而A2、A4处理的氮碱比较低，A1、A3较高，且A2、A4间和A1、A3间均无显著差异。综合来看，160 g/株的烟秆生物质炭施用量最有利于连作烤烟化学成分的平衡。

表5 烟秆生物质炭施用对连作烤烟化学成分的影响

3 讨论与结论

连作会导致土壤容重升高，孔隙度减小，含水量降低，土壤pH值降低，土壤养分流失，进而影响烤烟生长。生物质炭作为新兴的优质土壤改良剂，在植烟土壤保育、消减作物连作障碍等方面具有显著作用。张福建［23］通过施用生物质炭缓解辣椒连作障碍的研究结果发现，在辣椒连作土壤中添加适量的生物质炭可显著促进辣椒生长发育，并优化其根际土壤环境。杨莉等［24］通过在连作人参土壤中增施生物质炭发现，施用生物质炭显著增加土壤养分和酶活性，其中增幅最大的为速效钾。周孚美等［25］研究表明，在连作烤烟移栽前穴施12 000 kg/hm2稻壳炭可显著提高烤烟农艺性状及产质量指标，且未发现生物质炭的任何不利影响。刘术均等［26］研究表明，生物质炭处理的同叶位茄子叶片的叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总量及定植后的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均高于对照，而胞间CO2浓度却低于对照，定植后60 d和90 d时达到显著差异，说明生物质炭处理可增加茄子叶片叶绿素含量，提高其净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。王欢欢等［27］研究发现，施用2 400 kg/hm2的生物质炭，SPAD值可提高57.68%，净光合速率可提高77.32%，这可能和根系生理特征及叶绿素含量有关，即生物质炭的施用可保障光合作用所需的矿质营养、水分、酶等物质的充分供应，进而优化光合特性的相关指标，为产质量的形成打下坚实基础。

本试验初步研究了施加生物质炭对烤烟连作障碍的消减作用，结果表明生物质炭施加对烤烟的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和有效叶片数均有一定程度的促进作用，且整体以160 g/株的施用量效果最佳。但在烤烟生长后期，各处理有效叶片数及最大叶长均无显著差异，其原因可能为生物质炭在烤烟生长前中期对土壤理化性质、土壤酶活性以及微生物群落结构影响较大，对生长发育起到正向作用，而后期生物质炭对叶片数及叶片长度的调控作用较弱，导致各处理叶片数及叶片伸长程度趋于一致［28］。叶绿素在烟株光合作用中起着重要作用，且其含量与降解产物的积累量、烟叶的外观质量和内在品质密切相关［29］。本试验发现，施用160 g/株的烟秆生物质炭可显著提高烤烟SPAD值和光合特性指标，且最有利于产质量的形成。本试验还发现，生物质炭施用过量会产生抑制烤烟生长的趋势，这可能与生物质炭的理化性质有关，即生物质炭具有较高的含碳量，矿物养分含量低，如果施用量过多，则会影响作物对土壤养分的吸收，进而影响烤烟的生长发育。

综上，施用烟秆生物质炭可在烤烟生长发育和产质量方面消减烤烟的连作障碍，其中整体以160 g/株的施用量效果最为显著。