張登曉, 介紅彬, 張文靜, 高 雅, 饒 偉, 李棟浩, 王代長

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,450002,鄭州)

隨著氣候變化的加劇,干旱、洪澇和暴雨等氣象災(zāi)害事件頻發(fā),降水不均越來越嚴(yán)重,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失,在區(qū)域和全球尺度均嚴(yán)重威脅糧食安全。特別是干旱對作物生長和糧食產(chǎn)量的影響,已成為威脅我國及全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)夂驗(yàn)?zāi)害之一[1]。Webber等[2]通過模型分析的方法研究過去和未來氣候變化條件下影響作物產(chǎn)量的限制因子,發(fā)現(xiàn)干旱脅迫是氣候變化導(dǎo)致產(chǎn)量降低的主要影響因素。據(jù)報(bào)道,我國每年約17%的農(nóng)田受到干旱脅迫的影響,且70%以上的作物產(chǎn)量減產(chǎn)都與干旱有關(guān)[3]。近年來,干旱對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的嚴(yán)重影響已產(chǎn)生了重大的社會經(jīng)濟(jì)損失[4]。特別是持續(xù)性的干旱脅迫,可引起農(nóng)作物新陳代謝的紊亂,甚至導(dǎo)致作物死亡。目前已有大量關(guān)于干旱脅迫影響不同作物生長的相關(guān)報(bào)道。Zhang 等[5]通過對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整合分析,研究發(fā)現(xiàn),干旱脅迫下小麥和水稻籽粒產(chǎn)量分別降低了27.5%和25.4%。在長期干旱脅迫中,土壤水分有效性降低是限制作物生長的主要驅(qū)動者。水分含量的降低能夠?qū)е峦寥牢⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)和活性以及土壤養(yǎng)分有效性均受到影響,降低作物對氮、磷等養(yǎng)分的吸收,抑制作物的生長[6]。因此,探索適宜于不同條件下的農(nóng)田管理措施,以提高農(nóng)作物對干旱脅迫的適應(yīng)能力和提高土壤的持水性能,對于氣候變化背景下促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全具有重要意義。

目前研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭在應(yīng)對氣候變化、退化土壤修復(fù)、改善土壤肥力和提高作物產(chǎn)量等方面具有很大應(yīng)用潛力。由于生物質(zhì)炭自身具有較高的含碳量和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),施用于農(nóng)田土壤中能夠長期穩(wěn)定存在而增加土壤固碳。同時生物質(zhì)炭施用于農(nóng)田土壤后能夠減少溫室氣體,特別是N2O等的排放[7],在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)對氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和過程中具有很大應(yīng)用潛力。生物質(zhì)炭在農(nóng)田土壤中長期存在的同時,能夠改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤保水和保肥能力,對作物生長具有促進(jìn)作用[8]。正是由于生物質(zhì)炭對作物生長和土壤質(zhì)量具有調(diào)控作用,因此在干旱條件下,生物質(zhì)炭可能通過對作物抗性的提高和土壤持水能力的改善而保障作物的生產(chǎn)。該觀點(diǎn)被Edeh等[9]和Razzaghi等[10]所證實(shí),即生物質(zhì)炭的施用對土壤有效水含量和田間持水量均具有提高的效應(yīng)。大部分生物質(zhì)炭自身具有較高的孔隙度和比表面積。有報(bào)道指出,生物質(zhì)炭的平均比表面積達(dá)125 m2/g,且具有大量的微小孔隙,在土壤中能夠提高毛管水含量;而且生物質(zhì)炭表面含有的大量的羧基、羥基等親水性基團(tuán)[11],使其對水分具有較高的吸持能力。生物質(zhì)炭施入土壤后,通過促進(jìn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成,改善土壤孔隙結(jié)構(gòu),提高土壤持水能力,保障土壤水分的有效供應(yīng)[12]。這是生物質(zhì)炭提高土壤保水性的可能機(jī)制。另外,生物質(zhì)炭施用后對作物抗脅迫能力也具有提高的作用。包括對作物根系構(gòu)型的改善,提高作物對養(yǎng)分和水分的獲取能力[13];調(diào)節(jié)葉片細(xì)胞的滲透勢和抗氧化物酶活性等,提高作物對干旱脅迫等的適應(yīng)能力[14]。這表明生物質(zhì)炭在提高農(nóng)作物抗干旱脅迫應(yīng)用上具有潛力。當(dāng)然,生物質(zhì)炭的性質(zhì),包括比表面積、孔隙度、灰分和含氧官能團(tuán)的數(shù)量等,與其原料和制備溫度等密切相關(guān),導(dǎo)致其在土壤中的效應(yīng)也具有變異性[11]。

