生物炭對(duì)夏玉米花后穗位葉光合生理特性及產(chǎn)量的影響

摘要" 以夏玉米商單1967為試驗(yàn)材料，設(shè)置不施生物炭（CK）、生物炭10 t/hm²（T₁）、生物炭20 t/hm²（T₂）和生物炭40 t/hm²（T₃）共4個(gè)處理，分析生物炭對(duì)夏玉米花后穗位葉葉綠素含量（SPAD值）、凈光合速率等光合特性，超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）活性等生理特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，T₂、T₃處理能夠提高玉米花后穗位葉的SPAD值、凈光合速率、蒸騰速率，降低胞間CO₂濃度，與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。生物炭處理均能提高玉米花后穗位葉SOD、POD活性，并隨著生物炭施用量的增加而增加，即T₃gt;T₂gt;T₁gt;CK；均能降低穗位葉丙二醛（MDA）含量，并隨著生物炭施用量的增加而降低，即CKgt;T₁gt;T₂gt;T₃。生物炭處理提高了夏玉米產(chǎn)量，T₁、T₂和T₃分別較CK增產(chǎn)5.80%、9.98%和16.88%。綜上，施用生物炭能夠改善玉米花后穗位葉光合性能，提高穗位葉抗氧化酶活性，延緩穗位葉衰老，從而提高玉米產(chǎn)量，且以施用量40 t/hm²的增產(chǎn)效果最佳。

關(guān)鍵詞" 生物炭；夏玉米；光合特性；生理特性；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)" S513"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A"""""" 文章編號(hào)" 1007-7731（2025）06-0021-04

DOI號(hào)" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.06.006

Effects of biochar on photosynthetic physiological characteristics and yield of post-ear leaves of summer corn flower

LIU Xinhui

（People’s Government of Xinqiao Town， Yongcheng 476621， China）

Abstract" Summer corn Shangdan1967 was used as test material， 4 treatments were set up： no biochar （CK）， biochar 10 t/hm² （T₁）， biochar 20 t/hm² （T₂） and biochar 40 t/hm² （T₃）. The effects of biochar on photosynthetic characteristics such as chlorophyll content （SPAD value）， net photosynthetic rate; superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD） activity and other physiological characteristics，and yield were analyzed. The results showed that T₂ and T₃ treatments could increase SPAD value， net photosynthetic rate， and transpiration rate， and reduce intercellular CO₂ concentration， with statistically significant difference compared with CK （Plt;0.05）. Biochar treatment could increase SOD and POD activities， and increased with the increase of biochar application amount， that was T₃gt;T₂gt;T₁gt;CK. The content of malondialdehyde （MDA） in ear leaves was decreased with the increase of biochar application， that was， CKgt;T₁gt;T₂gt;T₃. Biochar treatment increased the yield of summer corn， and the yield of T₁， T₂， and T₃ increased by 5.80%， 9.98%， and 16.88% compared with CK. In conclusion， the application of biochar can improve the photosynthetic performance of maize post-ear leaves， increase the antioxidant enzyme activity of ear leaves， delay the senescence of ear leaves， and thus increase corn yield， and the application rate of 40 t/hm² has the best yield increase effect.

Keywords" biochar; summer corn; photosynthetic characteristics; physiological characteristics; yield

玉米作為重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量取決于開(kāi)花后穗位葉的光合能力和衰老程度^[1]。研究表明，相關(guān)農(nóng)藝措施能夠減緩穗位葉的衰老，增強(qiáng)其光合能力^[2-3]。生物炭作為一種土壤改良劑，在提高作物產(chǎn)量和培肥土壤等方面已有大量應(yīng)用^[4-5]。如惠超等^[6]和王智慧等^[7]研究指出，生物炭或配施化肥能夠顯著提高小麥、玉米產(chǎn)量；劉國(guó)玲等^[8]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠改善玉米光合特性，增加產(chǎn)量；郭書(shū)亞等^[9]研究表明，施用生物炭能夠改善土壤理化性質(zhì)，增加玉米產(chǎn)量。闞正榮^[10]等研究指出，高用量的生物炭處理會(huì)降低玉米光合性能。由于試驗(yàn)所用生物炭、土壤類型及施用方法不同，有關(guān)生物炭對(duì)玉米光合性能及產(chǎn)量影響的相關(guān)結(jié)果不一致，且關(guān)于豫東潮土區(qū)生物炭對(duì)玉米花后穗位葉光合性能及產(chǎn)量的影響研究較少。因此，本研究設(shè)置不同用量生物炭，研究其對(duì)玉米花后穗位光合生理特性及產(chǎn)量的影響，為田間合理施用生物炭以提高玉米光合性能和產(chǎn)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

