1、1炭 化 烟 草 秸 秆 还 田 对 连 作 植 烟 土 壤 及 烤 烟 生 长 发 育的 影 响彭 五 星 , 谭 慧 , 向 必 坤 , 尹 忠 春 , 孙 玉 晓 , 施 河 丽 *( 湖 北 省 烟 草 公 司 恩 施 州 公 司 , 湖 北 恩 施 445000)摘 要 : 为 了 修 复 连 作 植 烟 土 壤 , 丰 富 生 物 质 炭 在 烟 草 生 产 中 的 生 态 学 效 应 , 加 快 烟 草 废 弃 物 的 综 合 利用 , 选 择 连 作 15 年 、 烟 草 青 枯 病 发 生 严 重 的 植 烟 土 壤 , 通 过 大 田 试 验 , 研 究 了 炭 化 烟 草
2、 秸 秆 对 连 作 植烟 土 壤 理 化 性 状 、 微 生 物 数 量 及 烤 烟 生 长 发 育 的 影 响 。 结 果 表 明 , 在 连 作 植 烟 土 壤 中 添 加1500kg/hm2 炭 化 烟 草 秸 秆 , 有 利 于 改 善 土 壤 理 化 性 质 和 养 分 状 况 , 改 变 土 壤 微 生 物 丰 度 , 进 而 促 进 烤烟 的 生 长 , 提 高 烟 叶 的 产 量 , 增 加 植 烟 的 收 益 。关 键 词 : 炭 化 烟 草 秸 秆 ; 连 作 ; 植 烟 土 壤 ; 烤 烟中 图 分 类 号 :S158Influence of carbonized to
3、bacco straw on continuous cropping tobacco soil and flue-cured tobacco growth and development PENG Wuxing,TAN Hui, XIANG Bikun, YIN Zhongchun,SUN Yuxiao,Shi Heli *(Enshi Tobacco Company of Hubei Province, Enshi, Hubei 445000, China)Abstract: In order to repair the continuous cropping tobacco soil, e
4、cological effects of abundant biomass carbon in tobacco production, accelerate the comprehensive utilization of tobacco waste, selection of continuous cropping 15 years, serious tobacco bacterial wilt of tobacco soil, through field experiments, effects of carbonized tobacco straw on continuous cropp
5、ing of tobacco field soil physical and chemical properties, microbial quantity and the growth and development of tobacco the. The results show that the addition of 1500kg/hm2 in continuous cropping and carbonization of tobacco straw in the soil, improve soil physical and chemical properties and nutr
6、ient status, change the soil microbial abundance, and promote the growth of tobacco, tobacco production, increase the yield of tobacco.Keywords: carbonized tobacco straw; continuous cropping; tobacco soil; flue-cured tobacco生物质炭是指生物有机材料(小薪柴、农作物秸秆、杂草、粪便等生物质) 在缺氧及低氧环境中通过高温裂解后的固体产物,碳含量极高 1。近年来生物质炭引起全球环