在氣候變化加劇導(dǎo)致干旱事件頻發(fā)的背景下,如何促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,保障糧食安全,成為亟待解決的問題。由于生物質(zhì)炭自身性質(zhì)的變異性,以及土壤質(zhì)地和肥力等條件的差異,使得生物質(zhì)炭的應(yīng)用效果具有很大不確定性。筆者從作物抗干旱脅迫能力和土壤持水能力的角度,探討干旱脅迫下生物質(zhì)炭對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及其限制因子,旨在為利用生物質(zhì)炭提高農(nóng)田土壤持水性能、保障作物生長、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 在作物抗干旱脅迫中的作用

生物質(zhì)炭應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中表現(xiàn)出提高土壤肥力,促進(jìn)作物生長和提高農(nóng)作物抗性等方面的作用。Chen等[7]指出,生物質(zhì)炭施用于土壤能夠提高作物的生物量和產(chǎn)量,促進(jìn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成,提高土壤養(yǎng)分有效性和肥料利用率的作用。在作物抗性方面,有研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭施用于農(nóng)田土壤中能夠提高作物抗環(huán)境脅迫能力。例如,Akhtar等[15]研究了在不同鹽度水平條件下生物質(zhì)炭對作物生長、生理和產(chǎn)量的影響,發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭能夠減少作物對鈉離子的吸收而提高作物對鹽脅迫的抗性;Pandit等[16]研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭在酸性土壤中能夠提高土壤pH值并增加有效態(tài)磷和鉀養(yǎng)分的含量,緩解貧瘠土壤對作物的養(yǎng)分脅迫;趙帥等[17]發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭施用于農(nóng)田土壤中能夠降低土壤中重金屬有效性,減少作物對重金屬的積累,從而緩解重金屬對作物脅迫的影響。同時,在農(nóng)田土壤中施用生物質(zhì)炭是一種有效的緩解作物干旱脅迫的農(nóng)田管理措施,生物質(zhì)炭能夠提高作物抗干旱脅迫的能力。生物質(zhì)炭對作物抗干旱脅迫的影響,一方面通過對作物根系形態(tài)的調(diào)控,提高作物獲取水分的能力;另一方面通過生理生化調(diào)控機(jī)制,提高作物抗干旱脅迫能力。

1.1 根系形態(tài)調(diào)控機(jī)制

在干旱條件下,生物質(zhì)炭可能通過對根系-土壤過程的調(diào)控提高作物對土壤水分的獲取能力,從而改善作物對干旱脅迫的適應(yīng)能力。在逆境脅迫下,作物根系表現(xiàn)出可塑性以適應(yīng)環(huán)境脅迫。同樣,在干旱脅迫下,農(nóng)作物可通過調(diào)整生物量在作物體內(nèi)的分配來提高抗干旱能力,特別是通過對根系生長的促進(jìn),即干旱脅迫顯著增加生物量向根系的分配。根系的伸長增加了與土壤的接觸面積,使作物能夠吸收深層土壤中的水分,保障作物的生長。有研究指出,生物質(zhì)炭施用于土壤中能夠改善作物根系構(gòu)型有。Liu等[18]在我國華北北部雨養(yǎng)旱地中施用小麥秸稈炭,發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)炭能夠改善玉米根系構(gòu)型,促進(jìn)根系生長,進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量。Xiang等[19]通過整合分析研究也發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭處理比對照顯著提高作物根系生物量,并且改善根系構(gòu)型,特別是根長、根表面積和根尖數(shù)大幅度提高,使根系與土壤的接觸面積增大,能夠更好地吸收水分和養(yǎng)分,特別是對深層土壤中水分和養(yǎng)分的吸收,從而提高作物抗干旱脅迫的能力。

