炭基肥和调亏灌溉对大豆光合特性和耗水的影响

胡 剑，姜 雪，王 良

(1.辽宁睿鑫水利工程有限公司，辽宁 沈阳 110400；2.沈阳农业大学 水利学院，辽宁 沈阳 110161；3. 辽宁汇邦设计咨询有限公司，辽宁 沈阳 110166)

生物炭基肥是以生物炭为载体与化肥混合在一起的复混肥料，具备生物炭改良土壤、保水保肥的基本特性。战秀梅等研究认为施用生物质炭和炭基肥均可以增加作物产量，相比之下，炭基肥的增产效果优于生物质炭，且生物炭基肥的缓释功能降低肥料淋洗损失的作用，进而改善了因肥料损失造成的环境污染问题[1-3]。调亏灌溉则是基于作物生理生化作用受遗传特性或生长激素影响的特征，人为地在作物生长发育的某一阶段施加一定程度的有益亏水度，改变作物水分供给的同时，调整了作物不同组织器官对光合产物的分配，使其在营养器官上降低分配比例，向籽粒发展，从而提高作物产量，进一步达到节水增产的目的。炭基肥提高土壤含水量的作用有利于促进作物在水分亏缺时的生长，进而有效地降低作物耗水、增强水肥利用效率，提高作物产量[5-6]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年5—9月在沈阳农业大学水利学院综合试验基地(41°44′N；123°27′E)遮雨棚中进行盆栽试验。供试大豆品种为东豆一号，供试土壤为棕壤土。试选用Φ34～22 cm(上口直径-下口直径)×23 cm(高)的塑料盆钵置于遮雨棚内，防止雨水淋入，炭基肥总养分≥36%(N-P2O5-K2O为10%-13%-13%)，C养分含量为20%。盆栽土壤取自0～30 cm耕层，风干粉碎过2 mm筛后与炭基肥均匀混合装入盆中，每盆装风干土17 kg，选取大小、饱满度一致的种子5粒播于盆内，距离土壤表面5 cm左右，于三叶期定苗，每盆保留两株长势相同且较好的大豆植株。

1.2 试验设计与方法

本试验采用裂区试验设计，炭基肥施肥量为主区：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)；开花期调亏灌溉为裂区：土壤含水量为田间持水量的45%～50%(重度调亏W1)；土壤含水量为田间持水量的60%～65%(轻度调亏W2)；土壤含水量为田间持水量75%～80%(常规灌溉W3)，该生育期灌水上限为田间持水量的80%，其他生育期灌水均保持常规灌溉，试验中采用称重法严格控制土壤水分，试验共12个处理，3次重复。

1.3 测试指标与方法

1.3.1 光合指标

在大豆各生育期，选择晴朗无云的天气，用LI-6400于9:00—10:00测定大豆主茎完全展开叶片的净光合速率和蒸腾速率。

1.3.2 叶绿素含量

在大豆各生育期，选择晴朗无云的天气，用CCM-300叶绿素仪于9:00—10:00测定大豆的叶绿素含量。

1.3.3 耗水量

每天早晨8：00用台秤称盆重，与前一天比较两天的重量之差即为大豆的日耗水量。

2 结果与分析

2.1 炭基肥和调亏灌溉对大豆光合特性的影响

由不同炭基肥施肥量和调亏灌溉程度对大豆光合特性的方差分析结果(表1)可知，炭基肥施肥量和调亏灌溉程度主效应对各生育阶段净光合速率均有显著性影响。从净光合速率来看，结果表现为随着炭基肥施肥量的增加有显著递增的趋势，三种不同施加水平间较无肥BF0净光合速率增加幅度可达19.65%～64.90%；开花期调亏灌溉及复水后，炭基肥主因子对净光合速率仍然保持极显著正效应的影响。调亏灌溉主因子显著降低大豆净光合速率，W1较W3处理显著降低10.86%，W2较W3处理降低3.93%；交互效应表现为，同一水分条件下，施肥处理下的叶片净光合速率大于未施肥处理，而在一定施肥量条件下，调亏灌溉较常规灌溉处理净光合速率仍然偏低，但在结荚-完熟阶段复水后，轻度调亏的补偿效应较为明显，与BF0水平下各水分处理相比，W1处理在各肥量下净光合速率提高了16.24%～41.07%，W2提高了53.00%～83.86%。炭基肥和调亏灌溉的交互效应对大豆蒸腾速率和叶片叶绿素含量的影响呈现先增加后降低的抛物线趋势，在同一水分处理下，施加炭基肥的处理蒸腾速率均大于未施肥的处理，而在一定施肥量条件下，重度调亏和轻度调亏会抑制大豆叶片蒸腾速率。对叶片叶绿素含量的影响表现为，在同一水分处理下，施加不同量炭基肥的处理叶绿素含量均大于未施肥的BF0处理，而在同一肥量条件下，开花期W1较W3处理降低了5.03%～14.69%，W2较W3处理降低了1.26%～14.69%，结荚期复水后，调亏处理下的叶绿素含量均有不同程度的补偿效应，与未施肥的BF0相比，施加不同量炭基肥条件下的W1、W2处理显著提高了4.38%～37.79%，其中W2处理下的补偿效应相对较高，可见炭基肥和调亏灌溉的交互效应有利于提高复水后叶片叶绿素含量的补偿生长能力，同时该正效应可维持至生育后期。

