郭頌，楊衛(wèi)君，宋世龍，陳雨欣，楊梅，惠超，張金汕

不同灌水量與生物炭用量對春小麥光合特性的影響

郭頌，楊衛(wèi)君*，宋世龍，陳雨欣，楊梅，惠超，張金汕

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/新疆優(yōu)質(zhì)專用麥類作物工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830052）

【目的】探究水炭耦合對北疆灌區(qū)春小麥光合特性及產(chǎn)量的影響。【方法】開展常規(guī)灌水量（w0）、灌水量減少10%（w1）、灌水量減少20%（w2）3個灌水量水平和不施生物炭（b0）、施加生物炭10 t/hm2（b1）、施加生物炭20 t/hm2（b2）3個生物炭施加量的2因素3水平試驗(yàn)，研究不同灌水量及生物炭用量對春小麥植株光合及產(chǎn)量的影響，建立基于生物炭施加量、灌水量與產(chǎn)量的擬合模型。【結(jié)果】生物炭施用量顯著影響開花期葉面積指數(shù)。與b0w0處理相比，施生物碳與減少灌水量的組合春小麥提升9.1%～25.41%，花后20 d春小麥值提升了1.7%～10.73%。不同灌水量處理顯著影響春小麥光合特性、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量形成；灌水量為w1時，施加適量的生物炭能促進(jìn)春小麥開花期干物質(zhì)積累量，提升春小麥光合特性與產(chǎn)量；灌水量為w2時，施加生物炭（b1w2、b2w2處理）會使春小麥光合特性下降，春小麥凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)分別下降11.58%～18.15%、55.85%～66.3%、67.42%～75.94%和16.2%～27.19%。灌水量對春小麥產(chǎn)量的影響較生物炭影響更大，但灌水量為w1時，添加生物炭（b1w1、b2w1處理）的春小麥產(chǎn)量均保持在較高水平，b1w1處理春小麥產(chǎn)量較b0w0處理提升7.57%，而b2w1處理通過增加千粒質(zhì)量提高產(chǎn)量，產(chǎn)量增幅達(dá)到3.36%?！窘Y(jié)論】結(jié)合模型模擬分析可知，灌水量減少10%和生物炭施加20 t/hm2組合是最有利用于北疆灌區(qū)春小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的施用模式。

春小麥；生物炭；控水；光合特性；產(chǎn)量

0 引 言

【研究意義】水資源緊缺、灌溉水利用率低是制約綠洲灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要限制因素[1-2]。提高灌溉水利用率是解決水資源供需矛盾、保證綠洲地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與供給的重要途徑[3-4]，對綠洲灌溉農(nóng)業(yè)具有重大意義?！狙芯窟M(jìn)展】光合作用是植物生長發(fā)育的重要過程，而土壤水分是作物生長的重要環(huán)境指標(biāo)之一。適量灌水有利于提高小麥凈光合速率，而干旱脅迫使葉綠素?zé)晒鈪?shù)顯著降低[5]且不利于光合產(chǎn)物的積累[6]。但適量減水灌溉可實(shí)現(xiàn)作物生長與資源高效利用的雙贏，如王唯逍等[7]研究表明，輕度水脅迫有利于促進(jìn)水稻的氣孔導(dǎo)度開放，提高凈光合速率，激發(fā)其生長與生產(chǎn)潛能。李彥彬等[8]在保證產(chǎn)量的同時給予輕度水分脅迫可實(shí)現(xiàn)節(jié)水和高產(chǎn)的統(tǒng)一。生物炭是一類有機(jī)土壤添加劑，生物炭的多孔性質(zhì)可改變土壤持水能力進(jìn)而影響作物的物質(zhì)積累促進(jìn)資源高效利用[9-10]，如適量水分脅迫加生物炭可提高番茄潛在光化學(xué)能力[11]，當(dāng)生物炭用量為15 t/hm2時可增加花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量及花后干物質(zhì)積累，此用量下微咸水利用效率最高[12]。良好的土壤環(huán)境和充足的養(yǎng)分對作物光合有積極的促進(jìn)作用，而生物炭以自身多孔性質(zhì)與豐富的養(yǎng)分可改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力進(jìn)而促進(jìn)作物光合。闞正榮等[13]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可減弱冬小麥開花期和灌漿期的光合“午休”，提高作物光合性能。【切入點(diǎn)】當(dāng)前研究多涉及生物炭與其他因素脅迫（光照、溫度、重金屬等）和肥料配施等方面[14-18]，且多集中在固氮減排、改善土壤性狀、促進(jìn)作物生長的研究[13]，而水分耦合對灌溉農(nóng)田小麥生長的影響研究雖有涉及，但其潛在的生化和生理機(jī)制仍不明確[19-20]。在不同地區(qū)不同灌溉水平下，生物炭不同施用量產(chǎn)生的效應(yīng)還不清晰[21]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，研究不同灌水量與生物炭施用量下春小麥物質(zhì)積累、光合生產(chǎn)及產(chǎn)量的變化，探討調(diào)虧灌溉下生物炭調(diào)節(jié)春小麥生長的機(jī)制，建立基于生物炭施加量、灌水量與產(chǎn)量的北疆灌區(qū)春小麥擬合模型，為生物炭在北疆灌區(qū)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水發(fā)展中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年4—8月在新疆昌吉奇臺麥類試驗(yàn)站進(jìn)行（89°13′—91°22′ E，42°45′—45°29′ N，海拔1 760 m）。該地屬溫帶大陸性氣候；灌區(qū)多年平均降水量為265.6 mm，2021年3—8月降水量見圖1。年平均氣溫5.5 ℃；7月平均氣溫23.7 ℃，極端最高氣溫39 ℃；1月平均氣溫-18.9 ℃，極端最低氣溫-37.3 ℃，無霜期153 d。試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥，土壤為沙壤土，pH值8.25。供試土壤中全氮量2.24 g/kg，全磷量1.28 g/kg，全鉀量18.08 g/kg，有機(jī)質(zhì)量42.88 g/kg，堿解氮量128.70 mg/kg，有效磷量11.40 mg/kg，速效鉀量147.00 mg/kg。