農(nóng)作物根系構(gòu)型的變化必然導(dǎo)致根系分泌物產(chǎn)生量的變化,并通過根系和土壤之間的交互作用影響作物抗逆性能。根系分泌物是生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)干旱的驅(qū)動因素之一。Pei等[20]研究水稻田中施入玉米芯生物質(zhì)炭后根系分泌物的變化,發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭處理能夠增加根系分泌物如氨基酸、植物生長素和脫落酸等的釋放,這些促生物質(zhì)一方面能夠進(jìn)一步促進(jìn)根系的伸長,保障作物的生長。另一方面,有機(jī)酸類物質(zhì)等進(jìn)入土壤中,通過改變根際土壤pH值和影響根際微生物群落結(jié)構(gòu)和活性而改變土壤養(yǎng)分有效性。根系分泌物,特別是小分子的有機(jī)酸和糖類物質(zhì),能夠增加土壤中Fe、P、Mg等養(yǎng)分的溶解,也可以為根際土壤中的微生物活動提供碳源和能源,顯著增加土壤中微生物的豐度,塑造不同的微生物類群和功能,促進(jìn)根際微生物活性和土壤呼吸,同時促進(jìn)土壤礦化和有機(jī)質(zhì)的分解,并進(jìn)一步影響土壤水分和養(yǎng)分有效性等,從而影響作物對養(yǎng)分的吸收和作物生長[21]。另外,干旱條件下可能導(dǎo)致根系過氧化氫的外排,根際過氧化物酶等酶活性的增加有助于清除壞損根細(xì)胞中的活性氧(ROS),從而改善水分關(guān)系[22]。Ouyang等[23]報(bào)道指出,由于生物質(zhì)炭中較高的養(yǎng)分和溶解態(tài)有機(jī)碳的含量,不同類型的生物質(zhì)炭施入土壤中均能提高土壤過氧化物酶等的活性。因此,生物質(zhì)炭也具有促進(jìn)干旱下作物健康生長的潛力。

同時,生物質(zhì)炭對作物根系及根系分泌物的影響也存在很大的變異性,在不同土壤條件、生物質(zhì)炭類型等因素之間具有很大差別。Zou 等[24]通過整合分析研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭在砂質(zhì)土壤中對根系生物量的增加效應(yīng)大于壤質(zhì)土壤,且隨土壤pH值的增加,生物質(zhì)炭對作物根系的伸長效應(yīng)呈現(xiàn)降低的效應(yīng);在不同類型生物質(zhì)炭之間,作物秸稈炭對作物生長的效果比木炭更好,且與生物質(zhì)炭的pH值、養(yǎng)分含量和比表面積等性質(zhì)有關(guān)。因此,在干旱脅迫條件下,生物質(zhì)炭在不同土壤和植物下對根系影響存在不確定性,應(yīng)進(jìn)一步研究生物質(zhì)炭-根際-根系之間的交互作用。

