生物炭與干旱對馬鈴薯初花期生長特性的影響

付春娜，張麗莉，黃 越，石 瑛

（東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱150030）

生物炭與干旱對馬鈴薯初花期生長特性的影響

付春娜，張麗莉，黃 越，石 瑛＊

（東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱150030）

為生物炭在馬鈴薯高產栽培中的應用提供理論依據，以鮮食馬鈴薯品種東農311為材料，采用盆栽法，研究生物炭的施用對初花期馬鈴薯生長及抗旱性的影響。結果表明：干旱脅迫顯著降低植株光合系統相關指標（胞間CO2濃度除外），降低葉片葉綠素含量和各器官干物質積累量，同時影響植株農藝性狀。施用生物炭能提高馬鈴薯葉片的凈光合速率16.81%～28.98%、蒸騰速率9.5%～21.95%和氣孔導度28.33%～40.48%，降低胞間CO2濃度2.28%～4.57%，增強馬鈴薯初花期葉片的光合積累能力；同時提高馬鈴薯初花期的葉綠素含量8.57%～37.6%，以及植株的株高、主莖數、莖粗，增大各器官的干物質積累量。

生物炭；初花期；光合特性；根系活力

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）是糧菜兼用作物，營養成分全面，素有“地下面包”之稱，是位居小麥、玉米和水稻之后的世界第4大糧食作物［1］。近年來，由于土壤肥力低下，同時在有限的降水條件下，生產潛力不能得到有效發揮，導致馬鈴薯產量水平受到限制［2－4］。為了追求產量，化學肥料的大量使用，不僅提高生產成本，也對土壤和水環境造成負面影響［5－7］。現有研究表明，施用生物炭能提高土壤肥力并減少溫室氣體排放，吸附土壤中未被作物利用的水分和養分［8－9］，能促進不同作物生長發育和提高產量［10－12］。但也有報道指出，生物碳施用會因作物品種的不同而產生不同的結論［13］。生物炭本身呈堿性，隨著施用量的增加土壤pH增加，使用過量對馬鈴薯植株的生長發育造成影響［14］。

馬鈴薯初花期是決定馬鈴薯塊莖膨大的關鍵時期［15］，而塊莖的大小直接影響馬鈴薯產量［16］。本試驗以鮮食馬鈴薯品種東農311為試驗材料，研究生物炭的施用對初花期馬鈴薯生長及抗旱方面的影響，以確定適宜的施用量，為生物炭在馬鈴薯高產栽培方面的有效應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為東農311原種一代。試驗地點位于黑龍江省哈爾濱市東北農業大學馬鈴薯研究所防雨棚，采用東北黑鈣土。生物炭是由遼寧省生物炭工程技術研究中心提供，基質為玉米秸稈。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，完全隨機排列，生物炭施肥量設3個處理，分別是C0（0%），C1（5%），C2（10%）。水分設2個處理，即水分充足F（土壤田間最大持水量75%～85%），相對干旱D（灌水量的適宜條件補水的50%）。每天檢測土壤水分狀況。每盆裝入5kg土，每盆種1株，每個處理共種植60株。于5月20日播種，在馬鈴薯初花期測量植株形態并取樣，每個處理選取具有代表性的植株3株，測定葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度［17］、形態指標、各器官生物產量［18］及葉綠素含量和根活力［19］。

1.3 數據處理與分析

試驗數據采用Office 2010計算，DPS 2005統計分析軟件進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 生物炭和干旱對馬鈴薯光合系統的影響