圖1 試驗(yàn)地2021年3—8月降水量分布

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)灌水量和生物炭用量2個試驗(yàn)因素，其中灌水量設(shè)置3個水平，分別為常規(guī)灌水（w0）、灌水量減少10%（w1）和灌水量減少20%（w2）,生物炭用量設(shè)置不施生物炭（b0）、施加生物炭10 t/hm2（b1）和施加生物炭20 t/hm2（b2）3個水平。大田試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共計(jì)9個處理，各處理的具體設(shè)計(jì)見表1。每個處理重復(fù)3次，共計(jì)27個田間小區(qū)，小區(qū)面積為3 m×3 m=9 m2。試驗(yàn)所用的棉稈炭為遼寧金和福農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)，碳化溫度450 ℃，碳化時間4 h，pH值為9.37，全氮量21.76 g/kg，堿解氮量5.38 mg/kg，速效磷量200.94 mg/kg。生物炭與底肥一起于春小麥播前一次性施入，通過人工翻耕于30 cm處，使生物炭、底肥與土壤充分混合，選用當(dāng)?shù)刂髟愿弋a(chǎn)品種新春46號為試驗(yàn)材料，播種方式為條播，行距0.2 m，種植密度為450×104株/hm2；所有試驗(yàn)處理的管理措施均參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田的管理模式執(zhí)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1值測定

使用SPAD-502型葉綠素儀測定春小麥旗葉值。各小區(qū)選取長勢基本一致、無損傷的旗葉5片，每片葉測定上、中、下3個部位，最后取平均值使用。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2 葉面積測定

拔節(jié)期（5月19日）、孕穗期（5月30日）、開花期（6月14日）、灌漿期（6月26日）在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)選擇長勢一致的春小麥5株，測定全部葉片的長度和最大寬度，用長寬系數(shù)法獲得單葉片面積，然后匯總平均，結(jié)合種植密度，計(jì)算確定小區(qū)的葉面積指數(shù)（）。

葉面積=長×寬×0.83， （1）

=葉面積×每平方米莖數(shù)/10 000。（2）

1.3.3光合參數(shù)測定

使用英國PPSystems公司生產(chǎn)的TPS-2光合測定儀測定春小麥旗葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)。每小區(qū)隨機(jī)選取3株旗葉生長一致且受光方向一致、葉位一致的春小麥，每株測定3次取平均值。測定日期為小麥開花后的2、10、18 d，在晴朗無風(fēng)日子的11:00—13:00測定。