1.2 生理生化調(diào)控機(jī)制

在干旱脅迫下,生物質(zhì)炭一方面通過對作物根系的影響使其獲取更多的水分,另一方面通過影響作物的生理生化過程以適應(yīng)干旱環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn),干旱環(huán)境下適量施用生物質(zhì)炭能夠改善葉片葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度和光合效率等指標(biāo),提高作物的光合效率,增加生物量的積累,從而緩解干旱脅迫對作物產(chǎn)量或生物量造成的影響[25]。另外,生物質(zhì)炭對作物抗干旱性能的提高可能與作物細(xì)胞滲透勢的提高有關(guān)。在干旱脅迫下,由于葉片蒸騰作用損失的水分速率大于根系吸收水分速率,從而造成作物缺水。生物質(zhì)炭自身含有的多種礦質(zhì)養(yǎng)分元素,以及大量的有機(jī)活性成分,也能夠促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收,特別是鉀元素等在作物細(xì)胞內(nèi)的積累[26],能夠提高作物滲透勢,減少水分蒸騰損失對作物細(xì)胞和組織造成的損傷,從而提高作物抗旱性。有研究報(bào)道,與空白對照處理相比,生物質(zhì)炭處理能夠提高作物葉片相對含水量和滲透勢[14]。作物滲透勢的增加,氣孔導(dǎo)度的提高等,能夠維持干旱條件下作物的蒸散速率,保持較高的光合效率,提高水分利用效率。同時,也有報(bào)道指出,生物質(zhì)炭對作物水分利用效率的影響與生物質(zhì)炭和土壤性質(zhì)等因素相關(guān)。例如在土壤pH值、生物質(zhì)炭的原料和生產(chǎn)溫度等都是影響作物水分利用效率的因素[27]。

作物在干旱脅迫下也會通過生理、生化和細(xì)胞途徑來保證和延續(xù)植物的生長發(fā)育,例如干旱誘導(dǎo)作物體內(nèi)脫落酸和茉莉酸的合成。這些物質(zhì)能夠調(diào)控作物葉片氣孔的開合,維持作物水分平衡,同時可刺激作物體內(nèi)抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄和活性。如過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)等,抑制作物體內(nèi)活性氧(ROS)的產(chǎn)生或清除ROS,減少干旱脅迫引起的氧化損傷[28]。有報(bào)道指出,生物質(zhì)炭的施用可影響作物葉片中脫落酸等的含量,增強(qiáng)作物抗干旱能力[29]。同時,生物質(zhì)炭處理能夠降低作物體內(nèi)MDA含量并提高SOD、POD等酶活性,降低干旱脅迫對作物造成的損傷[30]。總之,生物質(zhì)炭能夠通過提高葉片組織的滲透勢和氣孔導(dǎo)度等,提高干旱條件下作物的光合效率,提高水分利用效率,并通過抗氧化酶活性的調(diào)節(jié),減少干旱脅迫最作物組織的損傷,保障作物的健康生長。

2 對土壤持水能力的影響

提高農(nóng)田土壤的水分固持能力對作物抗干旱和保障農(nóng)作物生長具有重要意義。由于生物質(zhì)炭具有較高的比表面積和孔隙度,并且其表面附著大量親水性官能團(tuán),因此其本身具有較好的保水性[11]。生物質(zhì)炭施入土壤后,對土壤持水性能的影響也有很多研究。劉小寧等[31]通過田間定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)炭能夠提高土壤飽和含水量、田間持水量以及有效水含量。Zhang等[32]監(jiān)測了褐土雨養(yǎng)旱地中施用生物質(zhì)炭后土壤含水量的變化,結(jié)果顯示,生物質(zhì)炭一次性施用后土壤含水量連續(xù)兩年比不施炭顯著提高。這與Villagra-Mendoza等[33]在偏砂質(zhì)土壤中的研究結(jié)果一致。然而也有研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭對土壤保水能力沒有顯著性影響,甚至具有降低土壤含水量的效應(yīng)。例如Madari等[34]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用于土壤后第一年顯著增加水分有效性,而第五年沒有顯著影響。Mannan等[35]在偏黏質(zhì)的土壤中研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭添加對大豆的吸收水量沒有影響。因此,生物質(zhì)炭對土壤持水性的影響具有一定的變異性,可能與作物類型、土壤類型和施用年限等因素有關(guān)?；诖?Edeh等[9]和Razzaghi等[10]通過整合分析的方法,研究了不同土壤條件下施用生物質(zhì)炭對土壤有效水含量和田間持水量等的影響及其影響因素。結(jié)果表明,生物質(zhì)炭施用于農(nóng)田土壤后,土壤田間持水量平均提高20.4%,土壤有效水含量提高28.5%。同時,該研究也表明,土壤質(zhì)地、生物質(zhì)炭顆粒大小、比表面積等,是影響生物質(zhì)炭對土壤持水能力的主要限制因子。

