灌溉方式與生物炭對(duì)花生根系、磷素利用及產(chǎn)量的影響

夏桂敏 王宇佳 王淑君 楊情峰 遲道才

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院, 沈陽(yáng) 110866)

0 引言

花生作為一種耐旱耐瘠的重要油料作物，是促進(jìn)旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的理想作物[1]。遼寧省是我國(guó)花生主要產(chǎn)區(qū)之一，其中約有50%的種植面積分布于遼西北風(fēng)沙區(qū)[2]，該區(qū)域優(yōu)越的光熱資源和典型的干旱半干旱氣候類型，能夠?yàn)榛ㄉL(zhǎng)提供有利的自然條件。磷素是花生生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，主要來(lái)源于土壤有效磷的供應(yīng)。作為能被直接吸收利用的土壤有效磷，其含量是評(píng)價(jià)土壤供磷能力的一個(gè)重要指標(biāo)，但由于土壤對(duì)磷有著強(qiáng)烈的固定作用[3]，致使植株可直接吸收利用的土壤有效磷含量較低；另外，遼西北風(fēng)沙區(qū)的土質(zhì)類型為砂壤土，該土壤保水保肥能力差，磷素流失容易，嚴(yán)重限制了該地區(qū)花生的生產(chǎn)潛力。因此，改善該地區(qū)土壤磷素有效性，促進(jìn)花生產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

研究表明，土壤水分狀況對(duì)土壤磷素的形態(tài)轉(zhuǎn)化及有效性有著重要的影響[4]。不同灌溉方式下，土壤水分狀況表現(xiàn)不同，土壤磷素的有效性也隨之不同。這可能是因?yàn)橥寥浪謼l件能夠影響土壤磷素遷移速率[5]以及根際土壤閉蓄態(tài)磷含量[6]，進(jìn)而影響根系附近土壤有效磷含量。除水分外，施用生物炭亦可提高土壤中磷的有效性[7-9]。生物炭作為一種新型環(huán)保的吸附劑和改良劑，是生物質(zhì)在無(wú)氧條件下熱解的產(chǎn)物。施用生物炭能提高土壤磷含量，是由于生物炭的灰分中含有一定的磷，施入土壤后直接提高土壤有效磷含量；同時(shí)，生物炭具有豐富的陰陽(yáng)離子交換位點(diǎn)，可與Al3+和Fe3+競(jìng)爭(zhēng)吸附磷酸根離子，從而降低鐵鋁氧化物對(duì)磷的固定作用；另外，生物炭對(duì)土壤pH值的改變可提高磷素的生物可利用性[10]。CHINTALA等[11]報(bào)道了玉米秸稈生物炭對(duì)磷的吸附能力高于以其他原材料制成的生物炭。高天一等[12]通過(guò)5年連續(xù)施用生物炭發(fā)現(xiàn)，施用生物炭可顯著提高土壤中的有效磷含量。許多研究表明，生物炭對(duì)提高酸性土壤中有效磷含量的效果更為明顯[13]。生物炭對(duì)作物(玉米、小麥、苜蓿和花生)產(chǎn)量的影響已被廣泛報(bào)道，但不同生物炭施用量下作物產(chǎn)量變化卻有不同表現(xiàn)[14-17]。因此，有必要在不同區(qū)域不同作物上探究出其最佳的生物炭施用量。