1.3.4 干物質(zhì)量測定

在各生育期測定葉面積時同步取樣測定干物質(zhì)量。每小區(qū)隨機(jī)取10株，從土壤表面處切取地上部分，將莖葉穗分開放置，之后在105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘至恒質(zhì)量稱量。

1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

各小區(qū)選有代表性的1 m2區(qū)域，在收獲前進(jìn)行有效穗數(shù)的測定，并實(shí)收測產(chǎn)。脫粒后自然風(fēng)干稱質(zhì)量，然后按籽粒含水率13%的標(biāo)準(zhǔn)折算千粒質(zhì)量與產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016作圖，DPS 7.05進(jìn)行雙因素方差分析，LSD法進(jìn)行各處理之間差異顯著性多重比較，Design expert 11進(jìn)行模型擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量與生物炭用量對春小麥SPAD值的影響

表2是春小麥開花前后一段時間內(nèi)不同灌水量和生物炭用量下的春小麥值。整個生育期春小麥值整體呈波動性變化。與b0w0處理相比，花前5 d時b2w1、b2w2處理值均有提升但差異不顯著。生物炭用量與灌水量的交互作用對值影響分別在開花期、花后9 d和花后20 d達(dá)到極顯著水平（＜0.01）。由開花期與花后9 d春小麥值可以得出，b1w1、b2w1處理花后9 d的值較開花期值升高，其中b2w1處理的春小麥值提升最大，為6.4%；b1w2、b2w2處理花后9 d值較開花期值降低；由花后9 d與花后20 d各處理的春小麥值可知，各處理花后20 d的值較花后9 d均降低，但花后20 d各處理值高于b0w0處理。

表2 不同灌水量與生物炭用量春小麥SPAD值

注 表中同列不同小寫字母表示處理之間差異顯著（＜0.05）下同。

2.2 不同灌水量與生物炭用量對春小麥葉面積指數(shù)的影響

表3是不同生育期不同灌水量與生物炭用量組合下春小麥葉面積指數(shù)（）。生物炭用量及灌水量對春小麥葉面積指數(shù)均有影響，不同處理下葉面積指數(shù)（）呈先升高后降低的趨勢。生物炭用量對開花期的春小麥葉面積指數(shù)有顯著影響（＜0.05），且與b0w0處理相比，施生物炭與減少灌水量處理春小麥可以提高9.1%～25.41%。與孕穗期相比，開花期所有處理均下降，但施生物炭且減少灌水量的處理下降幅度均小于不施生物炭的灌水處理。與b0w0處理比較，灌漿期各生物炭用量與不同灌水量處理春小麥數(shù)提升3.98%～35.65%，各處理間差異不顯著。

表3 不同灌水量與生物炭用量春小麥LAI

2.3 不同灌水量與生物炭用量對春小麥光合特性的影響

圖2是春小麥花后2、8、18 d時不同灌水量與生物炭用量組合下的春小麥光合特性。灌水量與生物炭對春小麥光合特性有影響，灌水量較生物炭用量對光合特性的影響大?；ê?8 d時，與b0w0處理相比，除灌水量為w2處理的葉片凈光合速率降低外，其余處理葉片凈光合速率均提升，其中b1w1處理葉片凈光合速率最高，但b1w1、b2w1處理與w0各處理間差異不顯著；而b1w2、b2w2處理春小麥凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)均降低，其中b2w2處理最低。在花后18 d灌水量對春小麥蒸騰速率影響達(dá)到顯著水平（＜0.05），生物炭用量與灌水量的交互作用也達(dá)顯著水平（<0.05），灌水量為w1結(jié)合施用生物炭降低了葉片蒸騰速率。生物炭用量與灌水量對春小麥氣孔導(dǎo)度的交互作用在花后2 d和花后10 d達(dá)到顯著水平（＜0.05），花后18 d無顯著差異。對比花后18 d與花后2 d各處理胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)可知，除b1w2處理相對于花后2 d降低外，其余處理都呈上升趨勢，生物炭用量與灌水量的交互作用不顯著，生物炭用量、灌水量單因素的影響均達(dá)顯著水平（＜0.05）。

