炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆光合特性和耗水的影響

胡 劍，姜 雪，王 良

(1.遼寧睿鑫水利工程有限公司，遼寧 沈陽 110400；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，遼寧 沈陽 110161；3. 遼寧匯邦設(shè)計(jì)咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110166)

生物炭基肥是以生物炭為載體與化肥混合在一起的復(fù)混肥料，具備生物炭改良土壤、保水保肥的基本特性。戰(zhàn)秀梅等研究認(rèn)為施用生物質(zhì)炭和炭基肥均可以增加作物產(chǎn)量，相比之下，炭基肥的增產(chǎn)效果優(yōu)于生物質(zhì)炭，且生物炭基肥的緩釋功能降低肥料淋洗損失的作用，進(jìn)而改善了因肥料損失造成的環(huán)境污染問題[1-3]。調(diào)虧灌溉則是基于作物生理生化作用受遺傳特性或生長激素影響的特征，人為地在作物生長發(fā)育的某一階段施加一定程度的有益虧水度，改變作物水分供給的同時(shí)，調(diào)整了作物不同組織器官對(duì)光合產(chǎn)物的分配，使其在營養(yǎng)器官上降低分配比例，向籽粒發(fā)展，從而提高作物產(chǎn)量，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。炭基肥提高土壤含水量的作用有利于促進(jìn)作物在水分虧缺時(shí)的生長，進(jìn)而有效地降低作物耗水、增強(qiáng)水肥利用效率，提高作物產(chǎn)量[5-6]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年5—9月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗(yàn)基地(41°44′N；123°27′E)遮雨棚中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。供試大豆品種為東豆一號(hào)，供試土壤為棕壤土。試選用Φ34～22 cm(上口直徑-下口直徑)×23 cm(高)的塑料盆缽置于遮雨棚內(nèi)，防止雨水淋入，炭基肥總養(yǎng)分≥36%(N-P2O5-K2O為10%-13%-13%)，C養(yǎng)分含量為20%。盆栽土壤取自0～30 cm耕層，風(fēng)干粉碎過2 mm篩后與炭基肥均勻混合裝入盆中，每盆裝風(fēng)干土17 kg，選取大小、飽滿度一致的種子5粒播于盆內(nèi)，距離土壤表面5 cm左右，于三葉期定苗，每盆保留兩株長勢(shì)相同且較好的大豆植株。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

本試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，炭基肥施肥量為主區(qū)：0 kg/hm2(不施肥BF0)，300 kg/hm2(低肥BF1)，600 kg/hm2(中肥BF2)，900 kg/hm2(高肥BF3)；開花期調(diào)虧灌溉為裂區(qū)：土壤含水量為田間持水量的45%～50%(重度調(diào)虧W1)；土壤含水量為田間持水量的60%～65%(輕度調(diào)虧W2)；土壤含水量為田間持水量75%～80%(常規(guī)灌溉W3)，該生育期灌水上限為田間持水量的80%，其他生育期灌水均保持常規(guī)灌溉，試驗(yàn)中采用稱重法嚴(yán)格控制土壤水分，試驗(yàn)共12個(gè)處理，3次重復(fù)。

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

1.3.1 光合指標(biāo)

在大豆各生育期，選擇晴朗無云的天氣，用LI-6400于9:00—10:00測(cè)定大豆主莖完全展開葉片的凈光合速率和蒸騰速率。

1.3.2 葉綠素含量

在大豆各生育期，選擇晴朗無云的天氣，用CCM-300葉綠素儀于9:00—10:00測(cè)定大豆的葉綠素含量。

1.3.3 耗水量

每天早晨8：00用臺(tái)秤稱盆重，與前一天比較兩天的重量之差即為大豆的日耗水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆光合特性的影響

由不同炭基肥施肥量和調(diào)虧灌溉程度對(duì)大豆光合特性的方差分析結(jié)果(表1)可知，炭基肥施肥量和調(diào)虧灌溉程度主效應(yīng)對(duì)各生育階段凈光合速率均有顯著性影響。從凈光合速率來看，結(jié)果表現(xiàn)為隨著炭基肥施肥量的增加有顯著遞增的趨勢(shì)，三種不同施加水平間較無肥BF0凈光合速率增加幅度可達(dá)19.65%～64.90%；開花期調(diào)虧灌溉及復(fù)水后，炭基肥主因子對(duì)凈光合速率仍然保持極顯著正效應(yīng)的影響。調(diào)虧灌溉主因子顯著降低大豆凈光合速率，W1較W3處理顯著降低10.86%，W2較W3處理降低3.93%；交互效應(yīng)表現(xiàn)為，同一水分條件下，施肥處理下的葉片凈光合速率大于未施肥處理，而在一定施肥量條件下，調(diào)虧灌溉較常規(guī)灌溉處理凈光合速率仍然偏低，但在結(jié)莢-完熟階段復(fù)水后，輕度調(diào)虧的補(bǔ)償效應(yīng)較為明顯，與BF0水平下各水分處理相比，W1處理在各肥量下凈光合速率提高了16.24%～41.07%，W2提高了53.00%～83.86%。炭基肥和調(diào)虧灌溉的交互效應(yīng)對(duì)大豆蒸騰速率和葉片葉綠素含量的影響呈現(xiàn)先增加后降低的拋物線趨勢(shì)，在同一水分處理下，施加炭基肥的處理蒸騰速率均大于未施肥的處理，而在一定施肥量條件下，重度調(diào)虧和輕度調(diào)虧會(huì)抑制大豆葉片蒸騰速率。對(duì)葉片葉綠素含量的影響表現(xiàn)為，在同一水分處理下，施加不同量炭基肥的處理葉綠素含量均大于未施肥的BF0處理，而在同一肥量條件下，開花期W1較W3處理降低了5.03%～14.69%，W2較W3處理降低了1.26%～14.69%，結(jié)莢期復(fù)水后，調(diào)虧處理下的葉綠素含量均有不同程度的補(bǔ)償效應(yīng)，與未施肥的BF0相比，施加不同量炭基肥條件下的W1、W2處理顯著提高了4.38%～37.79%，其中W2處理下的補(bǔ)償效應(yīng)相對(duì)較高，可見炭基肥和調(diào)虧灌溉的交互效應(yīng)有利于提高復(fù)水后葉片葉綠素含量的補(bǔ)償生長能力，同時(shí)該正效應(yīng)可維持至生育后期。