試驗(yàn)于2022年在河南永城新全家庭農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行（34°31 N，115°42 E），土壤為潮土，土壤含有機(jī)碳11.3 g/kg、堿解氮84.2 mg/kg、速效磷11.1 mg/kg、速效鉀122.7 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用生物炭購(gòu)買(mǎi)自河南眾信藍(lán)天環(huán)保裝備有限公司，其碳含量437.8 g/kg、pH 9.0、全氮16.3 g/kg、全磷8.2 g/kg、全鉀27.6 g/kg。供試玉米品種為商單1967，由商丘市農(nóng)林科學(xué)院提供，種植密度為75 000 株/hm²。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：不施生物炭（CK），生物炭10 t/hm²（T₁），生物炭20 t/hm²（T₂），生物炭40 t/hm²（T₃）。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為6.67 m×6.00 m，每個(gè)小區(qū)之間設(shè)0.60 m隔離帶，不同用量生物炭在玉米播種前一次性全部添加，即T₁處理每小區(qū)施用生物炭40 kg，T₂處理每小區(qū)施用生物炭80 kg，T₃處理每小區(qū)施用生物炭160 kg，采用旋耕機(jī)使土壤耕層（0～20 cm）與生物炭均勻混合。每行種植31株，每小區(qū)種植310株。每處理底施鄂中復(fù)合肥（N∶P₂O₅∶K₂O 為17∶17∶17） 600 kg/hm²，大喇叭口期追施尿素300 kg/hm²，栽培管理與當(dāng)?shù)卮筇锎胧┮恢隆?/p>

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 葉綠素含量 于玉米花后（8月1日）0、15、30和45 d，選取受光方向一致的穗位葉，采用SPAD-502 Plus葉綠素儀測(cè)定穗位葉中部的葉綠素含量，以SPAD值表示，重復(fù)3次。

1.4.2 光合指標(biāo) 于玉米花后0、15、30和45 d，在晴天09：00—10：30，選取受光方向一致的穗位葉，采用Li-6400便攜式光合儀測(cè)定葉片凈光合速率、蒸騰速率和胞間CO₂濃度。

1.4.3 衰老指標(biāo) 于玉米花后0、15、30和45 d取測(cè)完光合指標(biāo)的穗位葉放于自封袋且置于液氮中帶回實(shí)驗(yàn)室，用于生理指標(biāo)測(cè)定。超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化還原法，過(guò)氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法^[11]。

1.4.4 玉米產(chǎn)量 玉米成熟期，每個(gè)小區(qū)選擇中間兩行實(shí)收，測(cè)定玉米籽粒產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)夏玉米穗位葉光合特性的影響

2.1.1 葉綠素含量 由表1可知，花后穗位葉葉綠素含量隨著時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，不同處理之間表現(xiàn)為T(mén)₃gt;T₂gt;T₁gt;CK。T₁在花后0、15和30 d與CK差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05），在花后45 d，與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。在花后0、15、30和45 d，T₂、T₃與CK差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），T₂處理穗位葉葉綠素含量較CK分別提高6.70%、10.38%、12.24%和14.49%；T₃處理穗位葉葉綠素含量較CK提高12.30%、17.46%、19.35%和21.80%。說(shuō)明生物炭處理有利于夏玉米穗位葉葉綠素的合成。