2.4 不同灌水量與生物炭用量對春小麥干物質(zhì)累積量的影響

圖3是各處理不同時期春小麥的莖葉穗干物質(zhì)累積量。生物炭用量及灌水量對春小麥干物質(zhì)累積量均有影響，不同灌水量與生物炭用量處理下春小麥干物質(zhì)累積量隨春小麥生育期呈逐漸增加趨勢，而葉片干物質(zhì)量呈先增加后降低趨勢。灌水量在春小麥拔節(jié)期對莖與葉干物質(zhì)累積量有顯著影響（＜0.05），與b0w0處理相比，施加生物炭且減少灌水量處理春小麥莖葉干物質(zhì)累積量均得到提高。生物炭用量及灌水量在開花期對葉干物質(zhì)累積量交互作用達(dá)顯著水平（＜0.05），與b0w0處理比較，施用生物炭與減少灌水量處理葉干物質(zhì)累積量均下降，幅度為11.58%～25.48%。春小麥穗部干物質(zhì)累積量呈升高趨勢。灌漿期生物炭對春小麥穗干物質(zhì)累積量影響顯著（＜0.05），灌水量對穗干物質(zhì)量有影響，但未達(dá)顯著水平。與b0w0處理相比，b1w0處理的穗干物質(zhì)累積量最高，提升了9.2%。

圖2 不同灌水量與生物炭用量春小麥光合參數(shù)

圖3 不同灌水量與生物炭用量春小麥莖、葉、穗干物質(zhì)累積量

2.5 不同灌水量與生物炭用量對春小麥籽粒灌漿速率的影響

表4是不同灌水量與施用生物炭組合下春小麥籽粒灌漿參數(shù)。與b0w0處理相比，生物炭與灌水組合春小麥干物質(zhì)快速積累持續(xù)時間均有所降低，降低幅度為0.87%～23.72%，而其余各處理春小麥干物質(zhì)最大積累速率均高于b0w0處理，增幅為1.15%～20.2%。其中b1w0處理干物質(zhì)最大積累速率與持續(xù)時間最高；b2w1處理春小麥籽粒灌漿各項(xiàng)指標(biāo)（m、0、Δ）均在較高水平；b2w2處理春小麥干物質(zhì)積累最大、增長速率最高。

表4 不同灌水量與生物炭用量春小麥籽粒灌漿速率

注為干物質(zhì)積累量；m為干物質(zhì)積累最大增長速率；為播種后天數(shù)；0為干物質(zhì)最大積累速率出現(xiàn)的時間；12分別為Logistic方程生長函數(shù)的2個拐點(diǎn)；Δ為干物質(zhì)快速積累持續(xù)天數(shù)；2為相關(guān)系數(shù)。

2.6 不同灌水量與生物炭用量對春小麥產(chǎn)量的影響

表5是不同灌水量與生物炭用量組合下春小麥產(chǎn)量構(gòu)成。灌水量對春小麥產(chǎn)量影響極顯著（＜0.01）；添加生物炭可通過增加春小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，進(jìn)而提高產(chǎn)量。與b0w0處理相比，b1w1、b2w1處理不會減產(chǎn)，而b1w2、b2w2處理春小麥產(chǎn)量明顯下降。生物炭用量與灌水量的交互作用顯著（＜0.05），在生物炭用量與灌水量共同作用下，灌水量為w0、w1時施加生物炭可提升春小麥產(chǎn)量，但灌水量為w2時即使配施生物炭仍造成顯著減產(chǎn)，春小麥產(chǎn)量降低16.68%～20.1%。

表5 不同灌水量與生物炭用量春小麥產(chǎn)量構(gòu)成

注 *和**分別表示0.05和0.01水平顯著。

2.7 春小麥產(chǎn)量擬合

以影響因素（生物炭用量）、影響因素（灌水量）為自變量，產(chǎn)量（）為因變量，進(jìn)行二次項(xiàng)多元擬合，得到回歸方程：

=-48 919.844 64-199.035 46+390.923 46+

0.973 8-2.764 382-0.686 2632。

其中，模型模擬值與實(shí)測值的吻合度達(dá)到極顯著水平（＜0.01，失擬項(xiàng)＞0.05），說明模型具有較高的可靠性。模型決定系數(shù)2=0.906 1，精確度為16.746，說明模型比較理想。根據(jù)模型響應(yīng)面可看出，隨著灌水量的減少與生物炭用量的增多，春小麥產(chǎn)量呈先增高后降低趨勢，過多減少灌水量與施加高量生物炭，產(chǎn)量會進(jìn)一步下降。根據(jù)回歸方程計(jì)算出響應(yīng)面最高點(diǎn)數(shù)值，該數(shù)值為生物炭用量與灌水量交互影響下的春小麥最高產(chǎn)量，即生物炭施加16.185 t/hm2，灌水量為296.322 m3得到最大產(chǎn)量7 385.824 kg/hm2，運(yùn)算值在試驗(yàn)結(jié)果范圍內(nèi)。

