肥料是作物的“粮食”，是作物生长所需养分的重要来源，对作物的产量和品质有着重要影响^[1-2]，根据FAO最新资料显示，我国化肥消耗占世界的62.3%，然而谷物总产量只占世界的20.8%，大量施用化肥会引起土壤酸化、板结以及环境面源污染等问题^[3]。炭基肥是一种新型肥料，不仅为农林废弃物再利用提供新途径，而且能够降低化肥的施用量，提高化肥利用率，减轻因肥料过量施用带来的土壤环境污染^[4]。玉米（Zea mays）是我国三大粮食作物之一，具有光合生产效率高和产量潜力大的特点^[5]，光合作用是作物产量形成的生理基础，光合特性是影响产量的重要因素之一，作物通过光合作用形成的有机物占植株总干质量的95%，这表明提高作物产量需要依赖于光合产物的更多积累，以此形成更高的生物量，而光合作用的主要器官是叶片^[6-9]，研究表明，施肥有利于提高玉米叶片的叶绿素SPAD值和光合特性，进而达到提高产量的目的^[10-12]。刘剑钊等^[13]研究结果表明，玉米产量与净光合速率、气孔导度、蒸腾速率呈正相关关系，说明光合特性的提高有利于提高玉米产量。苏兰茜等^[14]研究表明，适量施用有机肥可以提高玉米叶片的光合特性，对提高玉米光合作用起到促进作用。黄智鸿等^[9]在对夏玉米的研究中指出，籽粒产量大部分取决于玉米生育后期的光合能力。前人关于施肥对玉米光合特性的研究多集中于有机肥、普通复合肥或施氮水平等对玉米光合特性的影响^[12，14-15]，对炭基肥在玉米光合特性方面的研究却鲜见报道，为此，本文针对贵州黄壤区鲜食玉米栽培，在盆栽试验条件下，研究了鲜食玉米光合特性、品质及产量对炭基肥的响应，旨在为贵州鲜食玉米炭基肥高效施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2019年4月19日到7月30日在贵州省农业科学院内进行。供试土壤为贵州典型地带性黏性黄壤，其土壤理化性质为：pH值7.29、有机质39.24g/kg、碱解氮98.4mg/kg、有效磷9.85mg/kg、速效钾124.82mg/kg。供试肥料为炭基肥 （N∶P₂O₅∶K₂O为15∶10∶15），是利用生物质炭与其他化学肥料混合经一定工艺制成的一种新型肥料，总养分量≥ 40%，生物炭（以C计）含量 ≥ 6%，由沈阳康禾生物质新材料有限公司生产，供试玉米品种为“黔糯868”，黔审品种，由贵州金农科技有限责任公司于2010年用自交系QW200作母本，与自交系QW21作父本组配选育而成。

1.2 试验设计

试验采用长、宽、高为38cm×30.5cm×40.5cm的塑料盆，共设4个处理，每个处理5次重复，包括：T1（CK），不施N肥；T2，习惯施肥；T3，炭基肥；T4，炭基肥 ×80%。每盆装土25kg，种玉米1株，共20株。根据鲜食玉米需肥特性和供试土壤碱解氮低，磷、钾中下的情况，各处理N、 P₂O₅、K₂O分别按照0.21、0.11、0.21g/kg土用量计算施用，T1、T2处理肥料施入尿素（N 46%）、过磷酸钙（P₂O₅ 16%） 和硫酸钾（K₂O 50%）； T3、T4处理首先施用炭基肥，不足的养分用过磷酸钙和硫酸钾补充。炭基肥作为基肥一次性施入，习惯施肥按照6∶4分为基肥和追肥，具体施肥量见表1。播种时间2019年4月19日，追肥时间5月15日，收获时间7月30日，全生育期共103d。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合叶片参数的测定

