生物炭对磷高效基因型大豆养分吸收和物质生产的调控机制

The biological carbon can improve soil structure, increase soil quality and long-term maintenance soil productivity. It is difficult to solve these problem that the low utilization ratio of phosphate fertilizer and the fertilizer loss and the resulting environmental pollution in the soybean production. The application of biological carbon in soil can improve phosphorus uptake and utilization efficiency in soybean, thereby improving yield. But its mechanism has not been studied. In this study, soybean genotypes with different phosphorus efficiency as material were used to study phenotypic characteristics (including physiological and biochemical index, agronomic traits and yield factor), and the differences of root morphology and nodulation characteristics and their relationship with nutrient absorption and utilization. To reveal physiological mechanism of biological carbon regulation index in the nutrient absorption process. To discuss physiological mechanism of biological carbon effect photosynthetic characteristics, matter accumulation and transportation characteristics. To analysis something important index for biological carbon effect dry matter accumulation of soybean, and clarify the relationship between biological carbon and the yield of soybean. To elucidate the effect mechanism of biological carbon regulation matter production and yield of soybean. The results will provide a theoretical basis for biological carbon promoting soybean high efficient utilization soil nutrients and increasing yield of soybean.

生物炭可改善土壤结构、提高土壤质量和长久维持土壤生产力。大豆生产中磷肥利用率低，肥料损失严重一直是我国农业生产中的难题。土壤中施用生物炭可提高大豆对磷素的吸收和利用效率，从而提高产量，但其机制不明。为此，本项目以不同磷效率基因型大豆为试材，在已完成生物炭对其生长发育影响研究的基础上，将根系吸收养分和地上部产量形成有机结合，考察不同类型大豆在生物炭处理下的表型特性（包括生理生化指标、重要农艺性状和产量因子），深入研究不同磷效率大豆根系形态和结瘤固氮特性的差异及其与养分吸收利用的关系，揭示养分吸收过程中生物炭调控相关指标的生理机制；探讨生物炭处理影响大豆光合特性、物质积累运输等特性的生理机制，分析生物炭影响磷高效基因型大豆物质积累的关键指标，明确生物炭与产量形成的关系，阐明生物炭在调控磷高效大豆物质生产和产量中的作用机制。研究结果将为生物炭促进大豆高效利用土壤养分和产量提高提供理论依据。

大豆生产中磷肥利用率低，肥料损失严重一直是我国农业生产中的难题。生物炭可改善土壤结构、提高土壤质量和长久维持土壤生产力。土壤中施用生物炭可提高大豆对磷素的吸收和利用效率，从而提高大豆产量。本项目以不同磷效率基因型大豆为试材，采用大田和盆栽试验，在施炭、炭加肥结合处理下研究不同类型大豆在生物炭处理下的表型特性（包括生理生化指标、重要农艺性状和产量因子）、根系形态特征和结瘤固氮特性的差异及其与养分吸收利用的关系。研究结果表明，生物炭能够不同程度地促进不同磷效率基因型大豆的生长发育。生物炭促进了磷高效大豆生育前期株高和生育后期茎粗的增加，以及生育早期根系的发育，增加了总根长和根表面积，降低了根系直径，尤其促进了0-0.5mm径级的根系明显增加，从而促进了根系的伸长生长；同时能够提高根系活力，促进根系对营养物质的吸收，提高单株氮素和钾素积累量，并改善营养物质在植株体内的合理分配。不同磷效率基因型大豆在不同生育时期和不同生物炭用量下受到生物炭的影响不尽相同，对于磷高效基因型大豆来说，通常是低、中炭量和炭加肥处理对其影响较大，且主要作用于生育前期，通过增加根冠比和根长、促进结瘤和提高根瘤固氮活性、增加光合势和净光合速率、增加可溶性蛋白及可溶性糖等物质的积累，把更多的养分从根系输送到籽粒，增加单位物质积累继而增加籽粒产量。生物炭的不同处理可以使磷高效大豆提高叶片持绿性，因此可以保持良好的叶片功能，促进光合作用。而磷低效基因型大豆则受到各种炭量的影响，尤其是中、高炭量和炭加肥对生育后期大豆生长的影响较大，生物炭通过对其Rubisco最大羧化效率（Vcmax）、最大电子传递速率调节的RuBP再生速率（Jmax）和磷酸丙糖利用效率（TPU）的调节，提高叶片相关酶（蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶）活性,增加植株蔗糖和淀粉含量，从而促进产量形成。本研究结果为生物炭在大豆生产上的有效利用提供了依据和参考。