炭基肥和調虧灌溉對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.沈陽農業大學 水利學院，遼寧 沈陽 110161；3. 遼寧匯邦設計咨詢有限公司，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混肥料，具備生物炭改良土壤、保水保肥的基本特性。戰秀梅等研究認為施用生物質炭和炭基肥均可以增加作物產量，相比之下，炭基肥的增產效果優于生物質炭，且生物炭基肥的緩釋功能降低肥料淋洗損失的作用，進而改善了因肥料損失造成的環境污染問題[1-3]。調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，調整了作物不同組織器官對光合產物的分配，使其在營養器官上降低分配比例，向籽粒發展，從而提高作物產量，進一步達到節水增產的目的。炭基肥提高土壤含水量的作用有利于促進作物在水分虧缺時的生長，進而有效地降低作物耗水、增強水肥利用效率，提高作物產量[5-6]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年5—9月在沈陽農業大學水利學院綜合試驗基地(41°44′N；123°27′E)遮雨棚中進行盆栽試驗。供試大豆品種為東豆一號，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，防止雨水淋入，炭基肥總養分≥36%(N-P2O5-K2O為10%-13%-13%)，C養分含量為20%。盆栽土壤取自0～30 cm耕層，風干粉碎過2 mm篩后與炭基肥均勻混合裝入盆中，每盆裝風干土17 kg，選取大小、飽滿度一致的種子5粒播于盆內，距離土壤表面5 cm左右，于三葉期定苗，每盆保留兩株長勢相同且較好的大豆植株。

1.2 試驗設計與方法

本試驗采用裂區試驗設計，炭基肥施肥量為主區：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)；開花期調虧灌溉為裂區：土壤含水量為田間持水量的45%～50%(重度調虧W1)；土壤含水量為田間持水量的60%～65%(輕度調虧W2)；土壤含水量為田間持水量75%～80%(常規灌溉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灌溉，試驗中采用稱重法嚴格控制土壤水分，試驗共12個處理，3次重復。

1.3 測試指標與方法

1.3.1 光合指標

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測定大豆的葉綠素含量。

1.3.3 耗水量

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

2 結果與分析

2.1 炭基肥和調虧灌溉對大豆光合特性的影響

由不同炭基肥施肥量和調虧灌溉程度對大豆光合特性的方差分析結果(表1)可知，炭基肥施肥量和調虧灌溉程度主效應對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，結果表現為隨著炭基肥施肥量的增加有顯著遞增的趨勢，三種不同施加水平間較無肥BF0凈光合速率增加幅度可達19.65%～64.90%；開花期調虧灌溉及復水后，炭基肥主因子對凈光合速率仍然保持極顯著正效應的影響。調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%；交互效應表現為，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，調虧灌溉較常規灌溉處理凈光合速率仍然偏低，但在結莢-完熟階段復水后，輕度調虧的補償效應較為明顯，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%。炭基肥和調虧灌溉的交互效應對大豆蒸騰速率和葉片葉綠素含量的影響呈現先增加后降低的拋物線趨勢，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，重度調虧和輕度調虧會抑制大豆葉片蒸騰速率。對葉片葉綠素含量的影響表現為，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%，結莢期復水后，調虧處理下的葉綠素含量均有不同程度的補償效應，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處理下的補償效應相對較高，可見炭基肥和調虧灌溉的交互效應有利于提高復水后葉片葉綠素含量的補償生長能力，同時該正效應可維持至生育后期。

表1 炭基肥和調虧灌溉交互效應對大豆光合特性方差分析結果

2.2 炭基肥和調虧灌溉對大豆各生育階段耗水的影響

由炭基肥和調虧灌溉對大豆各生育階段耗水的方差分析結果(表2)和各主因子不同水平間多重比較分析結果(圖1)可知，苗期—開花期炭基肥施肥量主因子對耗水有顯著性差異，而調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，由結果圖1可知，大豆全生育期耗水規律呈現單峰趨勢，開花結莢期耗水量最大，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較低，耗水量可降低13.47%；調虧程度主因子顯著降低了調虧階段及復水階段大豆的耗水量，與常規灌溉W3相比，調虧處理W1、W2分別降低23.08%和9.74%(開花—結莢)，5.69%和1.97%(結莢—完熟)；炭基肥和調虧灌溉交互因子對調虧及復水后大豆耗水的影響表現為，在復水后W2調虧程度下，中肥和高肥水平會有效降低大豆結莢-完熟階段耗水，BF2W2處理耗水相對較低，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虧能有效減少大豆耗水，且該效應可以延續至復水后。

表2 炭基肥和調虧灌溉交互效應對大豆各生育階段耗水的方差分析結果

圖1 炭基肥BF和調虧灌溉W主因子對大豆耗水的影響

2.3 炭基肥和調虧灌溉對大豆水分利用效率的影響

水分利用效率由每盆大豆產量和每盆全生育期耗水量之比可得，由炭基肥和調虧灌溉主因子和交互因子對大豆水分利用效率的影響結果(表3)可知，炭基肥和調虧灌溉對大豆水分利用效率的影響趨勢整體一致。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%；調虧灌溉主效應顯著提高了大豆水分利用效率，與常規灌溉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%；炭基肥和調虧灌溉的交互因子對大豆的水分利用效率的影響表現出顯著性差異，同一調虧處理下，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虧W2處理能夠獲得較高的水分利用。

表3 炭基肥和調虧灌溉對大豆水分利用效率的主效應和交互效應分析結果

3 結 論

本研究表明,炭基肥主效應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；調虧灌溉則顯著降低了大豆的各光合指標；交互效應對其復水后葉片的補償生長效應更為明顯，輕度調虧W2在不同施肥量條件下與未施肥相比，補償效應優于重度調虧W1處理，如葉綠素含量可提高4.38%～37.79%。炭基肥主效應對大豆耗水表現為，施入600 kg/hm2炭基肥在大豆結莢鼓粒期耗水量最低，調虧灌溉處理顯著降低了各生育期耗水;交互效應表現為，常規灌溉水平下，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%。