2.1.2 凈光合速率 由表2可知，花后穗位葉凈光合速率隨著時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，不同處理之間表現(xiàn)為T(mén)₃gt;T₂gt;T₁gt;CK。T₁在花后0和15 d的穗位葉凈光合速率與CK差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05），在花后30和45 d與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。在花后0、15、30和45 d，T₂、T₃的穗位葉凈光合速率與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），T₂的穗位葉凈光合速率含量較CK分別提高8.06%、10.25%、14.65%和20.86%；T₃的穗位葉凈光合速率含量較CK分別提高15.69%、15.81%、25.02%和34.08%。說(shuō)明生物炭處理有利于提高夏玉米穗位葉的凈光合速率。

2.1.3 蒸騰速率 由表3可知，花后穗位葉蒸騰速率隨著時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，不同處理之間表現(xiàn)為T(mén)₃gt;T₂gt;T₁gt;CK。T₁在花后0和15 d穗位葉蒸騰速率與CK差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05），在花后30和45 d與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。在花后0、15、30和45 d，T₂、T₃的穗位葉蒸騰速率與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），T₂的穗位葉蒸騰速率含量較CK分別提高7.09%、9.66%、16.02%和26.56%；T₃的穗位葉蒸騰速率含量較CK分別提高13.00%、17.86%、28.64%和43.75%。說(shuō)明生物炭處理有利于提高夏玉米穗位葉的蒸騰速率。

2.1.4" 胞間CO₂濃度""" 由表4可知，花后穗位葉胞間CO₂濃度隨著時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)，不同處理間表現(xiàn)為CKgt;T₁gt;T₂gt;T₃。T₁在花后0和15 d與CK差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05），在花后30和45 d與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。在花后0、15、30和45 d，T₂、T₃與CK差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），T₂的穗位葉胞間CO₂濃度較CK低6.50%、7.21%、10.73%和9.61%；T₃的穗位葉胞間CO₂濃度較CK低11.12%、12.76%、15.27%和15.93%。說(shuō)明生物炭處理有利于提高夏玉米穗位葉的胞間CO₂濃度。

2.2 不同處理對(duì)夏玉米穗位葉生理特性的影響

2.2.1 SOD活性 由表5可知，玉米花后穗位葉SOD活性隨著時(shí)間的推移呈逐漸下降趨勢(shì)，與CK相比，不同處理均能提高玉米穗位葉SOD活性，并隨著生物炭施用量的增加而增加，即T₃gt;T₂gt;T₁gt;CK。在花后30和45 d，不同處理間SOD活性差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），花后30 d，T₁、T₂、T₃分別較CK提高7.52%、12.35%、20.09%；花后45 d ，T₁、T₂、T₃分別較CK提高9.31%、16.15%、24.12%。說(shuō)明生物炭處理有利于增強(qiáng)夏玉米穗位葉SOD活性。

2.2.2 POD活性 由表6可知，玉米花后穗位葉POD活性隨著時(shí)間的推移呈逐漸下降趨勢(shì)，和CK相比，除花后0 d外，不同處理均能明顯提高玉米穗位葉POD活性（Plt;0.05）；表現(xiàn)為T(mén)₃gt;T₂gt;T₁gt;CK。在花后15、30和45 d，T₁較CK分別提高6.03%、9.63%和10.26%，T₂較CK分別提高12.06%、17.27%和19.75%，T₃較CK分別提高17.71%、26.75%和34.70%。說(shuō)明生物炭處理有利于增強(qiáng)夏玉米穗位葉POD活性。

2.2.3" MDA含量""" 由表7可知，玉米花后穗位葉MDA含量呈逐漸升高趨勢(shì)，與CK相比，不同處理穗位葉MDA含量與CK差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），并隨著生物炭施用量的增加而降低，即CKgt;T₁gt;T₂gt;T₃，在花后30、45 d，不同處理間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）;花后30 d，T₁、T₂和T₃分別較CK低8.63%、13.15%和17.13%；花后45 d，T₁、T₂和T₃分別較CK低7.65%、13.47%和18.93%。說(shuō)明生物炭處理有利于降低夏玉米穗位葉MDA含量。

2.3 不同處理對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

由圖1可知，不同處理間夏玉米產(chǎn)量差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），表現(xiàn)為T(mén)₃gt;T₂gt;T₁gt;CK。T₁、T₂和T₃夏玉米產(chǎn)量分別較CK增產(chǎn)5.80%、9.98%和16.88%。說(shuō)明生物炭處理可有效提高夏玉米產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

