沈阳农业大学迟道才团队揭示干旱下花生施加木屑与生物炭的提质增效机制

本研究于2021—2022年在辽宁省农业科学院抗旱栽培试验场开展盆栽试验，供试花生品种为农花9号，设置3种灌溉水平：正常供水（IWW，70%—75%田间持水量）、中度水分胁迫（IMS，55%—60% 田间持水量）、重度水分胁迫（ISS，40%—45% 田间持水量）；3种生物炭处理：不施生物炭（B0）、玉米秸秆生物炭（BM）、木屑生物炭（BW），生物炭施用量均为10t・hm⁻²。采用裂区设计，3次重复，测定花生主茎高、叶面积、植株氮钾吸收量、土壤铵态氮、硝态氮、有效钾含量、产量、耗水量及水分利用效率，运用方差分析与主成分分析解析处理效应及最优模式。

1.木屑与玉米秸秆生物炭的微观结构及官能团存在显著差异

木屑生物炭与玉米秸秆生物炭在微观形貌、孔隙结构及表面官能团上呈现明显分化。玉米秸秆生物炭呈规则管状孔结构，表面富含-OH亲水官能团，保水能力突出；木屑生物炭为颗粒状致密结构，芳香族官能团与碳骨架更丰富，阳离子交换量（CEC）显著更高，且固有氮、钾含量更高，保肥与养分缓释能力更强。红外光谱证实，木屑生物炭C-C、C=C官能团吸收峰更强，富碳稳定性更高，秸秆生物炭含氧亲水基团峰值更高，吸水特性更优。

图1 不同原料生物炭的微观结构与官能团特征对比

2.水分胁迫显著抑制花生主茎高，木屑生物炭缓解效果最优

水分胁迫程度加剧显著降低花生主茎高，且开花期抑制效应最显著。施入生物炭可有效缓解干旱对株高的抑制，木屑生物炭效果显著优于玉米秸秆生物炭。两年数据显示，在正常供水、中度胁迫、重度胁迫下，木屑生物炭较不施炭处理分别提升主茎高9.5%~17.2%、12.3%~30.8%、3.3%~24.0%，水分与生物炭存在显著互作效应，中度水分胁迫配施木屑生物炭可维持花生正常营养生长。

图2 水分与生物炭对花生主茎高度的调控效应

图3 水分与生物炭对花生叶面积的影响

4.水分胁迫降低氮钾吸收，木屑生物炭可显著提升养分累积量

水分胁迫显著抑制花生氮、钾吸收，重度胁迫下氮吸收降低28.1%、钾吸收降低29.8%。生物炭可显著提升养分吸收，木屑生物炭效果优于秸秆生物炭，正常供水下氮吸收提升20.0%、钾吸收提升19.8%，中度干旱下仍保持11.5%~19.0%的增幅。相关性分析表明，产量与氮、钾吸收量呈极显著正相关，证实生物炭主要通过促进养分吸收实现抗旱增产。

图4 花生养分吸收量与产量的线性相关关系

图5 水分与生物炭处理下各指标的主成分分析

综上所述，水分胁迫会显著抑制花生的营养生长、氮素和钾素吸收能力，并造成明显减产，同时使土壤中无机氮和有效钾出现累积，尽管水分利用效率有所上升，但产量损失依然显著；而施用玉米秸秆生物炭和木屑生物炭均能有效缓解干旱带来的负面效应，通过改善植株株高、扩大叶面积、促进养分吸收、优化土壤氮钾供应，实现花生产量与水分利用效率的同步提升，其中木屑生物炭因其更高的阳离子交换量、固有养分含量和结构稳定性，效果显著优于玉米秸秆生物炭。研究进一步证实，将中度水分胁迫与木屑生物炭配施，可在大幅减少灌溉用水的同时，使花生产量恢复至正常供水水平，是实现节水、稳产、高效协同的最佳管理模式；主成分分析也明确，木屑生物炭通过协同调控植株生长、养分吸收与水分利用，成为提升干旱区花生抗旱能力与生产效率的核心改良措施，该结果为干旱与半干旱地区花生简约节水、绿色高效栽培提供了重要理论依据与实用技术支撑。