生物炭與干旱對(duì)馬鈴薯初花期生長(zhǎng)特性的影響

付春娜，張麗莉，黃 越，石 瑛

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

生物炭與干旱對(duì)馬鈴薯初花期生長(zhǎng)特性的影響

付春娜，張麗莉，黃 越，石 瑛＊

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

為生物炭在馬鈴薯高產(chǎn)栽培中的應(yīng)用提供理論依據(jù)，以鮮食馬鈴薯品種東農(nóng)311為材料，采用盆栽法，研究生物炭的施用對(duì)初花期馬鈴薯生長(zhǎng)及抗旱性的影響。結(jié)果表明：干旱脅迫顯著降低植株光合系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)（胞間CO2濃度除外），降低葉片葉綠素含量和各器官干物質(zhì)積累量，同時(shí)影響植株農(nóng)藝性狀。施用生物炭能提高馬鈴薯葉片的凈光合速率16.81%～28.98%、蒸騰速率9.5%～21.95%和氣孔導(dǎo)度28.33%～40.48%，降低胞間CO2濃度2.28%～4.57%，增強(qiáng)馬鈴薯初花期葉片的光合積累能力；同時(shí)提高馬鈴薯初花期的葉綠素含量8.57%～37.6%，以及植株的株高、主莖數(shù)、莖粗，增大各器官的干物質(zhì)積累量。

生物炭；初花期；光合特性；根系活力

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）是糧菜兼用作物，營養(yǎng)成分全面，素有“地下面包”之稱，是位居小麥、玉米和水稻之后的世界第4大糧食作物［1］。近年來，由于土壤肥力低下，同時(shí)在有限的降水條件下，生產(chǎn)潛力不能得到有效發(fā)揮，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量水平受到限制［2－4］。為了追求產(chǎn)量，化學(xué)肥料的大量使用，不僅提高生產(chǎn)成本，也對(duì)土壤和水環(huán)境造成負(fù)面影響［5－7］?，F(xiàn)有研究表明，施用生物炭能提高土壤肥力并減少溫室氣體排放，吸附土壤中未被作物利用的水分和養(yǎng)分［8－9］，能促進(jìn)不同作物生長(zhǎng)發(fā)育和提高產(chǎn)量［10－12］。但也有報(bào)道指出，生物碳施用會(huì)因作物品種的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)論［13］。生物炭本身呈堿性，隨著施用量的增加土壤pH增加，使用過量對(duì)馬鈴薯植株的生長(zhǎng)發(fā)育造成影響［14］。

馬鈴薯初花期是決定馬鈴薯塊莖膨大的關(guān)鍵時(shí)期［15］，而塊莖的大小直接影響馬鈴薯產(chǎn)量［16］。本試驗(yàn)以鮮食馬鈴薯品種東農(nóng)311為試驗(yàn)材料，研究生物炭的施用對(duì)初花期馬鈴薯生長(zhǎng)及抗旱方面的影響，以確定適宜的施用量，為生物炭在馬鈴薯高產(chǎn)栽培方面的有效應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為東農(nóng)311原種一代。試驗(yàn)地點(diǎn)位于黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬鈴薯研究所防雨棚，采用東北黑鈣土。生物炭是由遼寧省生物炭工程技術(shù)研究中心提供，基質(zhì)為玉米秸稈。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，完全隨機(jī)排列，生物炭施肥量設(shè)3個(gè)處理，分別是C0（0%），C1（5%），C2（10%）。水分設(shè)2個(gè)處理，即水分充足F（土壤田間最大持水量75%～85%），相對(duì)干旱D（灌水量的適宜條件補(bǔ)水的50%）。每天檢測(cè)土壤水分狀況。每盆裝入5kg土，每盆種1株，每個(gè)處理共種植60株。于5月20日播種，在馬鈴薯初花期測(cè)量植株形態(tài)并取樣，每個(gè)處理選取具有代表性的植株3株，測(cè)定葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度［17］、形態(tài)指標(biāo)、各器官生物產(chǎn)量［18］及葉綠素含量和根活力［19］。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Office 2010計(jì)算，DPS 2005統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭和干旱對(duì)馬鈴薯光合系統(tǒng)的影響