表1 炭基肥和调亏灌溉交互效应对大豆光合特性方差分析结果

2.2 炭基肥和调亏灌溉对大豆各生育阶段耗水的影响

由炭基肥和调亏灌溉对大豆各生育阶段耗水的方差分析结果(表2)和各主因子不同水平间多重比较分析结果(图1)可知，苗期—开花期炭基肥施肥量主因子对耗水有显著性差异，而调亏程度主因子及其与炭基肥的交互因子在生育后期的差异更为明显。分析其主效应，由结果图1可知，大豆全生育期耗水规律呈现单峰趋势，开花结荚期耗水量最大，BF1、BF2、BF3差异不明显，但显著高于BF0处理，BF2水平较其他水平耗水量相对较低，耗水量可降低13.47%；调亏程度主因子显著降低了调亏阶段及复水阶段大豆的耗水量，与常规灌溉W3相比，调亏处理W1、W2分别降低23.08%和9.74%(开花—结荚)，5.69%和1.97%(结荚—完熟)；炭基肥和调亏灌溉交互因子对调亏及复水后大豆耗水的影响表现为，在复水后W2调亏程度下，中肥和高肥水平会有效降低大豆结荚-完熟阶段耗水，BF2W2处理耗水相对较低，分别比无肥无亏处理BF0W3耗水降低16.08%，说明施加一定量炭基肥条件下的轻度调亏能有效减少大豆耗水，且该效应可以延续至复水后。

表2 炭基肥和调亏灌溉交互效应对大豆各生育阶段耗水的方差分析结果

图1 炭基肥BF和调亏灌溉W主因子对大豆耗水的影响

2.3 炭基肥和调亏灌溉对大豆水分利用效率的影响

水分利用效率由每盆大豆产量和每盆全生育期耗水量之比可得，由炭基肥和调亏灌溉主因子和交互因子对大豆水分利用效率的影响结果(表3)可知，炭基肥和调亏灌溉对大豆水分利用效率的影响趋势整体一致。炭基肥的施入能显著提高大豆水分利用效率，与BF0水平相比，BF1、BF2、BF3分别显著提高了11.26%、42.25%、15.49%；调亏灌溉主效应显著提高了大豆水分利用效率，与常规灌溉W3处理相比，W1处理水分利用效率显著提高了7.59%，W2处理显著提高了10.13%；炭基肥和调亏灌溉的交互因子对大豆的水分利用效率的影响表现出显著性差异，同一调亏处理下，施加三种不同量炭基肥均较无肥水分利用效率显著提高，提高幅度为5.95%～37.84%，在同一肥量条件下的W2处理水分利用效率显著高于W1和W3处理，水分利用效率最高处理均为BF2W2，为1.07 g/kg和1.04 g/kg，比最低处理显著提高了46.48%，足以可见BF2水平施加600 kg/hm2炭基肥条件下的轻度调亏W2处理能够获得较高的水分利用。

表3 炭基肥和调亏灌溉对大豆水分利用效率的主效应和交互效应分析结果

3 结 论

本研究表明,炭基肥主效应显著提高了大豆叶片的净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量，且随施肥量增加而增加；调亏灌溉则显著降低了大豆的各光合指标；交互效应对其复水后叶片的补偿生长效应更为明显，轻度调亏W2在不同施肥量条件下与未施肥相比，补偿效应优于重度调亏W1处理，如叶绿素含量可提高4.38%～37.79%。炭基肥主效应对大豆耗水表现为，施入600 kg/hm2炭基肥在大豆结荚鼓粒期耗水量最低，调亏灌溉处理显著降低了各生育期耗水;交互效应表现为，常规灌溉水平下，施加适量炭基肥的处理耗水量小于未施加炭基肥的处理，轻度调亏下，施加900 kg/hm2肥料比无肥无亏处理BF0W3耗水降低9.18%。与未施加炭基肥相比，三种不同量炭基肥下的水分利用效率提高了7.89%～42.25%，提高幅度较大，调亏灌溉处理显著提高了大豆水分利用效率， BF2W2处理具有较高的水分利用效率，比最低水分利用效率相比分别显著提高了46.48%。