玉米种植后分别在玉米苗期、拔节期、抽穗期和收获期，选择天气晴朗的10：00～12：00，采用LI-6400XT便携式光合作用测量系统测定玉米单叶叶片光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO₂ 浓度（Ci），测量部位为穗位叶。

1.3.2 叶绿素SPAD值的测定

玉米种植后分别在玉米苗期、拔节期、抽穗期和收获期，采用叶绿素仪（TYS-B）测定玉米叶片的叶绿素SPAD值，测定部位为每株玉米最大展开叶的中间部位。

1.3.3 玉米干物质积累、分配及产量计算

于玉米生长的苗期、拔节期、抽穗期和收获期，分别将植物样品分为地上部、地下部（苗期）； 茎、叶（拔节期和抽穗期）；茎、叶和籽粒（收获期）。称取鲜重后放入烘箱中于105℃杀青30min， 85℃恒温烘干称重测定其干物质积累量，并依次计算其分配率。玉米产量在收获期时采用电子秤称出玉米穗重和籽粒鲜重，数出穗行数及行粒数，风干过后再称玉米百粒重和籽粒干重，算出籽粒含水量，计算玉米籽粒产量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010进行数据基本运算；SPSS 22.0进行显著性检验，显著性均为0.05水平；Origin Pro2015进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对鲜食玉米产量的影响

由图1可知，施用炭基肥可以显著提高玉米单株产量，其中以T3最高，为70.43g/株，其次是T4，为65.31g/株，二者与T1相比差异均达显著水平，与T2相比，分别增加35.26%和25.43%，且差异显著，T3比T4玉米增产7.84%，但二者间无显著差异，这说明炭基肥 ×80%施用也能够有效增加玉米产量，其增产效果仅次于炭基肥全量施用，若投入到大田生产，施用炭基肥 ×80%经济效益可能会更好。

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 不同处理下鲜食玉米光合特性的动态变化

由表2可知，施用炭基肥显著影响玉米各生育期光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度 （Gs）以及胞间CO₂ 浓度（Ci），在玉米苗期、拔节期、抽穗期和收获期均以T3和T4的Pn、Tr、Gs最高，且与T1相比差异都达显著水平，说明施用炭基肥可以提高不同时期玉米光合特性；Pn和Gs呈现先增加后减小的趋势，在玉米拔节期时达到最大值，均以T3最高，分别为31.2 µmol/（m² ·s）和0.3mol/（m² · s），与T1相比分别增加了22.7%和43.8%；Tr随着玉米生育期的增长而提高，在收获期达到最大值，以T4最高，为3.54mmol/（m² ·s），其次是T3，为3.53mmol/（m² ·s），二者无显著差异，与T1相比分别增加36.72%和36.54%； Ci则与Pn和Gs呈现相反的变化趋势，在玉米不同生育期，T3和T4的Ci相比T1分别降低36.17%、 31.06%、16.56%、34.09%和38.49%、26.94%、 20.45%、46.66%。

注：表中同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

2.3 不同处理下鲜食玉米叶绿素SPAD值的动态变化

由图2可知，不同处理的玉米叶绿素SPAD值随生育期的进程呈现先增加后降低的趋势，在苗期，以T3叶绿素SPAD值最高，为39.83，相比T4增加5.29%，且二者无显著差异；到拔节期，玉米叶绿素SPAD值达到峰值，表现为T4>T3>T2>T1，分别为54.0、53.3、47.77和37.47，T3和T4差异不显著，但都显著高于T1和T2；抽穗期玉米叶绿素SPAD值开始逐渐降低，到收获期，除T4外，玉米叶绿素SPAD值均低于苗期；在玉米整个生育期内，T3和T4叶绿素SPAD值较T1分别平均增加45.88%和36.35%，T3较T4平均增加6.98%。

