郭雄飛

1 西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,南充 637000 2 西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所,南充 637000 3 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,廣州 510642

生物炭是近年來農(nóng)林、環(huán)境等諸多領(lǐng)域關(guān)注的焦點,可由農(nóng)林廢棄物在缺氧條件下高溫?zé)崃呀猱a(chǎn)生,不僅減少溫室氣體的排放[1],還可變廢為寶,提高農(nóng)林廢棄物的利用率[2]。作為土壤改良劑,生物炭在改善土壤理化性質(zhì)、增加土壤持水能力、持留土壤養(yǎng)分、促進(jìn)植物生長、并能吸附重金屬等有毒物質(zhì)等方面顯示出較大潛力[3- 5],在農(nóng)林業(yè)上有較大范圍的應(yīng)用,對植物的生長及產(chǎn)量的提高均有較明顯的促進(jìn)作用,成為近年來的研究熱點。

刨花潤楠(Machiluspauhoi)為高大常綠闊葉喬木,屬樟科潤楠屬植物[6]。其樹干挺直,樹冠傘狀,春季繁花似錦,新葉呈紅色,極具觀賞價值;樹皮研粉后可用于各種熏香的調(diào)和劑;其種子含油率較高,可榨油,是優(yōu)良的工業(yè)潤滑油,亦可供制造蠟燭和肥皂等用途[7]。同時刨花潤楠木材芳香、細(xì)致,可用作柱、梁、家具等用材[8],不但具有多種經(jīng)濟用途,而且具有重要的生態(tài)價值,是我國南亞熱帶地區(qū)以及中亞熱帶地區(qū)品質(zhì)優(yōu)良的鄉(xiāng)土闊葉樹種,已被廣西林業(yè)廳列入廣西重點發(fā)展的珍貴樹種。

目前,國內(nèi)外有關(guān)刨花潤楠的研究極少,且其中大部分只是簡要闡述了刨花潤楠生物育苗栽培技術(shù)、生態(tài)學(xué)特性和種植造林的基本措施[9]。在自然生長條件下。刨花楠為深根性偏陰樹種,幼苗生長緩慢,幼年喜蔭耐濕,中年喜光喜濕,生長迅速,呈現(xiàn)“慢-快-慢-快-慢”的生長規(guī)律[10],普遍來講,其播種后前3年幼苗期生長速度較慢。隨著廣西珍貴樹種發(fā)展腳步的加快及國家對珍貴樹種培育的重視,有關(guān)刨花潤楠的推廣研究將會逐漸深入。

梅葉冬青(Ilexasprella),灌木,可高達(dá)3 m,適應(yīng)性較強,移栽易成活,在肥沃或瘦瘠的地方均可生長,其根、葉均可入藥[11]。本章實驗針對刨花潤楠幼苗喜蔭耐濕的特性,選擇具有一定經(jīng)濟藥用價值的梅葉冬青作為遮陰護理植物及綠肥,通過間作梅葉冬青為刨花潤楠幼苗生長制造適宜的環(huán)境,還可以提高單位土地的經(jīng)濟效益,提高土壤的可持續(xù)利用性。同時設(shè)計施用生物炭改良土壤的處理,以提升土壤肥力,增加土壤持水特性,保證刨花潤楠幼苗生長所需水分的供應(yīng)。

目前關(guān)于生物炭的研究主要是針對農(nóng)田土壤和農(nóng)作物,對林地土壤改良及林木生長發(fā)育影響的研究則非常缺乏,并且大部分還停留在盆栽試驗階段,特別是在野外間作條件下,有關(guān)生物炭對不同發(fā)育年限植物生長動態(tài)及土壤長期生產(chǎn)力影響方面的研究甚少。鑒于此,本研究以刨花潤楠-梅葉冬青間作系統(tǒng)為研究對象,開展田間水泥池小區(qū)試驗,施用不同量生物炭,研究了種植3年間刨花潤楠植株生長動態(tài)、3年試驗期后其生物量變化情況、3年間0—15 cm和15—30 cm土層土壤pH、土壤養(yǎng)分含量年際變化情況。分析生物炭對刨花潤楠生長發(fā)育和土壤養(yǎng)分含量的影響,探討生物炭對木本植物生長及林地環(huán)境的影響,為農(nóng)林廢棄物的資源化利用以及加強生物炭在活化林地土壤養(yǎng)分,改良土壤,提高造林成活率及改善地區(qū)生境等方面的研究與應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤：均采用廣州市華南農(nóng)業(yè)大學(xué)樹木園林地表層土,下層采用廣州市紅壤,按照接近實際林地的土層厚度混合使用。

