生物炭与干旱对马铃薯初花期生长特性的影响

付春娜，张丽莉，黄 越，石 瑛

（东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030）

生物炭与干旱对马铃薯初花期生长特性的影响

付春娜，张丽莉，黄 越，石 瑛＊

（东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030）

为生物炭在马铃薯高产栽培中的应用提供理论依据，以鲜食马铃薯品种东农311为材料，采用盆栽法，研究生物炭的施用对初花期马铃薯生长及抗旱性的影响。结果表明：干旱胁迫显著降低植株光合系统相关指标（胞间CO2浓度除外），降低叶片叶绿素含量和各器官干物质积累量，同时影响植株农艺性状。施用生物炭能提高马铃薯叶片的净光合速率16.81%～28.98%、蒸腾速率9.5%～21.95%和气孔导度28.33%～40.48%，降低胞间CO2浓度2.28%～4.57%，增强马铃薯初花期叶片的光合积累能力；同时提高马铃薯初花期的叶绿素含量8.57%～37.6%，以及植株的株高、主茎数、茎粗，增大各器官的干物质积累量。

生物炭；初花期；光合特性；根系活力

马铃薯（Solanum tuberosumL.）是粮菜兼用作物，营养成分全面，素有“地下面包”之称，是位居小麦、玉米和水稻之后的世界第4大粮食作物［1］。近年来，由于土壤肥力低下，同时在有限的降水条件下，生产潜力不能得到有效发挥，导致马铃薯产量水平受到限制［2－4］。为了追求产量，化学肥料的大量使用，不仅提高生产成本，也对土壤和水环境造成负面影响［5－7］。现有研究表明，施用生物炭能提高土壤肥力并减少温室气体排放，吸附土壤中未被作物利用的水分和养分［8－9］，能促进不同作物生长发育和提高产量［10－12］。但也有报道指出，生物碳施用会因作物品种的不同而产生不同的结论［13］。生物炭本身呈碱性，随着施用量的增加土壤pH增加，使用过量对马铃薯植株的生长发育造成影响［14］。

马铃薯初花期是决定马铃薯块茎膨大的关键时期［15］，而块茎的大小直接影响马铃薯产量［16］。本试验以鲜食马铃薯品种东农311为试验材料，研究生物炭的施用对初花期马铃薯生长及抗旱方面的影响，以确定适宜的施用量，为生物炭在马铃薯高产栽培方面的有效应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为东农311原种一代。试验地点位于黑龙江省哈尔滨市东北农业大学马铃薯研究所防雨棚，采用东北黑钙土。生物炭是由辽宁省生物炭工程技术研究中心提供，基质为玉米秸秆。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，完全随机排列，生物炭施肥量设3个处理，分别是C0（0%），C1（5%），C2（10%）。水分设2个处理，即水分充足F（土壤田间最大持水量75%～85%），相对干旱D（灌水量的适宜条件补水的50%）。每天检测土壤水分状况。每盆装入5kg土，每盆种1株，每个处理共种植60株。于5月20日播种，在马铃薯初花期测量植株形态并取样，每个处理选取具有代表性的植株3株，测定叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度［17］、形态指标、各器官生物产量［18］及叶绿素含量和根活力［19］。

1.3 数据处理与分析

试验数据采用Office 2010计算，DPS 2005统计分析软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭和干旱对马铃薯光合系统的影响

净光合速率是叶片内外CO2浓度梯度和扩散阻力的函数。净光合速率越高，叶外空气到羧化部位间的扩散阻力越小，越有利于植物光合作用的进行。气孔是陆生植物与外界环境交换水分和气体的主要通道及调节机构。气孔阻力的大小直接影响植物光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等气体代谢。叶片净光合速率与气孔导度具有较好的平行关系，若供水量下降，会导致气孔阻力的增加和光合速率的降低。蒸腾速率由水蒸气向外的扩散力和扩散途径的阻力决定，受叶内和外界环境间的蒸汽压梯度制约。生物炭的施用提高了马铃薯叶片的蒸腾速率。胞间CO2浓度是指植物呼吸作用放出量减去光合作用吸收量，受到植物光合作用和呼吸作用的双重影响。

经光合系统4个指标方差分析（表1）看出，净光合速率的炭处理间存在极显著差异（F净炭＝73.11＊＊），蒸腾速率炭处理之间存在极显著差异（F蒸炭＝8.38＊＊），气孔导度炭处理之间存在极显著差异（F气炭＝321.28＊＊）、水处理之间存在显著差异（F气水＝8.18＊）。生物炭显著增加叶片净光合速率和气孔导度，而干旱胁迫对这2个指标影响不显著。叶片蒸腾速率在适量灌水和C2（10%）施炭量时显著增加。胞间CO2浓度经水处理、炭处理后减小，但差异不显著。

表1 生物炭和干旱条件叶片光合系统的相关指标Table1 Effects of different biochar and drought treatments on related indexes on leaf photosynthetic system