凈光合速率是葉片內(nèi)外CO2濃度梯度和擴(kuò)散阻力的函數(shù)。凈光合速率越高，葉外空氣到羧化部位間的擴(kuò)散阻力越小，越有利于植物光合作用的進(jìn)行。氣孔是陸生植物與外界環(huán)境交換水分和氣體的主要通道及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。氣孔阻力的大小直接影響植物光合作用、呼吸作用和蒸騰作用等氣體代謝。葉片凈光合速率與氣孔導(dǎo)度具有較好的平行關(guān)系，若供水量下降，會(huì)導(dǎo)致氣孔阻力的增加和光合速率的降低。蒸騰速率由水蒸氣向外的擴(kuò)散力和擴(kuò)散途徑的阻力決定，受葉內(nèi)和外界環(huán)境間的蒸汽壓梯度制約。生物炭的施用提高了馬鈴薯葉片的蒸騰速率。胞間CO2濃度是指植物呼吸作用放出量減去光合作用吸收量，受到植物光合作用和呼吸作用的雙重影響。

經(jīng)光合系統(tǒng)4個(gè)指標(biāo)方差分析（表1）看出，凈光合速率的炭處理間存在極顯著差異（F凈炭＝73.11＊＊），蒸騰速率炭處理之間存在極顯著差異（F蒸炭＝8.38＊＊），氣孔導(dǎo)度炭處理之間存在極顯著差異（F氣炭＝321.28＊＊）、水處理之間存在顯著差異（F氣水＝8.18＊）。生物炭顯著增加葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，而干旱脅迫對(duì)這2個(gè)指標(biāo)影響不顯著。葉片蒸騰速率在適量灌水和C2（10%）施炭量時(shí)顯著增加。胞間CO2濃度經(jīng)水處理、炭處理后減小，但差異不顯著。

表1 生物炭和干旱條件葉片光合系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)Table1 Effects of different biochar and drought treatments on related indexes on leaf photosynthetic system

表2 生物炭和干旱條件下的馬鈴薯葉片葉綠素含量及根系活力Table2 Effects of different biochar and drought treatments on chlorophyll content and root activity of potato leaf

表3 生物炭和干旱條件下植株的農(nóng)藝性狀Table3 Effects of different biochar and drought treatments on agronomic traits of potato plants

2.2 生物炭和干旱對(duì)葉綠素含量及根系活力的影響

經(jīng)葉片葉綠素含量和根系活力2個(gè)指標(biāo)方差分析，葉片葉綠素含量和根系活力的水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F葉水＝266.89＊＊，F(xiàn)葉炭＝35.31＊＊；F根水＝204.65＊＊；F根炭＝90.52＊＊）。由表2可知，葉片葉綠素含量在施生物炭后顯著增加，但差異不顯著；葉綠素含量在干旱脅迫下顯著低于適量灌水條件。在干旱脅迫時(shí)，施入生物炭后植株根系活力顯著增大；在適量灌水條件下，植株根系活力在C2（10%）處理時(shí)顯著增大，說明生物炭的施入可增強(qiáng)作物抗旱性。

2.3 生物炭和干旱對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀影響

對(duì)植株株高、主莖數(shù)、莖粗3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行方差分析（表3），株高在水處理間和炭處理間均存在顯著差異（F高水＝6.011＊，F(xiàn)高炭＝6.013＊），主莖數(shù)在水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F主水＝12.11＊＊，F(xiàn)主炭＝48.72＊＊），莖粗在水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F莖水＝13.53＊＊，F(xiàn)高炭＝13.50＊＊）。植株的株高在適量灌水條件下，施炭量達(dá)C2（10%）時(shí)顯著增加。植株的主莖數(shù)在干旱脅迫下低于適量灌水，施入生物炭后干旱脅迫下主莖數(shù)顯著增加，說明生物炭緩解干旱對(duì)主莖數(shù)的影響。植株的莖粗在施入生物炭后顯著增加，且適量灌水后顯著高于干旱脅迫處理。

2.4 生物炭和干旱對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累量的影響

對(duì)馬鈴薯植株各器官干物質(zhì)積累量進(jìn)行方差分析（表4）表明，葉片、莖、根干物質(zhì)積累量的水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F葉干水＝229.16＊＊，F(xiàn)葉干炭＝34.10＊＊，F(xiàn)莖干水＝987.56＊＊，F(xiàn)莖干炭＝86.97＊＊，F(xiàn)根干水＝163.06＊＊，F(xiàn)根干炭＝39.02＊＊）。植株葉片的干物質(zhì)積累量受干旱脅迫影響顯著，干旱脅迫下各炭處理間葉干物質(zhì)積累量均顯著低于適量灌水，生物炭施用量達(dá)C2（10%）時(shí)葉干物質(zhì)積累量增加顯著。莖的干物質(zhì)積累量在相同炭處理下適量灌水時(shí)顯著高于干旱脅迫，生物炭顯著增加莖的干物質(zhì)積累量。干旱顯著降低各炭處理下根干物質(zhì)積累量。