劉國(guó)玲等^[8]研究發(fā)現(xiàn)，正常施肥配施生物炭處理的玉米凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均高于CK，且高施炭量處理明顯高于低施炭量處理；高施炭量比對(duì)照增產(chǎn)10.23%；王艷芳等^[12]研究指出，施用生物炭可提高旱作玉米花后穗位葉SPAD值、凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，降低旱作玉米花后穗位葉片胞間CO₂濃度。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，生物炭處理能提高玉米花后穗位葉SPAD值、凈光合速率、蒸騰速率、SOD和POD活性，降低玉米花后穗位葉片胞間CO₂濃度和MDA含量，T₁、T₂和T₃夏玉米產(chǎn)量分別較CK增產(chǎn)5.80%、9.98%和16.88%，與以上研究結(jié)果相似，其原因一方面可能是生物炭施入土壤后，能夠增加孔隙度^[13]，保水保肥^[14]，有利于根系的生長(zhǎng)、后期不脫肥，延緩了玉米衰老；另一方面可能是生物炭本身含有大量的有機(jī)碳，能夠改善土壤微生物特性^[15]，提高土壤肥料利用效率。

綜上，本研究探究不同濃度生物炭處理對(duì)玉米光合生理特性及產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，生物炭施用后，能提高玉米花后穗位葉SPAD值、凈光合速率、蒸騰速率，降低胞間CO₂濃度，以改善葉片光合能力；能提高SOD和POD活性，降低MDA含量，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育；最終增加其產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 李寧，郭世榮，束勝，等. 外源24-表油菜素內(nèi)酯對(duì)弱光脅迫下番茄幼苗葉片形態(tài)及光合特性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（3）：847-852.

[2] 郭書(shū)亞，付國(guó)占，王振華，等. 深松與秸稈覆蓋對(duì)夏玉米花后穗位葉光合熒光特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（1）：80-82.

[3] 王萌，陳國(guó)強(qiáng)，金海燕，等. 密度和空間布局種植方式對(duì)夏玉米穗位葉光合生理性狀的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2016，31（2）：131-138.

[4] 房彬，李心清，趙斌，等. 生物炭對(duì)旱作農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（8）：1292-1297.

[5] 戰(zhàn)秀梅，彭靖，王月，等. 生物炭及炭基肥改良棕壤理化性狀及提高花生產(chǎn)量的作用[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（6）：1633-1641.

[6] 惠超，楊衛(wèi)君，鄧天池，等. 生物炭用量對(duì)灌區(qū)春小麥干物質(zhì)和氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響[J]. 作物雜志，2022（6）：201-207.

[7] 王智慧，殷大偉，王洪義，等. 生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，44（3）：14-19.

[8] 劉國(guó)玲，王宏偉，蔣健，等. 生物炭對(duì)鄭單958生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué)，2016，24（4）：105-109.

[9] 郭書(shū)亞，尚賞，王坤，等. 施用生物炭5年后對(duì)夏玉米田土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（15）：74-78.

[10] 闞正榮，劉鵬，李超，等. 施用生物炭對(duì)華北平原土壤水分和夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 玉米科學(xué)，2019，27（1）：142-150.

[11] 李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[12] 王艷芳，李乾云，悅飛雪，等. 生物炭對(duì)豫西旱作玉米花后穗位葉光合生理特性及產(chǎn)量的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，49（11）：125-133.

[13] 陳紅霞，杜章留，郭偉，等. 施用生物炭對(duì)華北平原農(nóng)田土壤容重、陽(yáng)離子交換量和顆粒有機(jī)質(zhì)含量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（11）：2930-2934.

[14] 劉小寧，蔡立群，黃益宗，等. 生物質(zhì)炭對(duì)旱作農(nóng)田土壤持水特性的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2017，31（4）：112-117.

[15] 花莉，金素素，洛晶晶. 生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤微域特征及土壤腐殖質(zhì)的作用效應(yīng)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（11）：1795-1799.

（責(zé)任編輯：胡立萍）

作者簡(jiǎn)介 劉心輝（1974—），男，河南永城人，農(nóng)藝師，從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。

收稿日期 2024-11-07