7、境学家、土壤学家和农学家越来越多的关注 2 。生物质炭在农业生态系统中的应用研究逐渐增多,在消除土壤污染、改善土壤性能、提高农业系统的生产力方面表现出潜在的应用前景 3。烤烟是我国重要的经济作物,年产烟叶236万吨,相应要产出236万吨烟杆(烟叶和烟杆的产量比为1:1),大量烟杆被丢弃或焚烧掉,严重污染大气环境 4。常年的烟叶生产也造成了烟区土壤养分供应能力降低和土壤微生物环境恶化,致使烟叶产质量降低 5-7。目前,炭化烟草秸秆在烟草生产中的生态效应报道较少。为此,作者在湖北恩施烟区开展了炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤影响的研究,旨在进一步丰富生物质炭的生态学效应,为加快农业废弃物的综合利用提
8、供理论依据。21 材料与方法1.1 供试材料1.1.1 品种及试验地的选择在宣恩县晓关乡古路村进行,选择连作 15 年、烟草青枯病发生严重的黄棕壤烟田进行试验,供试烤烟品种为云烟 87。1.1.2 炭化烟草秸秆研究所用的炭化烟草秸秆为自制,收集自然风干后的烟草秸秆(含水量约 30%)备用,将收集的烟草秸秆堆积成堆,通过厌氧燃烧制备而成。其主要性状为:pH 值为 10.54,有机碳含量为 811.2g/kg,速效氮含量为 12.0 g/kg,速效磷含量为 4.0 g/kg,速效钾含量为 3.5 g/kg。自制的炭化烟草秸秆成本为 1000 元/ 吨。1.2 试验设计试验为单因素 2 水平随机区组
9、设计,3 次重复,每小区植烟 60 株。各处理分别为:T1:常规施肥+1500kg/hm 2炭化烟草秸秆;CK:常规施肥。在施肥前将炭化烟草秸秆均匀撒施到烟田,并用旋耕机将炭化烟草秸秆与 0-30cm 土层土壤进行均匀搅拌,其它主要栽培技术参照“优质烤烟栽培技术规程”执行。1.3 取样和分析测定1.3.1 土壤样品采集分别于烟苗移栽后第 30 天、60 天、90 天、120 天采集根系土样,按照 5 点取样法采集烤烟根系周围 0-20cm 耕层土样,测定土壤中微生物的数量。在采烤结束后采集根系土样,按照 5 点取样法采集烤烟根系周围 0-20cm 耕层土样,测定土壤理化性质。 1.3.1 土壤
10、理化性质测定采集的土壤样品自然风干后,按照常规方法进行土壤基本理化性质的测定 8。其中含水量采用烘干法测定;容重、总孔隙度、毛管孔隙度和通气孔隙度采用环刀法测定;pH值采用酸度计法测定;有机质采用重铬酸钾外加热法测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用NaHCO 3浸提钼酸钪比色法测定;速效钾采用 NH4OAC浸提- 火焰光度法测定;交换性Ca 2+、Mg 2+采用1molL -1NH4OAC浸提-原子吸收分光光度法测定;交换性 K+、Na +采用1molL -1NH4OAC浸提- 火焰光度法测定;交换性盐基总量采用交换性Ca 2+、Mg 2+、 K+、Na +之和计算得出;阳离子交换量采用
11、1molL -1NH4OAC交换法测定;盐基饱和度(BS)以土壤的交换性盐基总量(EB )占土壤阳离子交换量(CEC)的百分比表示。1.3.2 土壤微生物数量测定土壤细菌、真菌、放线菌和青枯菌数量采用室内恒温培养、计数的方法进行测定 9-10。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基,37培养2-3d;放线菌采用高氏1号培养基,28培养7-10d;真菌采用PDA培养基, 28培养5-7d。1.4 烟株农艺性状测定参照YC/T 142-2010 11分别与团棵期和成熟期测定烤烟株高、叶片数、茎围、最大叶面积等农艺性状。1.5 烟草青枯病的发病情况调查3参照GB/23222-2008烟草病虫害分级及调查方法 1
12、2,采用小区普查的方式,分别在烟苗移栽后第30天、60天、90天、120天调查各处理青枯病发病情况,并计算各处理发病率和防治效果。1.6 烟叶产量和产值分析不同处理单独采收、单独烘烤,烤后烟叶参照GB 2635-92 13记录各等级产量,计算单位面积产量、产值、上中等烟比例。1.7 数据处理试验数据用 Excel2003 和 DPS7.05 进行数据处理和统计分析。2 结果2.1 炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤物理性状的影响由表 1 可知,炭化烟草秸秆还田对植烟土壤含水量、容重和孔隙度影响较大,与 CK相比,差异均达到显著水平。说明炭化烟草秸秆还田,显著提高了土壤含水量,降低了土壤容重,增加了