作物的根系形態(tài)對(duì)土壤磷素的吸收利用發(fā)揮著重要作用，為了更多地獲取土壤中的磷，作物通過(guò)促進(jìn)根系生長(zhǎng)，以增加土壤磷的有效性[18]。然而，目前有關(guān)從根系角度研究不同灌溉方式和生物炭用量互作對(duì)作物磷素吸收利用的報(bào)道相對(duì)較少。基于此，本試驗(yàn)通過(guò)連續(xù)2年在不同灌溉方式下施用不同用量生物炭，從土壤、根系、植株方面深入探究花生各生育期根系形態(tài)、土壤有效磷含量和植株磷吸收對(duì)不同灌溉方式下生物炭施用量的響應(yīng)，以期為改善遼西北風(fēng)沙區(qū)土壤肥力、提高花生生產(chǎn)力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018—2019年在遼寧省阜新蒙古族自治縣實(shí)驗(yàn)站(北緯41°42′～42°55′，東經(jīng)121°2′～122°54′，海拔213 m)進(jìn)行。該地屬于北溫帶半干旱季風(fēng)大陸性氣候區(qū)，多年平均降雨量493.1 mm，年平均氣溫7.2℃，作物生育期平均氣溫20.2℃，試驗(yàn)地土壤類型為砂壤土，容重為1.45 g/cm3，pH值5.96，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比8.38 g/kg、全氮質(zhì)量比0.62 g/kg、有效磷質(zhì)量比18.14 mg/kg、速效鉀質(zhì)量比141.83 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)置灌溉方式和生物炭施用量2因素，主區(qū)為灌溉方式，包括溝灌(F)、滴灌(D)和膜下滴灌(M)3種灌溉方式，灌溉標(biāo)準(zhǔn)為在花針期和結(jié)莢期當(dāng)土壤含水率降至田間持水率的55%時(shí)，灌水至田間持水率的90%，苗期和飽果期不進(jìn)行灌溉。子區(qū)為生物炭施用量，包括0 t/hm2(B0)、10 t/hm2(B10)、20 t/hm2(B20)和40 t/hm2(B40)4個(gè)水平，3次重復(fù)，共36個(gè)處理。小區(qū)面積為7.5 m×1 m。

花生品種為小白沙1016。玉米秸稈生物炭購(gòu)自沈陽(yáng)隆泰生物工程有限公司，該生物炭是在無(wú)氧條件下600℃高溫裂解30 min制成。生物炭pH值為8.14，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)18.87%，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.58%，有效磷和速效鉀質(zhì)量比為0.33、4.76 g/kg。在2018年播種前，將生物炭均勻混合施入0～20 cm土壤中。采用大壟雙行種植模式，種植密度為1.67×105穴/hm2。施肥方式為播種時(shí)一次性施入N 50 kg/hm2、P2O5169.6 kg/hm2和K2O 156.0 kg/hm2。灌溉水源來(lái)自地下水，用水表控制各小區(qū)灌水量，其他管理同當(dāng)?shù)靥镩g管理一致。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1根系形態(tài)

于苗期、花針期、結(jié)莢期和飽果期，每個(gè)小區(qū)選取生長(zhǎng)一致的代表性花生植株3株，以莖稈為中心，用平板鏟挖取(長(zhǎng)、寬、深分別為15、15、40 cm，其中40 cm為有效根深度[19])土塊，利用緩水流洗凈，其下放置100目尼龍網(wǎng)袋以避免脫落的根被沖走。利用WinRHIZO Pro LA2400型根系掃描儀進(jìn)行圖像掃描；再用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行分析，并計(jì)算根長(zhǎng)(cm)、根表面積(cm2)和根體積(cm3)。

1.3.2干物質(zhì)及磷素積累量

于各生育期末，采集各小區(qū)長(zhǎng)勢(shì)一致的代表性花生植株3株，將其分成根、莖、葉、針、果5部分后置于干燥箱中，105℃殺青30 min后，再調(diào)至80℃干燥至質(zhì)量恒定，干燥冷卻后用電子天平稱取干物質(zhì)量。干燥的植株各器官經(jīng)粉碎過(guò)篩后，經(jīng)濃H2SO4-H2O2消煮至無(wú)色透明后定容過(guò)濾，利用德國(guó)SEAL AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定植株各器官全磷含量。各器官磷素積累量計(jì)算式為

(1)

式中M——各器官磷素積累量，kg/hm2

Mi——各器官全磷含量(質(zhì)量比)，mg/kg

m——各器官干物質(zhì)量，g/株

N——一個(gè)小區(qū)花生數(shù)，株

S——一個(gè)小區(qū)面積，為7.5 m2

植株磷素積累量為各器官磷素積累量之和。

1.3.3土壤有效磷含量

各生育期末，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集3點(diǎn)0～20 cm土層土樣并混合，風(fēng)干后過(guò)100目篩，用0.5 mol/L的NaHCO3浸提，利用德國(guó)SEAL AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定磷含量，有效磷含量計(jì)算式為

P=CK

(2)