2.4 不同处理对鲜食玉米干物质分配和积累动态的影响

由表3可知，施用炭基肥对玉米各生育期干物质积累量影响显著，在苗期和拔节期以T4的干物质积累量最高，分别为25.56和49.85g/株，与T1相比，差异均达到显著水平，到抽穗期，玉米干物质积累量则以T3最高，为96.68g/株，其次是T4，为93.0g/株，二者差异达显著水平；在玉米收获期，以T3的干物质积累量最高，其他依次为T2、 T4和T1，分别为142.02、126.69、124.2和73.34g/株。与T2相比，T3在抽穗期和收获期的干物质积累量分别增加36.4%和12.1%。

由表4可知，玉米收获期的干物质分配量以籽粒最高，其他依次为茎、叶和根，收获期平均干物质分配率为38.89%、30.17%、17.32%和13.62%，玉米根、茎、叶以及籽粒的分配量均以T3最高，分别为19.49、46.33、23.26和74.32g/株，其次是T4，分别为18.49、39.72、25.76和68.8g/株，相比T4，T3各部位（根、茎、叶和籽粒）干物质分配量分别提高5.41%、16.64%、1.94%和8.02%，这说明炭基肥全部施用玉米干物质积累效果优于炭基肥 ×80%。

2.5 玉米叶片光合特性与产量的相关性分析与回归分析

由表5可知，在不同的施肥处理下，玉米光合特性与产量达到极显著水平。光合速率（r=0.862）、蒸腾速率（r=0.942）、气孔导度 （r=0.931） 及SPAD值（r=0.883）与玉米产量之间均存在极显著正相关关系；胞间CO₂ 浓度（r=-0.877）与产量呈现极显著负相关关系，这说明玉米产量受光合特性的影响明显，施用炭基肥能够提高玉米光合特性，从而有利于玉米增产。以光合速率（X₁）、蒸腾速率（X₂）、气孔导度（X₃）、胞间CO₂ 浓度（X₄）和SPAD值（X₅）为自变量，以产量（Y）为因变量进行逐步回归分析，优化后得到玉米产量的最优回归方程为：

$\mathrm{Y}=1.122{\mathrm{X}}_2+26.265{\mathrm{X}}_5-71.82$

回归决定系数R²=0.938，达到极显著水平 （P=0.000004<0.01）。回归显著性测验结果表明，蒸腾速率（X₂）偏回归达到极显著水平，SPAD值 （X₅）偏回归达到显著水平，说明在光合特性指标中，蒸腾速率和SPAD值对玉米产量有显著影响。通过通径分析得出，蒸腾速率（X₂）和SPAD值 （X₅）对产量的直接通径系数分别为0.650和0.368 （表6），均为正值，说明若其他因素不变，提高这两个其中任何一个因素均能对玉米产量起促进作用。

注：** 表示相关性在0.01水平显著；* 表示相关性在0.05水平显著。

3 讨论

3.1 炭基肥显著影响鲜食玉米产量

玉米产量的增加与肥料的种类和施肥量密切相关，大多数研究发现炭基肥对作物增产具有明显的优越性^[16-18]。吕泽先^[19]在炭基肥对作物的试验中表明，炭基肥能够使玉米和水稻增产12.15%和8.14%。在本试验中，与习惯施肥相比，施用炭基肥后的玉米产量显著提高了25.43%～35.26%，炭基肥全量施用比减量20%施用多增产7.84%，但无显著差异，这与张萌等^[20]的研究结果类似，这可能是由于生物炭本身富含氮、磷、钾、铝及镁等大量和中、微量元素，有利于给作物提供平衡的养分供应，同时生物炭本身比表面积大，具有疏松多孔和离子吸附力强等性质，与化肥制成炭基肥后，其生物炭特性能够延缓肥料释放^[21-23]，从而使玉米达到增产效果，而相比习惯施肥，炭基肥 ×80%施用仍显著增产，这可能是因为炭基肥发挥了生物质炭固持养分、改良土壤等优点，更好地实现了养分的吸附和缓释功能，减少养分的流失，实现增产^[2]。