供試生物炭：生物炭為陜西億鑫生物能源科技開發(fā)有限公司提供,材料為廢棄的果樹樹干、枝條,將原材料碎成小塊后,充分干燥(80℃),然后充滿氮氣在裂解爐中(450℃)進(jìn)行無氧熱解2—8 h。最后,停火冷卻至室溫。磨細(xì)過3 mm篩。得到的生物炭的pH值為10.3,C、H、N和O的總含量分別為72.38%、2.62%、1.19%和23.81%。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別為0.52 mg/kg和1.86 mg/kg。

供試植物：刨花潤楠苗木(購于廣東省韶關(guān)市仁化縣董塘鎮(zhèn)苗圃)、梅葉冬青(購于廣州市龍洞苗木公司)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2014年11月在廣州市華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院農(nóng)場,體積為1 m×1 m×2 m、面積為2 m2的水泥池中進(jìn)行,共有12個水泥池,每個水泥池作為一個小區(qū)。折合每個小區(qū)的面積,生物炭與試驗設(shè)置4個梯度的生物炭處理分別為：0、1.2、2.4、4.8 kg(林地施炭標(biāo)準(zhǔn)為12 t/hm2,相當(dāng)于本實驗1.2 kg處理)。N肥、P肥和K肥分別采用尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀,其施肥比例按照前人研究得出的刨花潤楠種植的生物量最大的施用比例(尿素∶過磷酸鈣∶硫酸鉀=261∶150∶181,mg/株),按照苗木數(shù)量換算分別為每個水泥池41.76 g尿素、24 g過磷酸鈣和28.96 g硫酸鉀的底肥。將各水平的生物炭與供試林地表層土混合,再用工具將其充分翻攪均勻,作為小區(qū)表層0—15 cm土層。先在每個水泥池底部填入80 cm厚度的廣州紅壤,然后在每個水泥池上部填入施加了生物炭的林地表層土。每個處理3個重復(fù),所有處理隨機排列。壓緊至預(yù)定高度,盡量使土壤與實際林地土壤狀態(tài)接近。其表層土壤的基本理化性質(zhì)如表1。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

每個水泥池均按9∶6比例設(shè)置刨花潤楠+梅葉冬青間作。按照梅花種植模式,其模式見圖1。

圖1 試驗種植模式圖Fig.1 Experimental planting pattern

圖2 生物炭對刨花潤楠株高的影響 Fig. 2 The effect of biochar on the plant height of M. pauhoiCK：空白對照 Blank control;T1：施生物炭1.2 kg Apply 1.2 kg of biochar;T2：施生物炭2.4 kg Apply 2.4 kg of biochar;T3：施生物炭4.8 kg Apply 4.8 kg of biochar

1.3 樣品采集與測定

生長指標(biāo)的測定：分別在刨花潤楠移栽后的4、8、12、16、20、24、28個月,測量其株高、葉長、葉寬動態(tài)變化,選取刨花潤楠和望江南頂端的第3片復(fù)葉。每個處理選取3片測量,取其平均值。

生物量測定：經(jīng)過3年試驗期后采用收獲法測定植株的生物量。

土壤樣品的采集與測定：試驗苗木栽植后,于2015年3月、2016年3月、2017年3月(其中,試驗初期2014年12月取樣測本底值),在每個小區(qū)內(nèi),按S形曲線選擇5個取樣點,每個取樣點分0—15 cm和15—30 cm采集土壤樣品,將同土層的5個樣品混勻成一個。將土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干2周后磨碎過篩,采用電位計法(土∶水=1∶1)測定土壤pH值;采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì);采用半微量凱氏定氮法測定土壤全氮;采用堿解擴散法測定土壤堿解氮;采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷;采用碳酸氫鈉浸提-分光光度法測定有效磷;采用氫氧化鈉熔融-火焰分光光度計法測定土壤全鉀;采用NH4OAc浸提-火焰分光光度計法測定速效鉀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