13、孔隙度,改善了连作植烟土壤的物理性状。表 1 炭化烟草秸秆对植烟土壤含水量、容重和孔隙度的影响Table 1 Effect of carbonized tobacco straw on tobacco soil moisture, bulk density and porosity处理 土壤含水量/% 土壤容重/(g cm -3) 土壤总孔隙度/% 土壤毛管孔隙度/% 土壤通气孔隙度/%CK 22.43bB 1.10aA 57.81bA 31.69bB 24.08bAT1 24.54aA 1.01bB 60.78aA 34.50aA 28.27aA注:数据后不同小写字母表示差异达 5%显著水平
14、,不同大写字母表示差异达 1%显著水平,下同。2.2 炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤 pH 和养分含量的影响如表 2 所示,炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤的 pH 和养分含量存在一定的影响。与 CK 相比,T1 处理 pH 和养分含量有增加的趋势,且碱解氮、速效磷和速效钾含量呈显著增加的趋势。pH 值比 CK 高 0.78,有机质含量较 CK 提高了 10.54%,碱解氮含量较 CK提高了 96.96%,速效磷含量较 CK 提高了 35.77%,速效钾含量较 CK 提高了 50.70%。总体表明,炭化烟草秸秆还田明显降低了连作植烟土壤的酸度,增加了连作植烟土壤的有机质含量,显著提高连作植烟土壤
15、速效养分的含量。表 2 炭化烟草秸秆对植烟土壤 pH 和养分含量的影响Table 2 Effect of carbonized tobacco straw on tobacco soil pH and nutrient contents处理 pH 有机质/(g/kg) 碱解氮/(mg/kg) 速效磷/(mg/kg) 速效钾/(mg/kg)CK 6.13aA 29.61aA 136.80bA 43.16bB 431.00bAT1 6.91aA 32.73aA 185.74aA 85.01aA 649.50aA2.3 炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤交换性能的影响炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤交换性
16、盐基的影响主要与其含量有关。如表 3 所示,炭化烟草秸秆还田后,连作植烟土壤交换性盐基含量较 CK 均有所增加,盐基饱和度也有所提高。交换性钙、镁、钾和钠含量分别较 CK 提高了 32.30%、13.95% 、32.21%和4.89%,且交换性钙、交换性镁含量与 CK 差异达到显著水平。炭化烟草秸秆还田不仅使交换性盐基总量增加,而且使植烟土壤的阳离子交换量也显著提高,较 CK 提高了 10%。表 3 炭化烟草秸秆对植烟土壤交换性能的影响4Table 3 Effect of carbonized tobacco straw on tobacco soil exchange performance
17、处理交换性钙/(cmolkg -1)交换性镁/(cmolkg -1)交换性钾/(cmolkg -1)交换性钠/(cmolkg -1)交换性盐基总量/(cmolkg -1)阳离子交换量/(cmolkg -1)盐基饱和度/%CK 4.52bA 0.86bB 1.41aA 0.41aA 7.20bA 13.40 bB 53.73bBT1 5.98aA 0.98aA 1.85aA 0.43aA 9.24aA 14.74aA 62.69aA2.4 炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤微生物区系的影响由图 1可知,各处理土壤中细菌数量变化趋势相似,在旺长期(移栽后 60d)均达到高峰值。总体来看,在整个烤烟生长
18、发育期,与 CK 相比,T1 处理土壤中的细菌数量均有所增加。表明炭化烟草秸秆还田促进了烤烟根系土壤细菌的繁殖。0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.0030 60 90 120移 栽 后 天 数 /d细菌数量/(107CFU/克土)CKT1图 1 炭化烟草秸秆对烤烟根系土壤中细菌数量的影响Fig.1 Effect of carbonized tobacco straw on the number of bacteria in the soil of flue-cured tobacco roots 图 2 结果表明,各处理土壤中放线