表2 生物炭和干旱条件下的马铃薯叶片叶绿素含量及根系活力Table2 Effects of different biochar and drought treatments on chlorophyll content and root activity of potato leaf

表3 生物炭和干旱条件下植株的农艺性状Table3 Effects of different biochar and drought treatments on agronomic traits of potato plants

2.2 生物炭和干旱对叶绿素含量及根系活力的影响

经叶片叶绿素含量和根系活力2个指标方差分析，叶片叶绿素含量和根系活力的水处理、炭处理间均存在极显著差异（F叶水＝266.89＊＊，F叶炭＝35.31＊＊；F根水＝204.65＊＊；F根炭＝90.52＊＊）。由表2可知，叶片叶绿素含量在施生物炭后显著增加，但差异不显著；叶绿素含量在干旱胁迫下显著低于适量灌水条件。在干旱胁迫时，施入生物炭后植株根系活力显著增大；在适量灌水条件下，植株根系活力在C2（10%）处理时显著增大，说明生物炭的施入可增强作物抗旱性。

2.3 生物炭和干旱对马铃薯农艺性状影响

对植株株高、主茎数、茎粗3个指标进行方差分析（表3），株高在水处理间和炭处理间均存在显著差异（F高水＝6.011＊，F高炭＝6.013＊），主茎数在水处理、炭处理间均存在极显著差异（F主水＝12.11＊＊，F主炭＝48.72＊＊），茎粗在水处理、炭处理间均存在极显著差异（F茎水＝13.53＊＊，F高炭＝13.50＊＊）。植株的株高在适量灌水条件下，施炭量达C2（10%）时显著增加。植株的主茎数在干旱胁迫下低于适量灌水，施入生物炭后干旱胁迫下主茎数显著增加，说明生物炭缓解干旱对主茎数的影响。植株的茎粗在施入生物炭后显著增加，且适量灌水后显著高于干旱胁迫处理。

2.4 生物炭和干旱对马铃薯干物质积累量的影响

对马铃薯植株各器官干物质积累量进行方差分析（表4）表明，叶片、茎、根干物质积累量的水处理、炭处理间均存在极显著差异（F叶干水＝229.16＊＊，F叶干炭＝34.10＊＊，F茎干水＝987.56＊＊，F茎干炭＝86.97＊＊，F根干水＝163.06＊＊，F根干炭＝39.02＊＊）。植株叶片的干物质积累量受干旱胁迫影响显著，干旱胁迫下各炭处理间叶干物质积累量均显著低于适量灌水，生物炭施用量达C2（10%）时叶干物质积累量增加显著。茎的干物质积累量在相同炭处理下适量灌水时显著高于干旱胁迫，生物炭显著增加茎的干物质积累量。干旱显著降低各炭处理下根干物质积累量。

表4 生物炭和干旱条件下马铃薯植株各器官干物质的积累量Table4 Effect of different biochar and drought treatments on dry matter accumulation of different potato parts

3 结论与讨论

近年来，黑龙江地区在马铃薯生育期常多干旱，降低了马铃薯的产量。通过施用生物炭可缓解干旱胁迫对马铃薯植株的危害，降低干旱胁迫对马铃薯产量造成的影响［20］。生物炭因其具有结构疏松、吸附能力强、弱碱性的物理特点［21］，通过改变土壤的理化特性作用于马铃薯根际、块茎的生长环境，继而作用于马铃薯的植株，对马铃薯的生长及产量带来影响［2223］，增强植株光合能力，促进植株株高、主茎数的增长。本试验中，生物炭显著增加叶片净光合速率和气孔导度，干旱胁迫对这2个指标影响不显著；叶片蒸腾速率在适量灌水和C2（10%）施炭量时显著增加，胞间CO2浓度在水处理、炭处理下减小，但减小不显著。叶绿素含量水处理、炭处理之间均存在极显著差异，叶片叶绿素含量在施生物炭后显著增加，且叶绿素含量在干旱胁迫下含量显著低于适量灌水条件。

植株根系活力在干旱胁迫时，施入生物炭后显著增大，施炭量增加，根系活力显著增加，生物炭的施入增强植株根系的抗旱性。同时生物炭的施用显著增大植株株高、主茎数和茎粗，使植株农艺性状表现更优良。植株叶片、茎、根的干物质积累量在水处理、炭处理间均存在极显著差异，干旱显著降低各器官干物质积累，但施用生物炭C2（10%）时使其显著增大。

综上所述，生物炭对马铃薯初花期植株的生长有多方面的积极影响，在干旱胁迫下可减缓对植株造成的危害，进而促进马铃薯块茎的养分积累，为马铃薯的高产栽培及品种的选育提供理论基础及新思路。

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（责任编辑：刘忠丽）

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

现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS－10）

付春娜（1990－），女，在读硕士，研究方向：作物遗传育种。E－mail：932481857＠qq.com

＊通讯作者：石 瑛。E－mail：shiying01＠163.com