式中P——土壤有效磷含量(質(zhì)量比)，mg/kg

C——從標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的磷質(zhì)量濃度，mg/L

K——浸提時(shí)的液土比，為50 mL∶2.50 g

1.3.4產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

花生成熟后，在每個(gè)小區(qū)中心選取無(wú)缺苗且長(zhǎng)勢(shì)整齊的1 m2計(jì)產(chǎn)區(qū)，單打單收，將莢果風(fēng)干至含水率為14%，再測(cè)定莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、總果數(shù)和飽果數(shù)，并計(jì)算出仁率、飽果率。

1.4 統(tǒng)計(jì)與分析

用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)。采用SAS 9.0軟件進(jìn)行裂區(qū)方差分析，其中灌溉方式為主區(qū)，生物炭施用量為子區(qū)，利用Turkey’s HSD檢測(cè)對(duì)主因子及交互因子不同水平間均值進(jìn)行多次比較(P<0.05)。采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生根系形態(tài)的影響

2.1.1灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生根長(zhǎng)的影響

不同灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生全生育期根長(zhǎng)的影響如表1所示。結(jié)果表明，灌溉方式顯著影響各生育期(除苗期外)花生根系長(zhǎng)度，生物炭用量則極顯著影響全生育期花生根系長(zhǎng)度，二者交互效應(yīng)對(duì)花針期和2018年結(jié)莢期影響顯著(P<0.05)。同一生物炭用量(除B40外)下，膜下滴灌的花生根長(zhǎng)始終表現(xiàn)為較高水平，各生育期(除苗期外)表現(xiàn)一致，其中花針期B10處理下的膜下滴灌花生根長(zhǎng)顯著高于溝灌和滴灌。同一灌溉方式下，花生根長(zhǎng)均隨著生物炭用量的增加，表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢(shì)，在生物炭用量10 t/hm2或20 t/hm2時(shí)獲得較高的花生根長(zhǎng)，2年各生育期溝灌和滴灌條件下二者差異不顯著，但2年花針期膜下滴灌下10 t/hm2生物炭處理的花生根長(zhǎng)均顯著大于20 t/hm2。交互分析表明，各生育期花生根長(zhǎng)最大值均出現(xiàn)在MB10處理，10 t/hm2生物炭處理較不施生物炭處理花生根長(zhǎng)2年平均提高了31.3%(苗期)、50.1%(花針期)、52.8%(結(jié)莢期)、36.8%(飽果期)。由此說(shuō)明，膜下滴灌下施用10 t/hm2生物炭對(duì)花生根長(zhǎng)具有最佳的促進(jìn)作用。

表1 不同灌溉方式和生物炭用量下全生育期花生根長(zhǎng)Tab.1 Root length of peanut in whole growth period under different irrigation methods and biochar application rates cm

2.1.2灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生根表面積的影響

不同灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生全生育期根表面積的影響如表2所示。結(jié)果表明，灌溉方式顯著影響各生育期(除苗期外)花生根表面積，生物炭用量則極顯著影響全生育期花生根表面積，二者交互效應(yīng)對(duì)結(jié)莢期影響顯著(P<0.05)。同一B10和B20處理下，各生育期(除苗期外)花生根表面積較大值均出現(xiàn)在膜下滴灌，其中花針期和結(jié)莢期B10處理下膜下滴灌花生根表面積顯著高于溝灌，且2年試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)一致。同一灌溉方式下，花生根表面積均隨生物炭用量的增加呈先升后降的變化規(guī)律，除花針期以外，其余各生育期溝灌條件下均在B20處理時(shí)得到較大的花生根表面積，但與B10處理的差異并不顯著，其余各生育期(除苗期外)3種灌溉方式下花生根表面積的最大值均為B10處理。交互分析表明，除苗期外的各生育期膜下滴灌條件下施用10 t/hm2生物炭對(duì)花生根表面積的提升效果最為明顯，且2年試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)一致。例如在結(jié)莢期，與不施生物炭處理相比，10 t/hm2生物炭處理的提高幅度(2年平均值)為33.0%(F)、30.5%(D)、44.6%(M)，并達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。說(shuō)明膜下滴灌和10 t/hm2生物炭的耦合處理對(duì)花生根表面積的提升效果最佳。

表2 不同灌溉方式和生物炭用量下全生育期花生根表面積Tab.2 Root surface area of peanut in whole growth period under different irrigation methods and biochar application rates cm2