2.1 生物質(zhì)炭的性質(zhì)與土壤保水性之間的關(guān)系

從生物質(zhì)炭自身的性質(zhì)角度來看,生物質(zhì)炭對土壤持水性的影響與其自身對水分的親/疏水性相關(guān),生物質(zhì)炭對水分的親和性與其表面親水官能團(tuán)、比表面積和孔隙度、灰分含量等因素相關(guān)。一方面,生物質(zhì)炭持水能力可能與其表面官能團(tuán)的性質(zhì),特別是含氧官能團(tuán)的數(shù)量顯著相關(guān)[36]。Mao等[37]利用傅里葉紅外光譜技術(shù)研究也發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭表面的羧基官能團(tuán)數(shù)量與其對水分的親和性關(guān)系密切。該現(xiàn)象被王昊等[38]進(jìn)一步證實(shí),即隨著生物質(zhì)炭的老化,其表面羧基官能團(tuán)的數(shù)量增加,且親水性隨之提高。另一方面,生物質(zhì)炭對水分的親和性與其比表面積和孔隙度相關(guān)。有研究表明,生物質(zhì)炭對水分的親和能力與其比表面積和孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系[37]。Hyv?luoma等[39]利用X射線斷層成像技術(shù)分析發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭內(nèi)孔隙主要由可調(diào)控植物有效水大小的孔隙組成。因此,孔隙結(jié)構(gòu)和含氧官能團(tuán)是影響生物質(zhì)炭持水性的關(guān)鍵因子。而生物質(zhì)炭比表面積和孔隙度的大小,以及含氧官能團(tuán)的數(shù)量與其裂解溫度有關(guān)。一般隨著溫度的增加,生物質(zhì)炭的比表面積和孔隙度增加,且疏水的脂肪族化合物減少而親水的羧基等含氧官能團(tuán)數(shù)量增加[40]。另外,有研究表明,生物質(zhì)炭對水分的親和性可能與其灰分含量相關(guān)。Kinney等[40]研究發(fā)現(xiàn),在相同的原料下,生物質(zhì)炭的灰分含量與其持水性呈正相關(guān)關(guān)系,而在不同的原料下,生物質(zhì)炭的灰分含量與其持水性沒有顯著相關(guān)關(guān)系。與生物質(zhì)炭持水性相關(guān)的這些性質(zhì)主要由其原料和制備溫度決定。因此,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用生物質(zhì)炭改善土壤持水性能時,應(yīng)考慮生物質(zhì)炭的性質(zhì)與其生態(tài)功能之間的關(guān)系,選擇合適的生物質(zhì)炭。