表4 生物炭和干旱條件下馬鈴薯植株各器官干物質(zhì)的積累量Table4 Effect of different biochar and drought treatments on dry matter accumulation of different potato parts

3 結(jié)論與討論

近年來，黑龍江地區(qū)在馬鈴薯生育期常多干旱，降低了馬鈴薯的產(chǎn)量。通過施用生物炭可緩解干旱脅迫對(duì)馬鈴薯植株的危害，降低干旱脅迫對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量造成的影響［20］。生物炭因其具有結(jié)構(gòu)疏松、吸附能力強(qiáng)、弱堿性的物理特點(diǎn)［21］，通過改變土壤的理化特性作用于馬鈴薯根際、塊莖的生長(zhǎng)環(huán)境，繼而作用于馬鈴薯的植株，對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)及產(chǎn)量帶來影響［2223］，增強(qiáng)植株光合能力，促進(jìn)植株株高、主莖數(shù)的增長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，生物炭顯著增加葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，干旱脅迫對(duì)這2個(gè)指標(biāo)影響不顯著；葉片蒸騰速率在適量灌水和C2（10%）施炭量時(shí)顯著增加，胞間CO2濃度在水處理、炭處理下減小，但減小不顯著。葉綠素含量水處理、炭處理之間均存在極顯著差異，葉片葉綠素含量在施生物炭后顯著增加，且葉綠素含量在干旱脅迫下含量顯著低于適量灌水條件。

植株根系活力在干旱脅迫時(shí)，施入生物炭后顯著增大，施炭量增加，根系活力顯著增加，生物炭的施入增強(qiáng)植株根系的抗旱性。同時(shí)生物炭的施用顯著增大植株株高、主莖數(shù)和莖粗，使植株農(nóng)藝性狀表現(xiàn)更優(yōu)良。植株葉片、莖、根的干物質(zhì)積累量在水處理、炭處理間均存在極顯著差異，干旱顯著降低各器官干物質(zhì)積累，但施用生物炭C2（10%）時(shí)使其顯著增大。

綜上所述，生物炭對(duì)馬鈴薯初花期植株的生長(zhǎng)有多方面的積極影響，在干旱脅迫下可減緩對(duì)植株造成的危害，進(jìn)而促進(jìn)馬鈴薯塊莖的養(yǎng)分積累，為馬鈴薯的高產(chǎn)栽培及品種的選育提供理論基礎(chǔ)及新思路。

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（責(zé)任編輯：劉忠麗）

Effect of Biochar and Drought on Growth Characteristics of Potato at Early Flowering Stage

FU Chunna，ZHANG Lili，HUANG Yue，SHI Ying＊
（College of Agriculture，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang150030，China）

The effects of applying biochar on growth and drought resistance of Dongnong 311（a fresh edible potato variety）at early flowering stage were studied by the pot－culture methoDTo provide the theoretical basis for application of biochar in high－yield cultivation of potato.Results：The drought stress decreases the related indexes of plant’s photosynthetic system obviously except for Ci，reduced chlorophyll content of leaves by 24.50%～28.98%and dry matter accumulation of different parts but drought stress has the effect on agronomic traits of potato plants at the same time.The Pn，Tr and Gs of potato leaf are increased by 16.81%～28.98%，9.5%～21.95%and 28.33%～40.48%respectively but Ci of potato leaf is decreased by 2.28%～4.57%under the condition of biochar application，which increases the photosynthetic accumulation capacity of potato leaf at early flowering stage.Applying biochar can increase 8.57%～37.6%leaf chlorophyll content of potato plants at early flowering stage and improve height，main stem number，stem diameter and dry matter accumulation of different parts.

biochar；early flowering stage；photosynthetic characteristics；root activity

S532

A

1001－3601（2016）10－0414－0018－04

2016－03－31；2016－09－05修回

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金資助（CARS－10）

付春娜（1990－），女，在讀碩士，研究方向：作物遺傳育種。E－mail：932481857＠qq.com

＊通訊作者：石 瑛。E－mail：shiying01＠163.com