劉 易，祁 通，孟阿靜，黃 建，馮耀祖，王新勇

(新疆農(nóng)科院 土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

生物質(zhì)炭輸入對鹽脅迫下玉米幼苗生長和光合生理特征的影響

劉 易，祁 通，孟阿靜，黃 建，馮耀祖，王新勇

(新疆農(nóng)科院 土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

為探討生物質(zhì)炭輸入對鹽脅迫下玉米幼苗生長和光合生理特性的影響，在溫室以輕、中、重度鹽漬化土壤模擬鹽脅迫環(huán)境，設(shè)置0(CK)，1%，2%，4%，8%生物質(zhì)炭輸入水平，進(jìn)行玉米盆栽試驗(yàn)。對玉米幼苗生長、SPAD、凈光合速率(Pn)等光合參數(shù)進(jìn)行測定。結(jié)果表明：鹽脅迫條件下玉米幼苗葉片葉綠素含量、光合作用等均受到抑制，進(jìn)而影響玉米幼苗生長，干物質(zhì)累積量、單株葉面積均顯著降低。生物質(zhì)炭輸入能有效緩解鹽脅迫對玉米幼苗生長的抑制。8%生物質(zhì)炭輸入水平對輕度鹽脅迫下玉米幼苗生長的促進(jìn)作用最顯著：干物質(zhì)累積量、SPAD、葉面積分別較對照增加116.22%，36.09%，107.67%，Pn、Tr、Gs分別較空白對照處理高76.60%，57.76%，17.33%；2%生物質(zhì)炭水平下中度鹽脅迫干物質(zhì)累積量、SPAD、葉面積最高，分別較空白對照處理增加138.04%，18.92%，23.50%，Pn、Tr、Gs分別較空白對照處理高78.48%，55.56%，26.23%；8%生物質(zhì)炭輸入重度鹽漬化土壤玉米幼苗干物質(zhì)累積量、單株總?cè)~面積最高，分別較空白對照處理高483.33%，92.32%，但SPAD在4%輸入水平最高，較空白對照處理高71.50%。8%生物質(zhì)炭輸入重度鹽漬化土壤玉米幼苗葉片Pn、Tr、Gs分別較CK處理高120.00%，88.78%，17.39%。生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤可通過自身特性增加土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分含量，改善土壤持水能力，提高植株葉綠素含量，促進(jìn)光合作用，緩解鹽脅迫對玉米幼苗生長的抑制作用，可應(yīng)用于鹽漬化土壤的改良。

