张瑞平 郭伟 李玉娥 齐奎元 金江华 刘鹏飞

摘要：为探究不同用量的生物炭和保水剂对土壤状况及烟草品质的影响，以云烟100为供试材料。采用大田试验，以2个生物炭用量（30、50g/株）和2个保水剂用量（5、10g/株）组合成4个处理。结果表明，施用生物炭和保水剂可以使土壤中的含水率保持较高的水平，T2处理（生物炭50g/株和保水剂5g/株）10cm和20cm土壤含水率均处于较高水平。施用生物炭和保水剂后，各个处理均可增加土壤pH值及旺长期烟叶的SPAD值；各处理总糖含量较CK分别增加了1.30、8.37、3.81、5.30百分点；还原糖含量较CK分别增加了0.90、5.62、2.03、3.90百分点；其中T2处理的糖碱比和钾氯比较CK分别增加了19.89%和5.79%；生物炭和保水剂可有效提高烟叶中性致香物质总量和感官评吸质量得分，均以T2处理最高，较CK分别增加39.55%和3.52%。生物炭和保水剂配施对改善土壤含水率、pH值、烟叶叶绿素含量以及烤后烟叶品质均有较好效果，且当生物炭施用量为50g/株和保水剂施用量为5g/株时，烟叶品质最好。

关键词：生物炭；保水剂；土壤含水率；土壤pH值；烟草品质

中图分类号：S572.06文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）10-0072-06

生物炭是一种由木质材料、作物秸秆、城市固体垃圾、畜禽粪便以及水生植物等有机物质经高温裂解而成的一种富含碳素的多孔固体颗粒物质［1］。研究发现，生物炭富含矿物质，不仅可以促进土壤中营养物质的循环［2］，还可以提高土壤的pH值［3］。另外，生物炭还能将土壤中的氮素固定，使其缓慢释放，可有效增加肥效，降低肥料用量，增加农作物产质量［4-6］。李松伟等研究表明，生物炭配施海藻有机肥可增强烟株的光合能力，增加其抗氧化和渗透调控能力［7］。王希贤等研究表明，生物炭配施氮肥能使鼓节竹的叶绿素含量显著增加，使其叶片的光合作用得到明显改善，进而促进鼓节竹的生长［8］。阎海涛等研究表明，生物炭和微生物菌剂配施不仅对烟株生长有明显的促进作用，而且对烟叶中的总糖含量、还原糖含量以及中性致香物质总量均有明显的提升作用［9］。

保水剂是一种高吸水性树脂，具有极高的吸水性和保水性，在土壤中可快速吸收大量的水分，并能缓慢地将水分排出以供作物吸收，从而达到保水抗旱的作用［10］。保水剂能显著提高土壤含水率、化肥利用率［11-12］。保水剂的适量施用可以提高烟叶中叶绿素的含量和平衡雪茄烟叶中的大、中、微量元素［13-14］。保水剂对提高烟草抗旱能力、抗病性以及烤后烟叶质量均有显著作用［15］。另有研究得出，保水剂还可以将土壤中的水分维持在表层，降低土壤中水分的渗入，有利于烟苗的移栽和成活［16-18］。

生物炭和保水剂作为2种土壤改良剂对于植物的促进作用，已经被越来越多的试验所证实，但大多数研究都是分别对农作物生理特性的初探，而对生物炭与保水剂配施作用的研究鲜有报道。目前，人们仅在玉米［19］、油菜［20］和火鹤花［21］上有过类似研究。本试验主要研究不同用量的生物炭和保水剂对土壤含水率、土壤pH值以及烟草品质的影响，这对改善干旱条件下烟株生长以及研究生物炭与保水剂之间的联合作用效果具有重要意义。

1材料与方法

1.1试验地概况及试验材料

本试验于2021年4—9月在云南省曲靖市羅平县阿岗镇（104°13′E，25°17′N，海拔1900m）试验田内进行，供试烤烟品种为云烟100。供试土壤为云南典型地带性红壤土，有机质含量46.52g/kg，碱解氮含量145.33mg/kg，速效磷含量30.45mg/kg，速效钾含量214.50mg/kg，pH值6.73。