凈光合速率是葉片內外CO2濃度梯度和擴散阻力的函數。凈光合速率越高，葉外空氣到羧化部位間的擴散阻力越小，越有利于植物光合作用的進行。氣孔是陸生植物與外界環境交換水分和氣體的主要通道及調節機構。氣孔阻力的大小直接影響植物光合作用、呼吸作用和蒸騰作用等氣體代謝。葉片凈光合速率與氣孔導度具有較好的平行關系，若供水量下降，會導致氣孔阻力的增加和光合速率的降低。蒸騰速率由水蒸氣向外的擴散力和擴散途徑的阻力決定，受葉內和外界環境間的蒸汽壓梯度制約。生物炭的施用提高了馬鈴薯葉片的蒸騰速率。胞間CO2濃度是指植物呼吸作用放出量減去光合作用吸收量，受到植物光合作用和呼吸作用的雙重影響。

經光合系統4個指標方差分析（表1）看出，凈光合速率的炭處理間存在極顯著差異（F凈炭＝73.11＊＊），蒸騰速率炭處理之間存在極顯著差異（F蒸炭＝8.38＊＊），氣孔導度炭處理之間存在極顯著差異（F氣炭＝321.28＊＊）、水處理之間存在顯著差異（F氣水＝8.18＊）。生物炭顯著增加葉片凈光合速率和氣孔導度，而干旱脅迫對這2個指標影響不顯著。葉片蒸騰速率在適量灌水和C2（10%）施炭量時顯著增加。胞間CO2濃度經水處理、炭處理后減小，但差異不顯著。

表1 生物炭和干旱條件葉片光合系統的相關指標Table1 Effects of different biochar and drought treatments on related indexes on leaf photosynthetic system

表2 生物炭和干旱條件下的馬鈴薯葉片葉綠素含量及根系活力Table2 Effects of different biochar and drought treatments on chlorophyll content and root activity of potato leaf

表3 生物炭和干旱條件下植株的農藝性狀Table3 Effects of different biochar and drought treatments on agronomic traits of potato plants

2.2 生物炭和干旱對葉綠素含量及根系活力的影響

經葉片葉綠素含量和根系活力2個指標方差分析，葉片葉綠素含量和根系活力的水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F葉水＝266.89＊＊，F葉炭＝35.31＊＊；F根水＝204.65＊＊；F根炭＝90.52＊＊）。由表2可知，葉片葉綠素含量在施生物炭后顯著增加，但差異不顯著；葉綠素含量在干旱脅迫下顯著低于適量灌水條件。在干旱脅迫時，施入生物炭后植株根系活力顯著增大；在適量灌水條件下，植株根系活力在C2（10%）處理時顯著增大，說明生物炭的施入可增強作物抗旱性。

2.3 生物炭和干旱對馬鈴薯農藝性狀影響

對植株株高、主莖數、莖粗3個指標進行方差分析（表3），株高在水處理間和炭處理間均存在顯著差異（F高水＝6.011＊，F高炭＝6.013＊），主莖數在水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F主水＝12.11＊＊，F主炭＝48.72＊＊），莖粗在水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F莖水＝13.53＊＊，F高炭＝13.50＊＊）。植株的株高在適量灌水條件下，施炭量達C2（10%）時顯著增加。植株的主莖數在干旱脅迫下低于適量灌水，施入生物炭后干旱脅迫下主莖數顯著增加，說明生物炭緩解干旱對主莖數的影響。植株的莖粗在施入生物炭后顯著增加，且適量灌水后顯著高于干旱脅迫處理。

2.4 生物炭和干旱對馬鈴薯干物質積累量的影響

對馬鈴薯植株各器官干物質積累量進行方差分析（表4）表明，葉片、莖、根干物質積累量的水處理、炭處理間均存在極顯著差異（F葉干水＝229.16＊＊，F葉干炭＝34.10＊＊，F莖干水＝987.56＊＊，F莖干炭＝86.97＊＊，F根干水＝163.06＊＊，F根干炭＝39.02＊＊）。植株葉片的干物質積累量受干旱脅迫影響顯著，干旱脅迫下各炭處理間葉干物質積累量均顯著低于適量灌水，生物炭施用量達C2（10%）時葉干物質積累量增加顯著。莖的干物質積累量在相同炭處理下適量灌水時顯著高于干旱脅迫，生物炭顯著增加莖的干物質積累量。干旱顯著降低各炭處理下根干物質積累量。