生物質(zhì)炭；灰漠土鹽化土壤；玉米幼苗；光合生理

鹽漬化土壤是我國典型的土地類型，總面積約1.30×107hm2，且仍不斷增加[1]。新疆鹽漬土總面積達(dá)1 336×104hm2[2]，36.8%的耕地面積受到鹽堿危害[2]。鹽脅迫對作物生長的抑制作用可通過滲透脅迫、離子毒害等方式降低作物光合作用，抑制植物生長，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，甚至死亡[3]。因此，探尋鹽漬化土壤改良材料成為國內(nèi)外活躍的研究領(lǐng)域。生物質(zhì)炭作為新型技術(shù)產(chǎn)品，可以快速增加土壤有機(jī)炭含量，改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤持水性能[4]，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升土壤養(yǎng)分有效性[5-9]，并長時間保持粒狀結(jié)構(gòu)，改善土壤結(jié)構(gòu)[10-11]，提高土壤酶活性[12]，成為土壤學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。研究表明，增施生物質(zhì)炭能提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[13]；高量生物質(zhì)炭保水效應(yīng)最優(yōu)，中量生物質(zhì)炭輸入改善光合性能，有利于烤煙植株生長[14-15]；施用生物質(zhì)炭各處理均增加冬小麥有效穗數(shù)和產(chǎn)量(P<0.05)，其中以40 t/hm2處理增加最為顯著[16]；生物質(zhì)炭施入酸性土壤可提高土壤pH值，改善酸性土壤環(huán)境[17-19]，進(jìn)而促進(jìn)作物生長。但鹽漬化土壤輸入生物質(zhì)炭，對植物生長和光合生理特征的影響研究較少。且鹽脅迫研究多局限于NaCl、Na2SO4、NaHCO3等單一鹽脅迫模擬，不能完全代表特定鹽漬化土壤類型中多種脅迫因素對作物生長的影響。本研究通過生物質(zhì)炭輸入，研究其輸入新疆氯化物-硫酸鹽鹽化灰漠土壤對玉米幼苗生長和光合作用的影響，為生物質(zhì)炭適用于鹽漬化土壤改良利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.2 生物質(zhì)炭的制備 生物質(zhì)炭取自國家灰漠土土壤肥力與肥料效益檢測基地(N43°56′30″，E87°28′16″)，原材料為棉花秸稈，溫度是500～700 ℃，燒制時間8 h，測定生物質(zhì)炭基本理化性質(zhì)：pH值9.93，EC 3.7 mS/cm，有機(jī)碳434.18 g/kg，全氮26.71 g/kg，全磷11.85 g/kg，全鉀22.54 g/kg，堿解氮5.83 mg/kg，速效磷200.49 mg/kg，速效鉀108.2 mg/kg，CEC 12.65 cmol(+)/kg。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic properties of the soil in the pot experiment g/kg

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤處理為輕、中、重3種程度鹽漬化土壤(理化性質(zhì)見表1)，土壤容重為1.5 g/cm3，過2 mm篩備用；生物質(zhì)炭輸入量按照土壤質(zhì)量的0(BC0，空白對照)、1%(BC1)、2%(BC2)、4%(BC4)、8%(BC8)，與土壤混合均勻。換算為田間施入量分別為0，22.5，45.0，90.0，180.0 t/hm2。2016年5月17日裝盆、播種，每個處理3次重復(fù)，共15個處理。

供試作物為玉米，品種為鄭單958，播種10粒/盆，6月2日定苗，3株/盆；灌水定量：每天50～100 mL/盆(土壤含水量達(dá)到田間持水量的60%～70%)。

試驗(yàn)于6月18日(拔節(jié)期)，采用英國PP-system公司TPS-2便攜式光合作用系統(tǒng)測定玉米幼苗葉片光合生理指標(biāo)；采用SPAD-502葉綠素計(jì)用于葉綠素含量測定。6月27日測定玉米農(nóng)藝性狀。

1.3 生長和光合生理指標(biāo)的測定及方法

試驗(yàn)于上午9：30-11：30測定凈光合速率(Pn，μmol/(m2·s))、氣孔導(dǎo)度(Gs，μmol/(m2·s))、蒸騰速率(Tr，μmol/(m2·s))、胞間CO2濃度(Ci，μmol/(m2·s))。施用系統(tǒng)自帶LED光源控制光合有效輻射強(qiáng)度938 μmol/(m2·s)，葉片溫度(28±1)℃，葉室內(nèi)CO2濃度(400±10)μmol/mol。每個處理標(biāo)記長勢一致的植株3株，每株測功能葉片(倒三葉)。

水分利用效率(WUE)=Pn/Tr；

氣孔限制值(Ls)=Ci/Ca；

玉米幼苗干物質(zhì)測定：每個處理選取3株有代表性的植株，用抖根法去除玉米根際土壤。將玉米根、莖、葉分開，在105 ℃殺青15 min，60 ℃烘干，分別稱重；

干物質(zhì)累積總量=地上干物質(zhì)累積量+地下干物質(zhì)累積量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用Office Excel 2007和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物質(zhì)炭輸入對鹽脅迫下玉米生長的影響