所有數(shù)據(jù)用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析,多重比較采用最小顯著差異法。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對刨花潤楠幼苗生長動態(tài)的影響

2.1.1生物炭對刨花潤楠株高動態(tài)的影響

圖2所示為刨花潤楠株高生長動態(tài),在移栽4個月后,施炭處理高于CK,但不同施用量間差異不明顯。移栽8、12、16和20個月后,相應(yīng)處理下的增加幅度分別為5.71%、16.56%和30.02%,8.85%、17.89%和29.90%,18.04%、26.81%和34.75%,13.59%、25.30%和34.41%。說明隨著生長期的延長,處理間差異逐漸增大。從研究所選取的整個生長期來看,移栽12個月后到20個月間刨花潤楠株高生長速度最高,整個生長期持續(xù)保持較高的長勢,且各生物炭處理下長勢均高于CK。

2.1.2生物炭對刨花潤楠葉長和葉寬動態(tài)的影響

圖3 生物炭對刨花潤楠葉長的影響Fig.3 The effect of biochar on the leaf length of M. pauhoi

圖3所示為刨花潤楠葉長及葉寬生長動態(tài)。移栽4個月后,施炭處理高于CK,但不同用量間差異不明顯,隨著生長期的延長,各處理間的差異逐漸加大,移栽20個月后,施炭處理與CK間葉長和葉寬的差異顯著(P<0.05),但各施用量間葉長差異不顯著(P>0.05)。此期間葉寬與葉長的生長情況基本一致,但與葉長不同的是,T2、T3處理間差異不顯著(P>0.05),但均與T1處理間差異顯著(P<0.05)。從研究所選取的整個生長期來看,移栽后4個月到12個月間,刨花潤楠葉長和葉寬生長相對平緩。葉寬和葉長的增長速度最快,長勢最旺的時期分別為移栽12個月到16個月間和12個月到20個月間,隨后仍具有較高長勢,但逐漸趨于平緩。

2.2 生物炭對刨花潤楠幼苗生物量的影響

圖4 生物炭對刨花潤楠干重的影響Fig.4 The effect of biochar on the dry weight of M. pauhoi不同的字母表示差異顯著 (P<0.05)

圖4顯示,各用量施炭處理下刨花潤楠地上部和地下部根系干重均高于CK。隨生物炭施用量的增加,地上部和地下部干重均表現(xiàn)為先升高后降低,且T2處理下達(dá)最大。

2.3 生物炭對土壤pH及養(yǎng)分含量的年際動態(tài)影響

2.3.1土壤pH和有機質(zhì)

由圖5可知,總體上看,施加生物炭可增加3個年份0—15 cm土壤pH和有機質(zhì)含量,且均隨著施炭量的增加而增加。施加生物炭較CK也可提高15—30 cm土壤pH。其中,在2016年,15—30 cm土壤pH隨生物炭施用量的增加而增加,在2017年,不同處理間無顯著性差異(P>0.05)。在2015和2017年,生物炭處理下15—30 cm土層有機質(zhì)含量均高于CK處理,但不同施用量間差異性不顯著(P>0.05)。在2016年,CK、T1、T2間差異性不顯著(P>0.05),但T3 顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖5 不同處理下0—15 cm和15—30 cm土層pH和有機質(zhì)含量Fig.5 Soil pH and organic matter contents of different treatment in 0—15 cm and 15—30 cm

圖6 不同處理下0—15 cm和15—30 cm土層全氮和堿解氮含量Fig.6 Total and alkali-hydrolysable nitrogen contents of different treatment in 0—15 cm and 15—30 cm

2.3.2土壤全氮和堿解氮

由圖6可知,在2015年,施炭對0—15 cm土壤全氮含量及15—30 cm土壤堿解氮無明顯規(guī)律性影響,增加了15—30 cm土壤全氮含量,顯著降低了0—15 cm土壤堿解氮含量(P<0.05)。在2016年,施炭處理降低了不同深度土壤全氮和堿解氮含量,且T2對全氮下降幅度最大,T3對堿解氮下降幅度最大。在2017年,施炭處理下不同深度土壤全氮和堿解氮含量均高于CK,除0—15 cm土壤全氮在T1和T2處理下與CK間差異顯著外(P<0.05),各處理間均無顯著差異(P>0.05)。