2.1.3灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生根體積的影響

不同灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生全生育期根體積的影響如表3所示。結(jié)果表明，灌溉方式顯著影響花針期和結(jié)莢期的花生根體積，生物炭用量則極顯著影響全生育期花生根體積，二者交互效應(yīng)僅對(duì)2019年結(jié)莢期影響極顯著(P<0.01)。除B0處理以外，同一生物炭用量下，花生根體積均在膜下滴灌條件下取得較大值，各生育期(除苗期外)表現(xiàn)一致，其中在B10處理下，花針期和結(jié)莢期膜下滴灌花生根體積與溝灌的差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。同一灌溉方式下，花生根體積亦隨著生物炭用量的增多呈先增后減的趨勢(shì)，其中花針期和結(jié)莢期溝灌條件下施用20 t/hm2生物炭的花生根體積均高于其他生物炭處理，其余各生育期(除苗期外)不同灌溉方式下的花生根體積均在生物炭用量為10 t/hm2時(shí)達(dá)到最大，但B10和B20間的差異并不明顯。由此可知，膜下滴灌和適量的生物炭均可提高花生根體積，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，10 t/hm2處理表現(xiàn)最佳。

表3 不同灌溉方式和生物炭用量下全生育期花生根體積Tab.3 Root volumn of peanut in whole growth period under different irrigation methods and biochar application rates cm3

2.2 灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生干物質(zhì)積累的影響

不同灌溉方式和生物炭用量對(duì)全生育期花生干物質(zhì)積累的影響如表4所示。由表4可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，花生干物質(zhì)積累量呈逐漸增加趨勢(shì)。結(jié)果表明，灌溉方式對(duì)各生育期(除苗期外)干物質(zhì)積累有顯著影響，生物炭用量則對(duì)全生育期干物質(zhì)積累均有極顯著影響，交互作用對(duì)花針期和結(jié)莢期以及2019年飽果期影響極顯著(P<0.01)。同一生物炭用量下，各生育期花生植株干物質(zhì)積累量最大值多出現(xiàn)在膜下滴灌，其中在B10水平下，植株干物質(zhì)積累量變化趨勢(shì)表現(xiàn)為在花針期至飽果期膜下滴灌顯著高于溝灌，在花針期和結(jié)莢期膜下滴灌顯著高于滴灌。同一灌溉方式下，各生育期干物質(zhì)積累量均隨生物炭用量的增加呈先增后降的變化趨勢(shì)，且在B10或B20時(shí)達(dá)到峰值，與B0處理相比，2年增幅分別為13.3%～50.2%和13.1%～60.9%。交互分析表明，花針期至飽果期干物質(zhì)積累量最大值均出現(xiàn)在MB10處理，與不施生物炭處理相比，膜下滴灌下施用生物炭10 t/hm2對(duì)花生植株干物質(zhì)積累量的提升效果最為明顯，并達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。由此可見(jiàn)，MB10耦合處理更有利于提高花生干物質(zhì)的生產(chǎn)能力。

表4 不同灌溉方式和生物炭用量下花生干物質(zhì)積累量Tab.4 Dry matter accumulation of peanut in whole growth period under different irrigation methods and biochar application rates kg/hm2

2.3 灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生磷素積累量的影響

圖1 不同灌溉方式和生物炭用量下全生育期花生磷素積累量Fig.1 P accumulation of peanut in whole growth period under different irrigation methods and biochar application rates

圖2 不同灌溉方式和生物炭用量下全生育期土壤有效磷含量Fig.2 Soil available P of peanut in whole growth period under different irrigation methods and biochar application rates

不同灌溉方式和生物炭用量對(duì)全生育期花生植株磷素積累量的影響如圖1(圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)所示。結(jié)果表明，灌溉方式和交互效應(yīng)對(duì)各生育期(除苗期外)磷素積累量影響顯著，生物炭用量則對(duì)全生育期磷素積累量影響顯著(P<0.05)。由圖1可知，全生育期磷素積累量變化趨勢(shì)為：生育前期迅速增加，結(jié)莢期后則趨于平緩增加，至飽果期達(dá)到峰值，且2年表現(xiàn)一致。同一生物炭用量下，各生育期(除苗期外)花生植株磷素積累量均在膜下滴灌下取得最大值。以花針期為例，膜下滴灌較溝灌和滴灌2年平均提高了36.8%和23.3%。同一灌溉方式下，各生育期施用10 t/hm2和20 t/hm2生物炭均能促進(jìn)磷素積累量的提高，其中在花針期和結(jié)莢期膜下滴灌條件下，B10處理顯著高于B20處理。交互分析表明，各生育期MB10處理對(duì)磷素積累量的提升效果最為明顯，并達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。以飽果期為例，與B0相比，B10處理2年平均顯著提高了30.2%(F)、37.6%(D)、46.4%(M)。說(shuō)明膜下滴灌和生物炭均有利于花生對(duì)磷素的吸收利用，并且以MB10耦合作用的提升效果最佳。