2.1.1 生物質(zhì)炭輸入對玉米干物質(zhì)累積量的影響 干物質(zhì)累積量是衡量作物生長發(fā)育的重要指標(biāo)。由圖1可知，玉米干物質(zhì)累積量隨土壤鹽漬化程度增強(qiáng)而降低，總體呈現(xiàn)輕度鹽脅迫處理>中度鹽脅迫處理>重度鹽脅迫處理。輕、中度鹽漬化土壤處理，輸入生物質(zhì)炭后玉米干物質(zhì)量較BC0處理均顯著增大。輕度鹽脅迫下玉米干物質(zhì)累積量與生物質(zhì)炭輸入量呈正相關(guān)，BC8處理最大，較對照提高116.22%，2%與4%處理間差異不顯著(P>0.05)，其余各處理間差異顯著(P<0.05)；中度鹽脅迫條件下干物質(zhì)累積量隨生物質(zhì)炭輸入量增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，BC2處理最高，較BC0增加138.04%，差異顯著(P<0.05)。重度鹽脅迫下玉米干物質(zhì)量在BC8處理最高，較BC0處理高483.33%，差異顯著(P<0.05)。

2.1.2生物質(zhì)炭輸入對鹽脅迫下玉米幼苗單株總?cè)~面積的影響 由圖2可知，輕、中、重度鹽漬化土壤中玉米幼苗單株總?cè)~面積隨鹽脅迫程度增強(qiáng)而減小。重度鹽脅迫下BC0處理單株總?cè)~面積降至83.97 cm2/株，較輕度BO0處理減少51.78%，表明鹽脅迫抑制玉米幼苗葉片生長。輕、重度鹽脅迫下生物質(zhì)炭輸入水平與單株總?cè)~面積呈正相關(guān)，BC8處理單株總?cè)~面積較對照均達(dá)最大，分別增大107.67%，92.32%；中度鹽漬化土壤BC2處理玉米幼苗單株總?cè)~面積最大，達(dá)199.33 cm2/株，較對照增加23.50%，各生物質(zhì)炭輸入水平處理間差異顯著，但無規(guī)律。

相同程度鹽漬化土壤各處理間不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平。圖2-9同。Different small alphabet within the same saliferous level of soil mean significant difference between treatments at 0.05 level.The same as Fig.2-9.

圖2 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗單株總?cè)~面積的影響Fig.2 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn plant total leaf area

2.1.3 生物質(zhì)炭輸入對玉米幼苗SPAD的影響 由圖3可知，玉米幼苗葉片SPAD值隨鹽脅迫程度升高而降低。重度鹽漬化條件下BC0處理SPAD較輕度BC0處理低42.27%；生物質(zhì)炭輸入增加輕、中、重度鹽漬化條件下玉米幼苗葉片SPAD值：輕度鹽漬化BC8處理最高，達(dá)34.07，較BC0處理增大36.09%，各處理間差異顯著(P<0.05)；中度鹽漬化土壤處理BC2處理最高，達(dá)33.63，較對照增加18.92%；重度鹽脅迫BC4處理最高，較對照增加71.50%，BC8、BC4處理間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗SPAD值的影響Fig.3 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn SPAD