19、菌数量在旺长期(移栽后 60d)均达到较高值,然后急剧下降(移栽后 90d),再缓慢上升(移栽后 120d)。在整个烤烟生长发育期,T1 处理土壤中的细菌数量较 CK 均有所增加。表明炭化烟草秸秆还田对土壤中放线菌生长有一定的促进作用。50.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.0030 60 90 120移 栽 后 天 数 /d放线菌数量/(106CFU/克土)CKT1图 2 炭化烟草秸秆对烤烟根系土壤中放线菌数量的影响Fig.2 Effect of carbonized tobacco straw on the number of actinom
20、ycetes in the soil of flue-cured tobacco roots CK 处理土壤中的真菌数量变化波动较大,T1 处理土壤中的真菌数量变化不大,两个处理均在旺长期(移栽后 60d)达到高峰值(图 3) 。在整个烤烟生长发育期,T1 处理土壤中的真菌数量较 CK 均有所降低。说明炭化烟草秸秆还田降低了土壤中的真菌数量。0.00200.00400.00600.00800.001000.001200.001400.0030 60 90 120移 栽 后 天 数 /d真菌数量/(104CFU/克土)CKT1图 3 炭化烟草秸秆对烤烟根系土壤中真菌数量的影响Fig.3 Effe
21、ct of carbonized tobacco straw on the number of fungi in the soil of flue-cured tobacco roots 2.5 炭化烟草秸秆还田对烤烟生长发育的影响由表 4 可知,炭化烟草秸秆还田,改善了团棵期烟株的株高、叶数和最大叶面积等农艺性状,株高和最大叶面积两个指标与 CK 差异达到显著水平。成熟期烟株的株高、叶数、最大叶面积和茎围等农艺性状指标比 CK 均高,但差异不显著。表明炭化烟草秸秆还田能促进烟株的生长。表 4 炭化烟草秸秆对烤烟生长发育的影响Table 4 Effect of carbonized tobac
22、co straw on growth and development of flue-cured tobacco6团棵期 成熟期处理 株高/cm叶数/片最大叶面积/cm2叶数/片株高/cm最大叶面积/cm2茎围/cmCK 19.22b 8.56a 321.76b 18.22a 110.33a 1324.47a 10.17aT1 26.44a 9.22a 431.99a 19.78a 116.89a 1486.53a 10.92a2.6 炭化烟草秸秆还田对烟草青枯病的防治效果从表 5、图 4 可以看出,CK 处理土壤中的青枯菌数量变化波动较大,在旺长期(移栽后 60d)达到高峰值;T1 处理土壤
23、中的青枯病数量变化不大。在整个烤烟生长发育期,与CK 相比, T1 处理显著降低烟草青枯病的发病率,T1 处理土壤中的青枯菌数量明显低于CK。说明炭化烟草秸秆还田对防治烟草青枯病具有显著效果。表 5 炭化烟草秸秆对烟草青枯病的防治效果Table 5 Effect of carbonized tobacco straw controlling tobacco bacterial wilt30d 60d 90d 120d处理 发病率( %) 病情指数发病率( %) 病情指数发病率( %) 病情指数发病率( %) 病情指数CK 0.00 0.00 20.20aA 2.24aA 27.27aA 12.
24、68aA 87.87aA 60.49aAT1 0.00 0.00 8.08bB 0.90bB 12.12bB 5.16aA 51.51bB 28.39bB0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.0030 60 90 120移 栽 后 天 数 /d青枯菌数量/(106CFU/g)CKT1图 4 炭化烟草秸秆对烤烟根系土壤中青枯菌数量的影响Fig.4 Effect of carbonized tobacco straw on the number of Ralstonia solanacearum in the soil of flue-cured tobacco