表1 炭基肥和調(diào)虧灌溉交互效應(yīng)對(duì)大豆光合特性方差分析結(jié)果

2.2 炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆各生育階段耗水的影響

由炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆各生育階段耗水的方差分析結(jié)果(表2)和各主因子不同水平間多重比較分析結(jié)果(圖1)可知，苗期—開花期炭基肥施肥量主因子對(duì)耗水有顯著性差異，而調(diào)虧程度主因子及其與炭基肥的交互因子在生育后期的差異更為明顯。分析其主效應(yīng)，由結(jié)果圖1可知，大豆全生育期耗水規(guī)律呈現(xiàn)單峰趨勢(shì)，開花結(jié)莢期耗水量最大，BF1、BF2、BF3差異不明顯，但顯著高于BF0處理，BF2水平較其他水平耗水量相對(duì)較低，耗水量可降低13.47%；調(diào)虧程度主因子顯著降低了調(diào)虧階段及復(fù)水階段大豆的耗水量，與常規(guī)灌溉W3相比，調(diào)虧處理W1、W2分別降低23.08%和9.74%(開花—結(jié)莢)，5.69%和1.97%(結(jié)莢—完熟)；炭基肥和調(diào)虧灌溉交互因子對(duì)調(diào)虧及復(fù)水后大豆耗水的影響表現(xiàn)為，在復(fù)水后W2調(diào)虧程度下，中肥和高肥水平會(huì)有效降低大豆結(jié)莢-完熟階段耗水，BF2W2處理耗水相對(duì)較低，分別比無肥無虧處理BF0W3耗水降低16.08%，說明施加一定量炭基肥條件下的輕度調(diào)虧能有效減少大豆耗水，且該效應(yīng)可以延續(xù)至復(fù)水后。

表2 炭基肥和調(diào)虧灌溉交互效應(yīng)對(duì)大豆各生育階段耗水的方差分析結(jié)果

圖1 炭基肥BF和調(diào)虧灌溉W主因子對(duì)大豆耗水的影響

2.3 炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆水分利用效率的影響

水分利用效率由每盆大豆產(chǎn)量和每盆全生育期耗水量之比可得，由炭基肥和調(diào)虧灌溉主因子和交互因子對(duì)大豆水分利用效率的影響結(jié)果(表3)可知，炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆水分利用效率的影響趨勢(shì)整體一致。炭基肥的施入能顯著提高大豆水分利用效率，與BF0水平相比，BF1、BF2、BF3分別顯著提高了11.26%、42.25%、15.49%；調(diào)虧灌溉主效應(yīng)顯著提高了大豆水分利用效率，與常規(guī)灌溉W3處理相比，W1處理水分利用效率顯著提高了7.59%，W2處理顯著提高了10.13%；炭基肥和調(diào)虧灌溉的交互因子對(duì)大豆的水分利用效率的影響表現(xiàn)出顯著性差異，同一調(diào)虧處理下，施加三種不同量炭基肥均較無肥水分利用效率顯著提高，提高幅度為5.95%～37.84%，在同一肥量條件下的W2處理水分利用效率顯著高于W1和W3處理，水分利用效率最高處理均為BF2W2，為1.07 g/kg和1.04 g/kg，比最低處理顯著提高了46.48%，足以可見BF2水平施加600 kg/hm2炭基肥條件下的輕度調(diào)虧W2處理能夠獲得較高的水分利用。

表3 炭基肥和調(diào)虧灌溉對(duì)大豆水分利用效率的主效應(yīng)和交互效應(yīng)分析結(jié)果

3 結(jié) 論

本研究表明,炭基肥主效應(yīng)顯著提高了大豆葉片的凈光合速率、蒸騰速率、葉綠素含量，且隨施肥量增加而增加；調(diào)虧灌溉則顯著降低了大豆的各光合指標(biāo)；交互效應(yīng)對(duì)其復(fù)水后葉片的補(bǔ)償生長效應(yīng)更為明顯，輕度調(diào)虧W2在不同施肥量條件下與未施肥相比，補(bǔ)償效應(yīng)優(yōu)于重度調(diào)虧W1處理，如葉綠素含量可提高4.38%～37.79%。炭基肥主效應(yīng)對(duì)大豆耗水表現(xiàn)為，施入600 kg/hm2炭基肥在大豆結(jié)莢鼓粒期耗水量最低，調(diào)虧灌溉處理顯著降低了各生育期耗水;交互效應(yīng)表現(xiàn)為，常規(guī)灌溉水平下，施加適量炭基肥的處理耗水量小于未施加炭基肥的處理，輕度調(diào)虧下，施加900 kg/hm2肥料比無肥無虧處理BF0W3耗水降低9.18%。與未施加炭基肥相比，三種不同量炭基肥下的水分利用效率提高了7.89%～42.25%，提高幅度較大，調(diào)虧灌溉處理顯著提高了大豆水分利用效率， BF2W2處理具有較高的水分利用效率，比最低水分利用效率相比分別顯著提高了46.48%。