2.2 生物質(zhì)炭輸入對鹽脅迫下玉米幼苗葉片光合生理特征的影響2.2.1 生物質(zhì)碳輸入對鹽脅迫下幼苗葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響 Pn與Tr、Gs、Ci等因素相互影響。如圖4-6所示，隨鹽脅迫程度增強(qiáng)，3種鹽漬化程度Pn、Tr、Gs空白對照(CK)處理均降低，與鹽脅迫程度呈反比。中、重度鹽脅迫BC0處理Pn、Tr、Gs分別較輕度鹽脅迫BC0處理降低15.96%，7.76%，18.67%和52.13%，39.13%，69.33%。生物質(zhì)碳輸入輕度鹽漬化土壤，葉片Pn、Tr、Gs均隨生物質(zhì)炭輸入水平增高逐漸增大。其中BC0處理與BC1處理間Gs差異不顯著(P>0.05)；8%輸入量Pn、Tr、Gs均達(dá)到最高值，分別較CK處理高76.60%，57.76%，17.33%。表明8%生物質(zhì)碳輸入量對輕度鹽脅迫下玉米幼苗光合作用的促進(jìn)作用最強(qiáng)。生物質(zhì)碳輸入中度鹽漬化土壤，玉米幼苗葉片Pn、Tr、Gs均在2%生物質(zhì)炭輸入水平達(dá)到最高，分別較CK處理高78.48%，55.56%，26.23%。其中不同生物質(zhì)炭輸入量各處理間對Pn、Tr影響差異顯著(P<0.05)；生物質(zhì)碳輸入中度鹽漬化土壤，BC0處理與BC1處理、BC2處理和BC8處理間Gs差異不顯著(P>0.05)。說明2%生物質(zhì)碳輸入水平對中度鹽脅迫下作物光合作用的促進(jìn)作用最強(qiáng)。生物質(zhì)碳輸入重度鹽漬化土壤，Pn、Tr、Gs變化趨勢一致，均隨生物質(zhì)炭輸入量增加而增大。8%輸入量Pn、Tr、Gs均達(dá)到最高值，分別較CK處理高120.00%，88.78%，17.39%。說明8%生物質(zhì)碳輸入水平對重度鹽脅迫下玉米幼苗光合作用的促進(jìn)作用最強(qiáng)。

2.2.2 生物質(zhì)碳輸入對幼苗水分利用效率(WUE)的影響 由圖7可知，隨著鹽脅迫程度增加，未輸入生物質(zhì)炭處理WUE呈降低趨勢，中、重度CK處理較輕度CK處理分別降低8.88%,21.35%，差異顯著(P<0.05)。表明鹽脅迫導(dǎo)致葉片含水量降低，持水性能減弱，水分利用率低，抑制作物的光合，且抑制作用與鹽脅迫程度呈正相關(guān)。輸入生物質(zhì)炭后，輕、重度鹽脅迫處理隨生物質(zhì)碳輸入水平的提高，WUE升高(P<0.05)，均在8%生物質(zhì)炭水平達(dá)到最高，較輕、重度鹽脅迫CK處理分別增加11.93%，16.54%。中度鹽脅迫處理WUE在2%生物質(zhì)炭輸入水平達(dá)最高，較CK高14.74%；1.00%，8.00%生物質(zhì)炭輸入水平間差異不顯著(P>0.05)。

圖4 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗葉片凈光合速率的影響Fig.4 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn Pn

圖5 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗葉片蒸騰速率的影響Fig.5 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn Tr

圖6 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗葉片氣孔導(dǎo)度的影響Fig.6 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn Gs

2.2.3 生物質(zhì)碳輸入對幼苗葉片胞間CO2濃度(Ci)和氣孔限制值(Ls)的影響 Ci與Ls變化趨勢一致(圖8-9)。未輸入生物質(zhì)炭條件下，Ci、Ls隨鹽脅迫程度增加呈下降趨勢，其中重度鹽脅迫BC0處理與輕、中度鹽脅迫BC0處理差異均顯著(P<0.05)。輕、中度鹽漬化土壤輸入生物質(zhì)炭，Ci、Ls隨生物質(zhì)炭輸入量增高呈現(xiàn)先增后降的趨勢，分別在1%，2%輸入水平達(dá)到最高，Ci、Ls分別較輕、中度鹽脅迫BC0處理高25.20%和42.28%、32.83%和40.42%；在8%輸入水平降至最低，Ci、Ls較對照分別降低77.95%和39.02%、77.03%和37.53%；重度鹽脅迫下，Ci、Ls與生物質(zhì)炭輸入量呈正相關(guān)，8%輸入水平達(dá)到最高，較CK處理分別高117.86%，119.68%，差異顯著(P<0.05)。

圖7 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗水分利用效率的影響Fig.7 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn WUE

圖8 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗葉片胞間CO2濃度的影響Fig.8 Effects of biochar inputs to saliferous soil during corn Ci