25、 roots2.7 炭化烟草秸秆还田对烤烟经济性状的影响烤后烟叶的经济性状显示,T1 处理产量、产值、均价及上中等烟比例等指标比 CK 均高,且产量指标存在显著差异(表 6)。说明炭化烟草秸秆还田能取得较好的经济效益。表 6 炭化烟草秸秆还田对烤烟经济性状的影响Table 6 Effect of carbonized tobacco straw on economical characters of flue-cured tobacco处理 产量/ 增产率/ 产值/ 增值率/ 均价/ 上幅率/ 上中等烟率/ 上幅率/7(kghm -2) % (元hm -2) % (元kg -1) % % %C
26、K 1490.70b - 20228.80a - 13.57a - 63.53a -T1 1583.40a 6.22 23070.14a 14.05 14.57a 7.40 71.80a 13.023 讨论炭化烟草秸秆作为生物质炭的一种,具有生物质炭的所有特性。生物质炭的高孔隙度和大表面积,对土壤物理性质有一定影响。黄超等(2011)研究表明红壤施用由小麦秸秆制成的生物质炭,能提高土壤水稳定性团聚体数量和土壤田间持水量,降低土壤容重 14。炭化烟草秸秆还田,显著提高了土壤含水量,降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度,与前人的研究结果一致。施用生物质炭能提高土壤 pH 值已经为不少研究所证实 15-
27、17。连作植烟土壤一般酸化严重,pH 值较低,因此可以用生物质炭来中和植烟土壤中的酸性物质,提高植烟土壤的pH 值。而炭化烟草秸秆碱性物质的存在形态及其与土壤酸度的作用机制还有待于进一步研究。生物质炭含有较多的可溶性矿物养分,施入土壤后可提高土壤中的速效养分水平。试验结果表明,炭化烟草秸秆能够不同程度地增加连作植烟土壤的碱解氮、速效磷和速效钾含量。生物质炭的保肥效果来自于生物质炭对阳离子的吸附能力。Atkinson 等的研究认为,生物质炭施入土壤以后,其表面可能会氧化形成羰基、酚基、醌基,氧化后的生物质炭对土壤阳离子的吸附能力增强 18。Glaser 等的研究发现,加入竹炭可引起土壤交换性盐基
28、离子明显增加 19。本试验与前人的研究结果一致,炭化烟草秸秆还田能提高植烟土壤盐基饱和度和阳离子交换量。作物连作会造成根系分泌物和植株残茬的积累,从而导致正常微生物群落被打破,多样性水平降低。而生物质炭对土壤微生物的影响是复杂的、多方面的,作用机制也还不完全清楚。大多数研究表明,生物质炭的添加会增加土壤微生物量,明显改变土壤微生物群落结构组成 20-21。张一鸣等(2013)的研究显示,在番茄连作 20 年 40 茬土壤中施入炭化玉米芯,能提高土壤中细菌、放线菌的数量,降低真菌的数量,同时增强了对病原菌的拮抗作用 22。本研究发现炭化烟草秸秆还田,显著促进了连作植烟土壤细菌和放线菌的繁殖,降低
29、了土壤真菌数量;同时对烟草青枯病的防治具有显著效果。烟株移栽后 30d 左右,土壤中青枯病病原菌数量已经达到 106CFU/克土,田间调查没有烟草青枯病发生;一直到移栽后 60d,田间才始见烟草青枯病发生,说明病原菌侵入烟株并使其发病需要一个过程,且发病率呈逐渐增大的趋势。移栽后 120d 病原菌数量显著降低,可能是因为生长后期的烟株所能提供的营养有限,从而使病原菌表现出衰竭,活力下降。彭怀俊等人的研究结果也显示土壤中青枯病病原菌繁殖到一定数量且生长一段时期后,田间烟株才会出现症状 23。生物质炭对许多作物生长和产量有明显促进作用。研究发现,生物质炭可以促进玉米24、水稻 25、小麦 26、大
30、豆 27等作物的生长,提高作物的产量。本研究表明炭化烟草秸秆还田,能促进烟株的生长,提高烤烟的产量和产值。生物质炭对作物生长的促进作用,主要归因于其改善了土壤理化性质,提高了土壤养分的有效性,以及改变了土壤微生物丰度和群落结构 26。84 结论在连作植烟土壤中添加 1500kghm -2炭化烟草秸秆,有利于改善土壤理化性质和养分状况,增加交换性盐基离子和阳离子交换量,改变土壤微生物丰度,进而促进了烤烟生长,提高了烟叶的产量,增加了植烟的收益。参考文献1 刘玉学,刘微,吴伟祥,等土壤生物质炭环境行为与环境效应J应用生态学报,2009,20(4):977-982.2 Glaser B, Parr
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