钾与生物炭协同作用对干旱胁迫下玉米生长的影响：提升抗旱性与保障粮食安全的新策略

《BMC Plant Biology》：Synergetic effects of potassium and biochar on morphological, physiological, and biochemical attributes of maize crop grown under different levels of drought stress

为解决干旱威胁农业生产和粮食安全问题，研究人员开展了生物炭和钾对玉米在不同干旱胁迫下影响的研究。结果表明二者协同可提升玉米形态、生理和生化指标，增强抗旱性。这对可持续农业和保障粮食安全意义重大。

　　在全球气候变化的大背景下，极端天气事件频发，干旱问题日益严重。干旱对农作物的生长和产量造成了极大的影响，威胁着全球的粮食安全。据预测，到 2090 年代，约 30% 的全球农业用地将面临严重干旱，这无疑给全球农业带来了巨大挑战。玉米作为世界上最重要的主食作物之一，在半干旱和干旱地区广泛种植。然而，玉米对干旱胁迫较为敏感，干旱会抑制其生长、降低产量，影响碳水化合物的转运和循环等。因此，深入了解干旱胁迫对玉米的影响，以及探索有效的应对策略，成为了农业领域亟待解决的问题。

深圳大学等研究机构的研究人员开展了一项关于生物炭和钾对玉米在不同干旱胁迫下影响的研究。研究发现，生物炭和钾单独或联合使用，都能有效缓解干旱对玉米造成的不利影响，增强玉米的抗旱能力，促进其生长和发育。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为解决干旱地区玉米种植问题提供了新的思路和方法。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，进行盆栽实验，以玉米品种 EV-1089 为研究对象，设置不同干旱程度（100% FC、75% FC 和 40% FC）、不同生物炭添加量（0 和 350 g/10 Kg 土壤）和不同钾浓度（0 和 100 mg/L）的处理组。其次，对实验土壤和生物炭进行了详细的理化性质分析。然后，测定了玉米的形态、生理、光合等多项参数，如根和地上部分的鲜重和干重、相对含水量（RWC）、叶绿素含量等。最后，运用统计分析方法，如双向 ANOVA、Tukey 检验等，对实验数据进行处理和分析。

研究结果如下：

• 对形态参数的影响：干旱胁迫显著抑制玉米的生长，降低其根和地上部分的鲜重、干重以及长度。而生物炭和钾单独或联合应用，能有效缓解干旱的抑制作用。其中，联合应用的效果最为显著，可使地上部分鲜重增加 10.8% - 5%，根鲜重增加 19% - 23% 等。
• 对气态参数的影响：干旱导致玉米的叶绿素 a、b，总叶绿素、类胡萝卜素含量，气孔导度、光合速率和蒸腾速率显著下降。生物炭和钾单独应用均可提升这些参数，联合应用效果更优，能使叶绿素 a 含量增加 13% - 25%，光合速率提高 27% - 68% 等。
• 对生理参数的影响：干旱影响玉米的相对含水量、水势（Ψ）、渗透势（Ψ_s）和膨压势（Ψ_p），并增加活性氧（ROS）的产生。生物炭和钾单独或联合应用，可改善这些生理参数，降低 ROS 含量。联合应用时，相对含水量增加 12% - 20%，水势提升 26% - 24% 等。
• 对酶促和非酶促抗氧化剂的影响：干旱胁迫下，玉米的酶促（如过氧化氢酶 CAT、超氧化物歧化酶 SOD、过氧化物酶 POD）和非酶促（如总可溶性糖 TSS、抗坏血酸 AsA、谷胱甘肽 GSH）抗氧化剂含量增加。生物炭和钾单独或联合应用，可进一步上调这些抗氧化剂的水平，联合应用时效果最佳。
• 对地上部分大量营养素的影响：干旱显著影响玉米对氮（N）、磷（P）、钾（K）的吸收。生物炭和钾单独或联合应用，可显著提高这些营养素在地上部分的浓度，联合应用时效果更明显，能使地上部分氮浓度增加 47% - 45%，磷浓度增加 64% - 52% 等。
• 主成分分析（PCA）和相关性分析：PCA 分析表明，生物炭和钾的添加对玉米的生理属性有显著的正向影响。相关性分析发现，生长和生物量属性与光合色素呈正相关，与应激响应指标呈负相关。

研究结论和讨论部分指出，生物炭和钾的联合应用能显著缓解干旱胁迫对玉米的不利影响，通过多种机制增强玉米的抗旱能力。生物炭可改善土壤保水能力和养分吸收，钾能调节植物的渗透势和抗氧化系统。二者协同作用，调节植物的生理、生化和形态过程，提高玉米在干旱条件下的生长和发育能力。然而，该研究也存在一定的局限性，如实验在盆栽环境中进行，未充分考虑田间复杂的相互作用；实验周期仅 50 天，未涉及玉米的开花、灌浆和最终产量等。未来的研究应聚焦于长期田间试验，优化生物炭和钾的应用浓度和时间，深入探究其分子机制，并评估其经济可行性，以推动可持续农业的发展，保障干旱地区的粮食安全。