表4 生物炭和干旱條件下馬鈴薯植株各器官干物質的積累量Table4 Effect of different biochar and drought treatments on dry matter accumulation of different potato parts

3 結論與討論

近年來，黑龍江地區在馬鈴薯生育期常多干旱，降低了馬鈴薯的產量。通過施用生物炭可緩解干旱脅迫對馬鈴薯植株的危害，降低干旱脅迫對馬鈴薯產量造成的影響［20］。生物炭因其具有結構疏松、吸附能力強、弱堿性的物理特點［21］，通過改變土壤的理化特性作用于馬鈴薯根際、塊莖的生長環境，繼而作用于馬鈴薯的植株，對馬鈴薯的生長及產量帶來影響［2223］，增強植株光合能力，促進植株株高、主莖數的增長。本試驗中，生物炭顯著增加葉片凈光合速率和氣孔導度，干旱脅迫對這2個指標影響不顯著；葉片蒸騰速率在適量灌水和C2（10%）施炭量時顯著增加，胞間CO2濃度在水處理、炭處理下減小，但減小不顯著。葉綠素含量水處理、炭處理之間均存在極顯著差異，葉片葉綠素含量在施生物炭后顯著增加，且葉綠素含量在干旱脅迫下含量顯著低于適量灌水條件。

植株根系活力在干旱脅迫時，施入生物炭后顯著增大，施炭量增加，根系活力顯著增加，生物炭的施入增強植株根系的抗旱性。同時生物炭的施用顯著增大植株株高、主莖數和莖粗，使植株農藝性狀表現更優良。植株葉片、莖、根的干物質積累量在水處理、炭處理間均存在極顯著差異，干旱顯著降低各器官干物質積累，但施用生物炭C2（10%）時使其顯著增大。

綜上所述，生物炭對馬鈴薯初花期植株的生長有多方面的積極影響，在干旱脅迫下可減緩對植株造成的危害，進而促進馬鈴薯塊莖的養分積累，為馬鈴薯的高產栽培及品種的選育提供理論基礎及新思路。

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（責任編輯：劉忠麗）

Effect of Biochar and Drought on Growth Characteristics of Potato at Early Flowering Stage

FU Chunna，ZHANG Lili，HUANG Yue，SHI Ying＊
（College of Agriculture，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang150030，China）

The effects of applying biochar on growth and drought resistance of Dongnong 311（a fresh edible potato variety）at early flowering stage were studied by the pot－culture methoDTo provide the theoretical basis for application of biochar in high－yield cultivation of potato.Results：The drought stress decreases the related indexes of plant’s photosynthetic system obviously except for Ci，reduced chlorophyll content of leaves by 24.50%～28.98%and dry matter accumulation of different parts but drought stress has the effect on agronomic traits of potato plants at the same time.The Pn，Tr and Gs of potato leaf are increased by 16.81%～28.98%，9.5%～21.95%and 28.33%～40.48%respectively but Ci of potato leaf is decreased by 2.28%～4.57%under the condition of biochar application，which increases the photosynthetic accumulation capacity of potato leaf at early flowering stage.Applying biochar can increase 8.57%～37.6%leaf chlorophyll content of potato plants at early flowering stage and improve height，main stem number，stem diameter and dry matter accumulation of different parts.

biochar；early flowering stage；photosynthetic characteristics；root activity

S532

A

1001－3601（2016）10－0414－0018－04

2016－03－31；2016－09－05修回

現代農業產業技術體系建設專項資金資助（CARS－10）

付春娜（1990－），女，在讀碩士，研究方向：作物遺傳育種。E－mail：932481857＠qq.com

＊通訊作者：石 瑛。E－mail：shiying01＠163.com