试验所用的生物炭以花生壳为原料制得，购自河南惠农土质保育研发有限公司。保水剂为沃特保水剂，购自胜利油田长安控股集团有限公司，为“有机-无机杂化新型多功能保水剂”。烟草专用基肥由云南欧罗汉姆肥业科技有限公司生产（氮含量15%，磷含量8%，钾含量25%）；农业用硫酸钾为国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产。

1.2试验设计

本试验共5个处理：CK（常规施肥）、T1（常规施肥+生物炭30g/株+保水剂5g/株）、T2（常规施肥+生物炭50g/株+保水剂5g/株）、T3（常规施肥+生物炭30g/株+保水剂10g/株）、T4（常规施肥+生物炭50g/株+保水剂10g/株）。常规施肥为烟草专用基肥和农业用硫酸钾，每株烟施用烟草专用基肥50g，硫酸钾40g，均为穴施。4月25日移栽，每个处理150株烟，设3次重复，随机区组排列，其他处理同常规田间管理，8月底完成采收。

1.3测试项目及方法

1.3.1土壤含水率的测定

从烟苗移栽后每隔5d使用快速土壤水分测定仪在2个烟株间的垄体上进行测量（分别测定土壤10cm和20cm深处），直至进入当地雨季降水结束后停止测量。

1.3.2土壤pH值的测定

将土样经过晾晒风干后参照文献［22］的方法进行土壤pH值的测定。

1.3.3叶绿素含量（SPAD值）的测定

移栽后40d在试验田选择5株具有代表性的烟株，参考文献［23］，从上往下选取第8张叶代表中部叶，用SPAD-502手持式叶绿素测定仪选取叶中部，每隔7d记录1次烟叶SPAD值，读取时间均在晴天的10：00以前或16：00以后。

1.3.4烟叶常规化学成分的测定

采用连续流动法［24］测定烟叶中总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾、氯等的含量。

1.3.5主要中性致香物质的测定

中性致香物质的测定参考文献［25］，采用同时蒸馏萃取法进行测试分析，萃取剂为二氯甲烷。称取20.00g烟样及600mL水置于平底烧瓶中，准确量取40mL二氯甲烷放在另一侧的烧瓶内，并加入内标溶液1mL。萃取浓缩后使用HP-5890（日本岛津公司）气质联用仪进行测定。

1.3.6感官质量

选取烤后烟叶C3F等级进行烟叶感官质量评价，由吉林烟草工业有限责任公司技术研发中心完成。

1.4数据处理

利用Excel2016、SPSS26.0和Origin2018统计工具对试验数据进行统计分析和图表制作。

2结果与分析

2.1生物炭和保水剂用量对土壤含水率的影响

由图1可知，各处理10cm土壤含水率整体表现为在移栽后15～30d小幅度升高，之后又缓慢下降。移栽后15d，T3和T4处理的土壤含水率相差不大，CK、T1和T2处理的土壤含水率无显著性差别，但显著高于T3和T4处理（P<0.05）。移栽后30d，CK的土壤含水率降低了18.21%，除CK外，各处理的土壤含水率均有所升高；可能是因为在30d前有降雨，保水剂能吸收大量水分，使水分缓慢释放；而CK水分散失较多，则是因为土壤蒸发所致。进入旺长期后，烟株快速生长，各处理的土壤含水率均有所下降，此时土壤蒸发是最主要的水分流失。移栽后60d，T2处理的土壤含水率最高，较CK高出27.73%，且显著高于其他处理。移栽后75d，4个处理的土壤水分含量均显著高于CK，说明生物炭和保水剂与基肥穴施可有效吸水和保水，满足烤烟生长的用水需求。