2.4 灌溉方式和生物炭用量對(duì)土壤有效磷含量的影響

不同灌溉方式和生物炭用量對(duì)全生育期土壤表層有效磷含量的影響如圖2所示。結(jié)果表明，灌溉方式及交互作用均顯著影響各生育期(除苗期外)土壤有效磷含量，生物炭用量則對(duì)全生育期土壤有效磷含量影響顯著(P<0.05)。同一B10和B20生物炭用量下，全生育期膜下滴灌土壤有效磷含量始終保持較高水平，與溝灌相比，2年平均顯著提高了45.1%(花針期)、35.2%(結(jié)莢期)、66.7%(飽果期)；與滴灌相比，2年平均提高了22.2%(花針期)、16.0%(結(jié)莢期)、33.7%(飽果期)。同一灌溉方式下，隨著生物炭用量的增多，各生育期土壤有效磷含量呈先升后降的變化趨勢(shì)，除飽果期溝灌條件外，各生育期3種灌溉方式下的土壤有效磷含量均在生物炭用量為10 t/hm2時(shí)達(dá)到最大值。交互分析表明，膜下滴灌下施用10 t/hm2生物炭時(shí)對(duì)土壤有效磷含量的提升幅度最大，與B0處理相比，2年增幅平均為139.3%(花針期)、155.3%(結(jié)莢期)、122.5%(飽果期)，并達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。由此說(shuō)明，膜下滴灌和生物炭對(duì)土壤有效磷含量有著較高的增幅能力，且MB10耦合處理對(duì)土壤有效磷含量的提升效果最佳。

2.5 灌溉方式和生物炭用量對(duì)花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

圖3 不同灌溉方式和生物炭用量下花生產(chǎn)量Fig.3 Peanut yield under different irrigation methods and biochar application rates

不同水平下花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成多重比較分析如表5所示。從產(chǎn)量構(gòu)成分析可知，花生增產(chǎn)的原因主要是膜下滴灌和生物炭顯著影響了花生的出仁率和飽果率，一方面膜下滴灌的出仁率顯著高于其他兩種灌溉方式，另一方面與B0處理相比，B10處理可顯著提高花生的出仁率和飽果率(P<0.05)。由表5可知，灌溉方式和生物炭用量以及二者交互效應(yīng)均對(duì)花生產(chǎn)量影響顯著(P<0.05)。結(jié)果表明(圖3)，同一生物炭用量下，膜下滴灌的花生產(chǎn)量均高于其他兩種灌溉方式，尤其在B10處理下，達(dá)到了顯著性水平(P<0.05)，與溝灌和滴灌相比，2年增幅平均值分別為10.9%和7.1%。同一灌溉方式下，花生產(chǎn)量隨生物炭用量的增多呈先升后降的趨勢(shì)，當(dāng)生物炭用量為10 t/hm2時(shí)達(dá)到最大值，與不施生物炭處理相比，2年增幅平均值為11.9%，并達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。交互分析表明，連續(xù)2年最高產(chǎn)量均為MB10處理(2年均值達(dá)到6 369.3 kg/hm2)，且MB10耦合處理對(duì)花生的增產(chǎn)效果最為明顯，與MB0處理相比，2年平均增產(chǎn)14.2%。

表5 各主因子不同水平下花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成多重比較分析Tab.5 Multiple comparison of peanut yield and its component among different levels of each main factor