3.2 不同施肥处理对鲜食玉米光合特性的影响

光合作用是影响作物生长及产量形成的重要因素之一，净光合速率、胞间CO₂ 浓度、气孔导度以及蒸腾速率等是反应作物光合能力的重要指标^[24]。本试验研究结果显示，随着玉米生育期的进程，玉米光合速率、蒸腾速率和气孔导度总体呈先增加后下降的趋势，其均在玉米拔节期达到最大值，炭基肥处理的光合速率、蒸腾速率和气孔导度与对照相比都有显著提高，胞间CO₂ 浓度则与光合速率表现出相反的变化趋势，处理间差异达到显著水平，通常影响植物光合作用的因素分为气孔因素和非气孔因素。气孔因素是指水分胁迫使气孔导度下降，CO₂ 进入叶片受阻从而使光合速率下降。非气孔因素是指光合器官光合活性下降，如果光合速率和气孔导度与胞间CO₂ 浓度变化趋势相反，说明光合速率下降受非气孔因素限制^[25]。在本试验中，玉米不同生育期胞间CO₂ 浓度与光合速率和气孔导度呈现相反的变化趋势，说明玉米各生育期的光合速率下降并不是由于气孔导度下降而使CO₂ 减少供应，是由非气孔因素阻碍了CO₂ 的利用，造成了CO₂ 的积累^[14]。因此，炭基肥增加了玉米各时期的光合速率，是由于炭基肥降低了非气孔因素对光合作用的限制。

3.3 不同施肥处理对鲜食玉米叶绿素SPAD值的影响

叶绿素是绿色植物光合作用的基础物质，是作物叶片的主要光合色素，它影响作物的光合性能，其含量高低在一定程度上反映了叶片衰老的程度^[26-27]。王进斌等^[12]的研究结果表明，玉米叶绿素SPAD值随生育期的进程呈先增加后降低的趋势，这与本试验研究结果类似。在本研究中，炭基肥在玉米生育前期显著增加玉米叶绿素SPAD值，在拔节期达到峰值后逐渐下降。其原因可能为，在玉米生育后期，植株叶片开始衰老和脱落，叶片的衰老直接导致叶绿素SPAD值降低。总体来看，炭基肥处理的叶绿素SPAD值高于炭基肥 ×80%，且显著优于对照。

3.4 不同施肥处理对鲜食玉米干物质积累量的影响

干物质积累量直接影响作物成熟期籽粒的分配量，高干物质积累量是获得高产的物质基础，并且使其能够尽可能多的分配到籽粒当中^[28-29]。王淑君等^[30]的研究结果表明，施用炭基肥可以提高作物根系和地上部分干物质积累，本试验得到类似结果：施用炭基肥能够显著提高玉米各生育期的干物质积累量，拔节期到抽穗期玉米干物质积累量增长较快，苗期和拔节期以炭基肥 ×80%的干物质积累量较高，抽穗期后以炭基肥处理的干物质积累量较优。从玉米收获期各部位干物质分配比例来看，干物质分配量以籽粒最高，其分配比例达22.97%～45.03%，且各部位的干物质积累量均以炭基肥全部施用最高，这可能是由于炭基肥能够延缓养分释放，使养分释放量与玉米养分需求基本一致，从而促进干物质的积累^[31]。

4 结论

炭基肥与炭基肥 ×80%均能够显著提高鲜食玉米不同生育期干物质积累量，增加成熟期玉米籽粒的分配比例，从而促进鲜食玉米形成高产。两个处理均提高了玉米不同生育期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及胞间CO₂ 浓度，炭基肥 ×80%对玉米光合特性影响不大；从相关性分析结果来看，鲜食玉米产量与蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂ 浓度和SPAD值间均存在显著或极显著相关性。但本试验是在盆栽条件下完成的，减少了许多不可控因素，可能与实际情况存在差异，因此本试验将结合田间试验进一步加以验证。

参考文献