由图2可知，各处理20cm土壤含水率表现为前期较高，30d后开始缓慢下降，与10cm土壤含水率整体变化基本一致。移栽后15d和30d，CK和T3处理存在土壤含水率低于45%的情况，尚未满足烤烟正常的用水需求，其他3个处理的土壤含水率均超过47%，保水效果较好。移栽后45d，由于烟株蒸腾作用加强，各处理的土壤含水率均有所下降，其中T2处理的土壤含水率最高，较CK高出12.32%。移栽后60d和75d，各处理的含水量较45d无明显变化，均为小幅度下降。相较于CK，施加了生物炭和保水剂的处理后期下降的趋势更加平缓。在生长后期，10cm和20cm土壤的含水率均以T2处理最高。

2.2生物炭和保水剂用量对土壤pH值的影响

由图3可知，随着移栽天数的增加，不同处理的土壤pH值整体表现为先升高后降低，在各个时期CK的土壤pH值均显著低于施加生物炭和保水剂的处理（移栽后75d的T3处理除外）。移栽后15d和30d，T1、T2、T3与T4处理间土壤pH值差异不显著，且显著高于CK。移栽后45d，施用生物炭和

保水剂处理的土壤pH值均有所增加，其中T2处理的增幅最大，为5.15%。移栽后60d和75d，各处理的土壤pH值稍有所降低，T2处理的土壤pH值依然保持在较高水平，分别较CK高出12.71%、10.02%。表明施加生物炭和保水剂可以显著提高土壤pH值，T2处理的效果较好。

2.3生物炭和保水剂用量对烟叶叶绿素含量（SPAD值）的影响

由图4可知，烟叶SPAD值整体呈现先升高后降低的趋势，移栽后50d，烟叶的SPAD值达到最大，随后缓慢下降。烟株移栽后40d，CK的SPAD值最高，T4处理次之，T3处理最低，4个处理均显著低于CK。移栽后50d，烟株处于旺长期，各处理的烟叶SPAD值大幅度提高，这可能因为测定前期的降水所致。移栽后60d，各处理的烟叶SPAD值均有所降低，其中T2處理的烟叶SPAD值最高，与CK、T1、T3、T4处理差异显著。移栽后70d，各处理的烟叶SPAD值逐渐降低，则是因为打顶后随着氮代谢的减弱而呈下降趋势。

2.4生物炭和保水剂用量对烟叶常规化学成分的影响

由表1可知，施加生物炭和保水剂的处理总糖含量显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理的总糖含量

较CK分别增加1.30、8.37、3.81、5.30百分点；还原糖含量分别增加0.90、5.62、2.03、3.90百分点。在总氮含量方面，T1和T4处理与CK无显著差别，但显著低于T2和T3处理。T3处理的烟碱含量最低，较CK低了0.21百分点，T4处理的烟碱含量最高。对于钾含量而言，施加生物炭和保水剂的各个处理均显著高于CK。T1处理的氯含量最高，其余各处理之间差异不显著。各处理的糖碱比表现为T2处理>T3处理>T1处理>T4处理>CK，其中T2处理的糖碱比为19.89%；T1、T2和T3处理的氮碱比较CK分别增加5.68%、2.27%和10.23%；T2、T3和T4处理的钾氯比较CK分别增加5.79%、15.58%和3.41%。综上来看，生物炭和保水剂配施可改善烤后烟叶的常规化学成分，以T2和T4处理较好。

2.5生物炭和保水剂用量对烤烟中性致香物质成分的影响

由表2可知，施加生物炭和保水剂的4个处理苯丙氨酸类中性致香物质含量表现为T1处理最高，T4处理最低。T1处理的美拉德反应产物中性致香物质含量与CK差不多，其他3个处理与CK相比分别增加了4.87%、21.43%和14.09%。T4处理的类胡萝卜素类中性致香物质含量明显高于其他处理，T3处理含量最低。类西柏烷类中性致香物质含量表现为T2处理>T3处理>T1处理>T4处理>CK，其中T2处理含量最高，较CK增加了125.46%。新植二烯含量、除新植二烯外总量以及中性致香物质总量均以T2处理最高，较CK分别增加了41.00%、31.30%和39.55%。

2.6生物炭和保水剂用量对烤烟感官评吸质量的影响

由表3可知，各处理的香气质、燃烧性和灰分均无明显差异；T2和T3处理的香气量明显高于其他处理，较CK分别增加了11.11%、5.56%。T3处理的浓度最低，刺激性最小（评分最高），劲头最大，但余味干净较舒适。各处理感官评吸质量总分表现为T2>T3>T4>T1>CK，分别较CK增加了3.52%、3.02%、1.51%、1.01%。