圖4 不同灌水量與生物炭用量的春小麥產(chǎn)量擬合水平投影與響應(yīng)面

3 討 論

3.1 不同灌水量與生物炭用量對春小麥地上干物質(zhì)量的影響

春小麥地上部生長受灌水量與生物炭用量影響顯著，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，生物炭在不同灌溉水平下產(chǎn)生不同的效應(yīng)，虧缺灌溉下植株地上部生長均受到抑制[22-23]。生物炭可提高作物干物積累[24-25]，這與本試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致。與b0w0處理相比，本試驗(yàn)中不同灌水條件下添加生物炭處理（除b1w2處理）地上干物質(zhì)積累量均有提高，且b2w1處理的干物質(zhì)量累積量最高。這可能是因?yàn)樯锾刻岣吡送寥鲤B(yǎng)分供給，其自身特性使土壤的持水能力提高[26]，緩解水分脅迫對植株生長的抑制，促進(jìn)植物地上部生長，增大地上部干物質(zhì)量[27]。但春小麥生長初期土壤自身肥力較高，生物炭的效應(yīng)并未發(fā)揮出來，隨著土壤原有養(yǎng)分消耗，生物炭的作用得以體現(xiàn)[28]，則表現(xiàn)出在春小麥不同生育期生物炭對地上干物質(zhì)量影響不同，說明生物炭對植株生長的影響可能不僅與土壤水分有關(guān)，還與土壤自身肥力和生物炭作用時效有關(guān)[29]。

3.2 不同灌水量與生物炭用量對春小麥光合特性的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，灌水量為270 m3時施加少量生物炭b1w1處理使葉片凈光合速率得到提升，而灌水量為240 m3時施加生物炭（b1w2、b2w2處理）春小麥凈光合速率與蒸騰速率氣孔導(dǎo)度均降低，這與王浩等[30]研究基本一致。綜合分析認(rèn)為生物炭的施用改變了土壤的孔隙分布與營養(yǎng)環(huán)境[31-32]。將灌水量為270 m3與常規(guī)灌溉300 m3的各組合進(jìn)行比較，在減少灌水量的條件下生物炭施用改善土壤孔隙分布，為作物根系的發(fā)展提供良好的空間，進(jìn)一步提高土壤保水能力與持水量，同時生物炭自身含有營養(yǎng)元素，施用生物炭能促進(jìn)作物根系形態(tài)的建成，增加總根長度、總根體積和總根表面積，降低根平均直徑[33-34]，有利于作物對水分和養(yǎng)分吸收[35-36]，使春小麥葉綠素量保持在較高水平，提高春小麥凈光合速率；當(dāng)灌水量為240 m3時施加生物炭，土壤養(yǎng)分離子過高，根系吸收水分與養(yǎng)分能力下降，葉片得不到充分物質(zhì)供給，導(dǎo)致作物凈光合速率下降。

3.3 不同灌水量與生物炭用量對春小麥產(chǎn)量的影響

在水分虧缺條件下施加肥料，可提高作物產(chǎn)量，同時增強(qiáng)其抗旱性[37]，這與本研究一致。本試驗(yàn)中生物炭用量與灌水量交互作用顯著，且灌水量對春小麥產(chǎn)量影響達(dá)到極顯著水平，灌水量為270 m3加生物炭（b1w1、b2w2處理）時春小麥產(chǎn)量比常規(guī)灌溉提高7.57%～3.36%，而灌水量為240 m3配施生物炭（b1w2、b2w2處理）卻造成春小麥減產(chǎn)16.68%～20.1%。添加生物炭可通過影響春小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，進(jìn)而提高產(chǎn)量。本研究以擬合模型為基礎(chǔ)，b1w1、b2w1處理模擬產(chǎn)量較b0w0處理分別提升5.61%與2.72%，這與b1w1、b2w1處理增產(chǎn)趨勢一致，說明應(yīng)用此模型分析本試驗(yàn)條件下灌水量與生物炭用量最佳組合可行。根據(jù)模型擬合中生物炭用量、灌水量與產(chǎn)量的響應(yīng)面趨勢，分析增產(chǎn)原因可能是灌水量為270 m3時施加生物炭可提高土壤可用水量[38]，改變土壤微生物的代謝偏好[39-40]，提高土壤全氮及有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，土壤肥力得到提升[41-42]，因而促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收。而灌水量為240 m3時施加高量生物炭條件下減產(chǎn)原因可能是缺水條件改變土壤微生物量[43]，而土壤微生物活性因過量生物炭添加產(chǎn)生抑制[44]，則在缺水與高量生物炭共同影響下，土壤微生物對養(yǎng)分分解能力下降[45]，造成減產(chǎn)。