圖9 生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤對玉米幼苗氣孔限制值的影響 Fig.9 Effects of biochar inputs tosaliferous soil during corn Ls

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫條件下，玉米幼苗葉片面積、SPAD、干物質(zhì)累積量，以及光合生理均受到抑制。生物質(zhì)炭輸入鹽漬化土壤可通過自身特性增加土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分含量、改善土壤持水能力，提高植株葉綠素含量，促進(jìn)光合作用，緩解鹽脅迫對幼苗生長的抑制作用。這對生物質(zhì)炭應(yīng)用于鹽漬化土壤改良具有重要意義。

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Effect Studying of Biomass Carbon Input to Growth and Photosynthetic Physiology Feature of Corn Seedling Cultivated on Saliferous Soil

LIU Yi，QI Tong，MENG Ajing，HUANG Jian，F(xiàn)ENG Yaozu，WANG Xinyong

(Institute of Soil Fertilizer and Agricultural Water Saving，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumchi 830091，China)

In order to study the effect of biomass carbon input to corn seedling′s growth and photosynthesis physiology feature which cultivated on saliferous gray desert soil. The saliferous soil with biomass carbon inputs were manipulated in the lab：there were three salinization levels in gray desert soil：level 1 was low salinization，level 2 was medium salinization and level 3 was high salinization，with different weight percentage of biomass carbon inputs：0(CK)，1%，2%，4% and 8%. On these medium，the corn were cultivated to analyze the effect of biomass carbon input to corn seedling′s growth and photosynthesis physiology features. The corn′s growth，SPAD and Pn were investigated during the seedling stage. The results showed that：under the salt stress，contents of corn leaves′ chlorophyll and photosynthesis metabolism were all suppressed，and these induced the inhibition of corn growth，dry matter accumulation and leaf area per plant. Biomass carbon inputs could release the suppression which induced by salt stress to corn growth.with 8% biomass carbon input,the level 1 saliferous soil had the best accelerate effects to corn′s growth. Compared With CK，the dry matter accumulation，SPAD and leaf area were increased 116.22%，36.09% and 107.67% accordingly, Meanwhile，Pn，Tr and Gs were higher than CK 76.60%，57.76% and 17.33% accordingly, When 2% biomass carbon input to level 2 saliferous soil，compared with CK，the dry matter accumulation，SPAD and leaf area of corn were increased 138.04%，18.92% and 23.50% accordingly, Meanwhile，Pn，Tr and Gs were higher than CK 78.48%，55.56% and 26.23% accordingly,in the level 3 saliferous soil which have 8% biomass carbon input，corn had the highest dry matter accumulation and leaf area per plant，which were 483.33% and 92.32% compared with CK,in another hand,in level 3 saliferous soil which have 4%biomass carbon input，SPAD was highest，71.50%higher than CK.In level 3 saliferous soil which have 8% biomass carbon in-put，corn seedling leaves′ Pn，Tr and Gs were higher than CK 120.00%，88.78% and 17.39% accordingly. The biomass carbon input to saliferous soil could induced the mineral content change of soil，improved the soil′s water holding capacity; these could be good for chlorophyll content of plant and boosting the photosynthesis metabolism. Biomass carbon input to saliferous soil could release the plant′s growth supression effect which induced by salt stress，and could be used in saliferous soil amelioration.

Biomass carbon; Saliferous gray desert soil; Corn seedling; Photosynthesis physiology

2017-06-27

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41361050)； 新疆農(nóng)科院優(yōu)秀青年科技人才基金項(xiàng)目(xjnky-2013012)

劉 易(1983-)，男，河北保定人，助理研究員，碩士，主要從事鹽漬化土壤改良與修復(fù)研究。

王新勇(1961-)，男，浙江江山人，研究員，碩士，主要從事鹽漬化土壤治理與防治研究。

S513.01

A

1000-7091(2017)04-0182-07

10.7668/hbnxb.2017.04.029