3讨论

3.1生物炭和保水剂用量对土壤状况的影响

由于其较大的比表面积和吸附性能，生物炭可以增加土壤的孔隙度，具有较好的保水、保肥作用［26-27］。本研究表明，生物炭和保水剂配施可有效提高10cm和20cm土壤含水率，可为烟株的后续生长提供相应的水分。且随着生物炭施用量的增加，土壤含水率也会增大，这与张立恒等的研究结果［28-29］一致。在生物炭施用量一定时，保水剂用量越多，保水性能越差，这可能是由于保水剂的吸水率增加使土壤微观组织发生变化，导致土壤的孔隙变小，细小的生物质炭颗粒会阻塞土壤的孔隙，从而减少水分的渗透［30］。

研究结果显示，施用生物炭和保水剂后，土壤pH值均有不同程度提高，这与于玲玲等的研究结果［31-32］一致。土壤pH值的变化主要是由于生物炭中的盐离子与土壤中的水分发生反应，导致土壤中H+、Al3+浓度降低，致使土壤pH值升高［26］。

3.2生物炭和保水剂用量对烟草品质的影响

干旱会损害植物叶绿体，不仅会影响叶绿素的合成，还会加速叶绿素分解［33］。试验结果表明，移栽后60～70d，施加生物炭和保水剂处理的SPAD值整体高于对照组，可能是由于生物炭和保水剂可以提高土壤的保水能力，为烟株的生长提供足够的水分，促进肥料的有效利用［34］。本研究表明，在烟株移栽60～70d时，烟株进入旺长后期，生物炭与保水剂配施可以减少叶绿素的破坏和分解，促进光合作用，使烟叶SPAD值升高。生长后期烟叶中的叶绿素大量降解，导致SPAD值降低，其中T2处理效果最好。

生物炭因其具有较高的生物活性，可有效改善土壤微生物环境，并能促进土壤的营养供给，从而使烟草品质得到提高［35-36］。保水剂除能吸收水分外，还能与肥料中的营养物质相结合［37］，可以使肥料中的养分得以充分释放，特别是对K+、NH+4、NO-3有很好的吸附效果［38］，为烟株生长不断提供营养。试验结果表明，施用生物炭和保水剂可以显著提高烟叶中的总糖和还原糖含量［39］，而且钾含量也有不同程度的提高。说明生物炭和保水剂配施可以使烟叶化学成分更为协调，且随着生物炭含量的增加，总糖和还原糖含量也越高，说明生物炭对烟草中淀粉的转化具有促进作用［40］。

新植二烯为叶绿素降解产物，可有效减轻烟气刺激性以及具有醇和烟气（纯正烟气，减少令人不悦的杂气和刺激感）的作用［41］。试验结果表明，生物炭和保水剂处理可以明显提高烟叶中的新植二烯含量以及中性致香物质总量，感官评吸质量得分也均有提高，其中T2处理的感官评吸质量总分较CK增加了3.52%，这与赵铭钦等的研究结果［25］相一致。

4结论

本研究结果表明，将生物炭和保水剂配施可有效提高土壤含水率和pH值，改善土壤养分环境，提升对烟株的水分供应能力；在旺长后期（60～70d），烟叶SPAD值明显增加，使得叶绿素降解产物新植二烯含量以及烟叶中性致香物质总量较CK均明显提升。同时，烟叶中的总糖含量显著增加，可有效调节糖碱比，使化学成分更加协调；烤后烟叶感官评吸质量综合得分较CK均有不同程度的提高，其中T2处理最优。烤后烟叶的化学成分及感官评吸质量最优处理与土壤含水率及土壤pH值较高处理基本一致，说明生物炭和保水剂对土壤水分的改善有利于烟株生长，且对土壤状况与生长状况的改善是同步的。在本试验条件下，以50g/株生物炭和5g/株保水剂配施效果较好。

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