3 討論

3.1 不同灌溉方式下施用生物炭對(duì)花生根系形態(tài)的影響

根系形態(tài)對(duì)作物吸收養(yǎng)分的能力起著決定性作用。本研究表明，各生育期(除苗期外)膜下滴灌的花生根系形態(tài)可取得較好的優(yōu)化效果，這與WANG等[20]研究結(jié)論類似。究其原因是溝灌條件下的根系層土壤水分含量相對(duì)較高，土壤通氣性較差[21]，膜下滴灌和滴灌符合“少量多次”的灌水原則，通過(guò)改善土壤孔隙度和通氣性，增加根際土壤的氧氣含量，此外，相對(duì)于不覆膜滴灌，膜下滴灌土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)度較低，具有更好的增溫保墑效果，該灌溉方式下有利的生長(zhǎng)環(huán)境，使花生根系獲得較大的根系形態(tài)參數(shù)，進(jìn)而提高了花生根系獲取土壤磷素的機(jī)會(huì)。張偉明等[22]在盆栽試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)，生物炭促進(jìn)水稻生育前期的主根長(zhǎng)和根體積，提高根系總吸收面積和活躍吸收面積；相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)[23]，生物炭能改變作物的根系形態(tài)，有利于細(xì)根增殖，增加比根長(zhǎng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各生育期施用適量生物炭處理均能顯著優(yōu)化花生的根長(zhǎng)、根表面積以及根體積。這是因?yàn)樵谕寥乐惺┤攵嗫紫督Y(jié)構(gòu)的生物炭，能夠降低土壤容重，增加土壤孔隙，改善土壤微環(huán)境，為根系生長(zhǎng)提供良好的空間；同時(shí)生物炭巨大比表面積和較高陽(yáng)離子交換量等特性，使其可吸附、緩釋土壤和肥料中的養(yǎng)分[24-25]，以供應(yīng)花生根系生長(zhǎng)所需，進(jìn)一步為優(yōu)化植株根系形態(tài)起到促進(jìn)作用，使根系能從土壤中吸收更多的水分和磷素養(yǎng)分。本試驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)，各生育期(除苗期外)花生根系形態(tài)均以膜下滴灌和10 t/hm2生物炭耦合處理的優(yōu)化效果最佳。這說(shuō)明適量的生物炭在膜下滴灌條件下更有利于促進(jìn)花生根系下扎，增大根系與土壤的接觸面積，從而通過(guò)根系提高作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力，進(jìn)而促進(jìn)最終產(chǎn)量的增加。

3.2 不同灌溉方式下施用生物炭對(duì)土壤有效磷的影響

土壤作為作物所需磷素的主要來(lái)源，其中的水分狀況不僅能夠影響植株根系的生長(zhǎng)發(fā)育，還能通過(guò)影響土壤磷的有效性進(jìn)而影響作物對(duì)磷素的吸收積累[26]。水分是土壤磷運(yùn)移的良好載體，主要與磷在土壤中具有較差的移動(dòng)性有關(guān)[27]。本研究表明，在施用一定量的生物炭時(shí)，各生育期(除苗期外)膜下滴灌的土壤有效磷含量明顯高于其他兩種灌溉方式，主要是因?yàn)橄鄬?duì)于溝灌和滴灌，地膜覆蓋的膜下滴灌土壤含水率較高，更有利于促進(jìn)磷在土壤中的擴(kuò)散速率[28]，同時(shí)對(duì)提高土壤磷的有效性也有著更為積極的影響，這在朱齊超[29]的研究中也有類似結(jié)論。生物炭能夠進(jìn)一步提高土壤磷素的有效性，主要是一方面生物炭自身含有豐富的磷[30]，施入土壤后可直接增加土壤有效磷含量，另一方面因?yàn)樯锾烤哂袕?qiáng)吸附能力和較高的離子交換量，可有效固持土壤磷流失，并降低土壤對(duì)磷的固定作用，從而促進(jìn)提高土壤磷素有效性[31-32]。本研究表明，3種灌溉方式下施用生物炭可提高土壤有效磷含量，并且有效磷含量隨生物炭用量增多呈先升高后降低的變化，其中膜下滴灌和10 t/hm2生物炭的耦合處理對(duì)土壤有效磷含量具有最為顯著的提高效果，而高生物炭用量的有效磷含量較低主要是因?yàn)樯锾孔陨硖嫉容^高，過(guò)量施用則會(huì)導(dǎo)致土壤對(duì)磷的固定，反而降低了土壤磷的有效性[33-34]。因此，膜下滴灌下施用一定量的生物炭能夠明顯提升土壤有效磷含量，進(jìn)而提高花生磷素吸收積累以及產(chǎn)量的增加。