4 結(jié) 論

1）灌水量減少10%并添加生物炭有利于促進(jìn)春小麥開花期干物質(zhì)積累，保障穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，且灌水量對春小麥產(chǎn)量的影響較生物炭大。

2）灌水量減少10%并添加生物炭可提升春小麥葉片凈光合速率；而灌水量減少20%添加生物炭下春小麥的光合性能下降，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)和氣孔導(dǎo)度均降低。

3）結(jié)合模型模擬分析可知，灌水量減少10%和生物炭施加20 t/hm2組合是最有利用于北疆灌區(qū)春小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的施用模式。

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Change in Photosynthesis of Spring Wheat with Irrigation Amount and Biochar Amendment

GUO Song, YANG Weijun*, SONG Shilong, CHEN Yuxin, YANG Mei, HUI Chao, ZHANG Jinshan

(College of Agronomy, Xinjiang Engineering Technology Research Center for High-quality Specialty Wheat Crops, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

【Objective】Amending soil with biochar can improve soil structure and fertility, but it could make soil slightly hydrophobic. Its combined effect with irrigation on crop growth is not well understood. This paper aims to fill this knowledge gap by using spring wheat as the exemplary plant.【Method】The experiment was conducted in a spring wheat field in northern Xinjiang and comprised three irrigation amounts: irrigation amount used by local farmers (w0), reducing w0 by 10% (w1), and reducing w0 by 20% (w2). For each irrigation amount, there were three biochar amendments: no biochar (b0), adding 10 t/hm2(b1) and 20 t/hm2(b2) of biochar. For each treatment, we measured photosynthesis and yield of the spring wheat; its relationship with biochar amendment rate and irrigation amount was fitted to pre-defined functions.【Result】Biochar application amount affected leaf area index at the flowering stage significantly. Compared to b0w0, reducing irrigation amount combined with a biochar amendment increasedby 9.1%～25.41%, andby 1.7%～10.73% 20 days after the flowering.Irrigation amount had a significant impact on photosynthesis, dry matter accumulation and yield formation. Reducing irrigation amount by 10% coupled with an appropriate biochar amendment promoted material accumulation in the plant during the flowering stage, thereby improving photosynthesis and the ultimate yield. However, when the irrigation amount was reduced by 20%, biochar amendment reduced photosynthesis, with the net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductivity and intercellular CO2concentration decreasing by 11.58%～18.15%, 55.85%～66.3%, 67.42%～75.94% and 16.2%～27.19%, respectively, from the control. Irrigation amount affected the yield more significantly than biochar, but an appropriate biochar amendment can compensate for the yield loss due to irrigation water reduction. In all treatments we compared, b1w1 was most effective, increasing the grain yield by 7.57% compared b0w0. b2w1 was most effective in increasing 1 000-grain weight, and compared to b0w0, it increased the grain yield by 3.36%.【Conclusion】The compressive experiment showed that reducing irrigation amount currently used by local farmers by 10% combined with a 20 t/hm2application of biochar is most effective for saving water and improving spring wheat yield in northern Xinjiang.

spring wheat; biochar; water control; photosynthetic characteristics; production

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1672 - 3317（2023）03 - 0065 - 09

S512.1+2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022223

2022-04-22

國家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目（32260326）；新疆維吾爾自治區(qū)自然基金面上項(xiàng)目（2021D01A87）

郭頌（1999-），男。碩士研究生，主要從事作物栽培生理研究。E-mail: 2201485808@qq.com

楊衛(wèi)君（1984-），女。副教授，博士，主要從事農(nóng)田土壤生態(tài)研究。E-mail: 1984_ywj@163.com

責(zé)任編輯：白芳芳