施用生物炭能够提高作物产量,不同作物对生物炭的响应存在差异,同一作物不同基因型品种对生物炭的响应是否也存在差异尚不知晓。大豆不同磷效率基因型品种对环境变化的响应机制不同,为了探索生物炭对不同磷效率大豆生长的影响,研究磷高效大豆响应生物炭处理的生理机制,本研究选用磷高效大豆锦豆33、辽豆13和磷低效大豆铁丰3号、锦豆8-14为试材,分析了生物炭对不同磷效率大豆根系生长、光合碳氮生理、物质生产、养分吸收利用以及产量的调控效应,明确了磷高效大豆响应生物炭处理的生长调节机制,主要研究结果如下:1.不同炭量处理试验表明,生物炭能促进不同磷效率大豆根系的生长,增加根长、根表面积、根体积和比根长,降低平均根直径和根组织质量密度,提高细根量。单独施用生物炭时,5%和10%炭量下磷高效大豆各根系形态指标与对照差异显著,5%炭量下变化量最大(根长、根表面积和根体积分别比对照高15.5%,29.2%和44.3%),10%炭量下磷低效大豆与对照的差异也达到显著水平。配施磷酸二铵后,不同生物炭量处理(1%、5%和10%)均促进了磷高效大豆根系的生长。与磷酸二铵的作用效果相比,生物炭能够使大豆生育后期保持较高的根量,从而延缓根系衰老。2.生物炭通过提高不同磷效率大豆的光合作用以及光合碳、氮生理代谢水平,提高大豆的物质积累和产量。表现为,无论施肥与否,生物炭能提高结荚期磷高效大豆叶片的净光合速率、生殖生长时期叶片中碳代谢关键酶蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶的活性及碳水化合物含量,并能提高叶色值、叶片氮平衡指数以及氮代谢关键酶硝酸还原酶活性。通径分析表明,生物炭处理下与磷高效大豆产量直接影响最大的是结荚期硝酸还原酶活性(回归系数0.961),与磷低效大豆产量直接影响最大的是鼓粒期蔗糖合成酶活性(回归系数0.914),可见,不同磷效率大豆对生物炭的响应机制存在差异。3.两年大田试验结果表明,生物炭会改善磷高效大豆生长过程中植株对养分的吸收与利用,提高单株养分积累和籽粒养分含量。表现为,无论施肥与否,生物炭能增加磷高效大豆分枝期根系的养分浓度,提高茎、叶及单株养分积累;开花结荚期,提高功能器官(茎、叶)养分浓度、含量及分配比例;鼓粒期,维持叶片中较高的养分浓度,成熟期,提高叶的养分转移量,增加了荚果中养分含量(单施炭使磷高效大豆荚果中氮、磷、钾含量分别比对照高22.5%、13.4%和10.8%)。炭-肥混施能够促进磷低效大豆植株养分的吸收,但也降低了其氮、钾利用效率,增加了生产单位籽粒对养分的需求量。磷高效大豆氮、钾收获指数在生物炭处理下也有所提高,器官氮/磷生态化学计量比在各处理间变化小于磷低效大豆,说明其氮磷元素内稳性较好。另外,炭-肥混施对磷高效大豆植株养分的影响存在增效作用。4.生物炭通过影响磷高效大豆生长过程中植株干物质积累动态,改善“源库”分配,提高植株生物量。表现为,生物炭处理下,磷高效大豆根茎叶干物重表现出不同程度的增加,保证了“源”足,提高了植株干物质平均积累速率(其中单施炭处理比对照高23.5%)和植株干物质积累量;生物炭能提高磷高效大豆最大干物质积累速率(处于结荚期),延长干物质快速增长时间,有利于形成更多的豆荚和籽粒,促进“库”的增大,成熟期磷高效大豆荚果干重在单施生物炭处理下比对照高24.1%;生物炭处理使成熟期大豆植株营养器官中干物质的分配降低,荚果中干物质分配比例提高,降低根冠比,实现了物质的有效转移。炭-肥混施后能促进磷低效大豆干物质积累从而提高植株生物量,炭-肥混施对磷高效大豆的干物质积累存在明显的增效作用,二者配施作用效果优于单施炭和单施肥处理的叠加效果。5.生物炭能提高成熟期磷高效大豆的茎粗、单株粒数、单株粒重和产量。磷高效大豆产量高于磷低效大豆,在生物炭处理下两者产量差异变大。两年试验结果表明,与对照相比,单施生物炭、单施肥和炭-肥混施处理下磷高效大豆产量分别增加12.3%、14.6%和22.2%,炭-肥混施处理下磷低效大豆产量增加了18.1%。