2.2 對土壤持水性的影響與土壤條件的關(guān)系

從土壤條件的角度來看,生物質(zhì)炭對土壤持水性的影響與土壤質(zhì)地、孔隙度和有機(jī)質(zhì)含量等因素相關(guān)。Mao等[37]研究發(fā)現(xiàn),在有機(jī)質(zhì)含量豐富的黑土中,添加生物質(zhì)炭對土壤田間持水量沒有影響,而在有機(jī)質(zhì)含量相對較低的紅壤和黃壤中,生物質(zhì)炭顯著提高了田間持水量。有機(jī)質(zhì)含量高的土壤一般具有較好的結(jié)構(gòu),并且含有大量的腐殖質(zhì)和含氧官能團(tuán),本身對水分具有較高的親和力,生物質(zhì)炭的效應(yīng)較小。而在有機(jī)質(zhì)含量低的土壤中添加生物質(zhì)炭,能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,特別是大量表面含氧官能團(tuán)和溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)的輸入,能夠提高土壤對水分的親和性。因此,在較低有機(jī)質(zhì)含量的土壤中,生物質(zhì)炭對土壤持水性可能具有更好的提高作用。另外,生物質(zhì)炭對土壤持水性的影響與土壤質(zhì)地相關(guān)。Razzaghi等[10]發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭的施用能夠增加土壤水分有效性,其中質(zhì)地較差的土壤中增加幅度為45%,而質(zhì)地較好的土壤中平均增加14%,該研究結(jié)果與Omondi等[41]和Edeh等[9]相一致。生物質(zhì)炭對田間持水量的增加與其對土壤結(jié)構(gòu)的改善有關(guān)。生物質(zhì)炭的添加降低了土壤密度,增加了土壤孔隙度和孔隙數(shù)量,促進(jìn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成,增加了土壤毛管水吸力,使土壤持水性能增加[42]。特別是在結(jié)構(gòu)相對較差的偏砂質(zhì)土壤中,生物質(zhì)炭對土壤結(jié)構(gòu)的改善效果更好[41]。因此,在質(zhì)地偏砂和有機(jī)質(zhì)偏低的土壤中施用生物質(zhì)炭具有更好的保水效果。

生物質(zhì)炭施用于農(nóng)田土壤中對作物生產(chǎn)和土壤理化性質(zhì)均表現(xiàn)出長期效應(yīng)[43],而對土壤持水性的長期效應(yīng)目前研究較少。生物質(zhì)炭在土壤中的老化過程,能夠?qū)ι镔|(zhì)炭自身比表面積和親/疏水性產(chǎn)生影響,老化過程使生物質(zhì)炭表面親水性的含氧官能團(tuán)數(shù)量增加,能夠增加其持水能力[44]。因此,生物質(zhì)炭對土壤持水性的影響可能存在長期效應(yīng),研究生物質(zhì)炭一次性施入后對土壤水力特性的長期效應(yīng)及其機(jī)制,成為亟需解決的問題。

3 結(jié)論及展望

在全球氣候變化背景下,地區(qū)間降水不均加劇導(dǎo)致干旱事件頻發(fā),對我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食安全造成威脅。生物質(zhì)炭在農(nóng)田土壤中的施用表現(xiàn)出提高土壤保水保肥性能和作物抗干旱脅迫的作用。生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)根系的伸長,改善作物根系構(gòu)型,并通過影響根際微生物活性等提高作物對水分和養(yǎng)分的吸收。生物質(zhì)炭能夠調(diào)節(jié)作物抗氧化酶活性和滲透性等,從而提高作物抗干旱脅迫能力。生物質(zhì)炭施用于土壤中能夠提高土壤田間持水量和水分有效性。該效應(yīng)可能與生物質(zhì)炭自身的性質(zhì)以及土壤條件等有關(guān),并且生物質(zhì)炭對土壤保水性的影響可能存在長期持續(xù)效應(yīng)。

目前研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭對作物抗干旱脅迫性和土壤保水性的影響具有很大變異性,在作物類型、土壤條件和生物質(zhì)炭類型等因素之間的效應(yīng)不同。在理論上,將來需要系統(tǒng)性研究生物質(zhì)炭對土壤保水性和作物抗干旱脅迫的作用機(jī)制和關(guān)鍵影響因子;在實(shí)踐上,需要在不同的土壤和氣候條件下進(jìn)行試驗(yàn)示范和相應(yīng)炭基保水劑產(chǎn)品的研發(fā):1)研究土壤保水性的變化與生物質(zhì)炭特性和土壤性質(zhì)的關(guān)系,及其持續(xù)效應(yīng);2)研究干旱脅迫下生物質(zhì)炭對作物形態(tài)結(jié)構(gòu)和抗干旱脅迫相關(guān)生理性狀的影響,明確生物質(zhì)炭對作物抗干旱脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制;3)探索不同土壤條件的生物質(zhì)炭應(yīng)用方式,開發(fā)相應(yīng)的炭基保水劑產(chǎn)品等,為提高農(nóng)田水分高效利用,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。