3.3 不同灌溉方式下施用生物炭對(duì)花生磷素積累量及產(chǎn)量的影響

相關(guān)分析表明，根系形態(tài)、土壤有效磷與植株磷素含量具有顯著正相關(guān)關(guān)系[26,35]，說(shuō)明發(fā)達(dá)的根系形態(tài)特征和充足的土壤有效磷含量是作物磷高效的重要基礎(chǔ)。研究表明，膜下滴灌或生物炭均能單獨(dú)優(yōu)化花生根系形態(tài)以及提高土壤有效磷含量，在膜下滴灌下進(jìn)一步施用一定量生物炭更能協(xié)同改善土壤水、氣、熱條件，通過(guò)優(yōu)化花生根系形態(tài)加大根系與土壤的接觸面積，從而吸收更多的土壤有效磷，促進(jìn)花生植株的磷吸收以及最終產(chǎn)量的形成。此外，膜下滴灌和生物炭的交互效應(yīng)對(duì)土壤有效磷含量影響顯著，二者協(xié)同促進(jìn)土壤有效磷的轉(zhuǎn)化，以供應(yīng)花生根系生長(zhǎng)和植株磷素的吸收積累。本研究表明，3種灌溉方式下，花針期至飽果期施生物炭處理下的花生植株磷素積累量均有所提升，并在生物炭用量為10 t/hm2時(shí)的提升效果最為顯著，張宏等[36]研究得出相似結(jié)果，即在連續(xù)2年施入生物炭后，明顯提高了土壤有效磷含量和春小麥植株磷養(yǎng)分的吸收利用，并隨生物炭施用量的增加，土壤肥力先增后減。本研究還表明，生物炭用量10 t/hm2在膜下滴灌下可得到最高的花生磷素積累量，可見(jiàn)MB10耦合處理的促進(jìn)效果最佳。

2年試驗(yàn)結(jié)果表明，施用生物炭能夠明顯提高花生產(chǎn)量，且隨生物炭用量的增多呈先增后減的趨勢(shì)，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在10 t/hm2生物炭處理，并顯著高于不施生物炭處理(P<0.05)，這與前人研究結(jié)果一致。張宏等[36]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成具有促進(jìn)作用，作物產(chǎn)量隨生物炭用量的增加先增后減；孫海妮等[37]研究也發(fā)現(xiàn)，生物炭施用量并不是越多越好，當(dāng)超過(guò)一定量時(shí)，產(chǎn)量表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。由此說(shuō)明生物炭的增產(chǎn)效應(yīng)具有一定閾值，過(guò)量施用則會(huì)對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成產(chǎn)生不利影響。在上述結(jié)果基礎(chǔ)上，本研究表明，在膜下滴灌條件下，增施10 t/hm2生物炭可得到最高的花生產(chǎn)量，可見(jiàn)通過(guò)良好的土壤水分和適宜生物炭用量的共同調(diào)控，明顯優(yōu)化花生根系形態(tài)，改善土壤磷素有效性，促進(jìn)花生磷素的吸收積累，提高出仁率及飽果率，對(duì)花生高產(chǎn)有著重要意義。

4 結(jié)論

(1)灌溉方式和生物炭用量存在顯著互作效應(yīng)。MB10處理得到花生最高產(chǎn)量，2年平均值達(dá)到6 369.3 kg/hm2，2年平均增產(chǎn)14.2%，為本試驗(yàn)最優(yōu)耦合模式。

(2)膜下滴灌和生物炭能協(xié)同創(chuàng)造花生良好的根系形態(tài)，一定量生物炭處理有利于提高全生育期花生根長(zhǎng)、根表面積和根體積，且在膜下滴灌下的優(yōu)化效果更為明顯。

(3)施用一定量生物炭可顯著增加土壤有效磷含量，促進(jìn)花生植株的磷素積累量，并在膜下滴灌下施用生物炭有著最為顯著的提升效果，對(duì)花生最終增產(chǎn)具有一定促進(jìn)作用，綜合考慮，10 t/hm2為本試驗(yàn)最佳的生物炭用量。