2.3.3土壤全磷和有效磷

由圖7可知,就0—15 cm土壤而言,不同處理下土壤全磷和有效磷含量變化趨勢一致。在2015年,施炭處理下0—15 cm土壤全磷含量均高于CK,有效磷含量除T1外均低于CK。在2016年,各處理間差異不顯著(P>0.05),除T2和T3較CK全磷有小幅度的降低外,施炭處理較CK均有一定程度的增加。在2017年,除T2和T3較CK全磷有小幅度的增加外,生物炭對土壤全磷及有效磷含量的影響與2016年類似。就15—30 cm土壤而言,土壤全磷含量在不同處理間無明顯規(guī)律性變化,有效磷含量則表現(xiàn)為施炭處理下高于CK,但各施炭量間差異不顯著(P>0.05)。

2.3.4土壤全鉀和速效鉀

由圖8可知,就0—15 cm土壤全鉀而言,在2015年,各處理間無顯著差異(P>0.05)。在2016年,T1處理高于CK,T2和T3處理則低于CK處理。在2017年,T1、T2和T3處理較CK有一定程度增加。3個年份不同處理間15—30 cm土壤全鉀均無顯著性差異(P>0.05)?？傮w上,3個年份0—15 cm和15—30 cm土壤速效鉀均隨生物炭施用量的增加而增加。

此外,對比不同年份間的差異,0—15 cm和15—30 cm土壤pH、全鉀、堿解氮和速效鉀及0—15 cm土壤全氮均呈現(xiàn)出2015年>2016年>2017年。15—30 cm土層全氮、0—15 cm和15—30 cm土壤有機質(zhì)、全磷含量均表現(xiàn)為：2015年高于2016年和2017年,2016年與2017年則無顯著差異(P>0.05)。土壤有效磷在不同年份間也無顯著性差異(P>0.05)。各處理下土壤pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈現(xiàn)出0—15 cm土層高于15—30 cm土層的趨勢。與0—15 cm土層相比,15—30 cm土壤受生物炭的影響較小。

圖7 不同處理下0—15 cm和15—30 cm土層全磷和有效磷含量Fig.7 Total and available phosphorus contents of different treatment in 0—15 cm and 15—30 cm

圖8 不同處理下0—15 cm和15—30 cm土層全鉀和速效鉀含量Fig.8 Total and available potassium contents of different treatment in 0—15 cm and 15—30 cm

2.4 刨花潤楠生物量、土壤pH與土壤養(yǎng)分含量間的相關(guān)性分析

本研究生物炭施用在土壤0—15 cm表層,因此,刨花潤楠生物量和土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性分析僅用表層(0—15 cm)土壤的養(yǎng)分來分析。表2結(jié)果顯示,刨花潤楠地上和地下部生物量與表層土壤養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)關(guān)系,與土壤pH均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,且地上部生物量與全鉀相關(guān)性未達(dá)顯著性水平(P>0.05),與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷含量間均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與土壤全磷和速效鉀含量之間均呈顯著正相關(guān)(P<0.05),地下部生物量與土壤各養(yǎng)分含量間均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

土壤pH與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量之間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中與全氮和全磷的相關(guān)性達(dá)顯著性水平(P<0.05);土壤各養(yǎng)分含量間均呈正相關(guān)關(guān)系,其中,土壤有機質(zhì)含量與全鉀、有效磷和速效鉀含量之間均呈顯著正相關(guān)(P<0.05);土壤全氮含量與全磷、全鉀、有效磷、速效鉀含量均呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與堿解氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01); 土壤全磷含量與土壤全鉀和速效鉀含量均呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與有效磷含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);土壤全鉀含量與堿解氮和有效磷含量也均呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01); 土壤堿解氮含量與土壤有效磷、速效鉀含量之間,有效磷與速效鉀含量之間均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。綜上所述,刨花潤楠生物量與土壤養(yǎng)分含量之間具有較大的正相關(guān)系數(shù),表明刨花潤楠的生長與土壤的養(yǎng)分含量之間有密切的關(guān)系。

表2 土壤pH與養(yǎng)分含量各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

**P<0.01,*P<0.05

3 討論

3.1 不同生物炭施用量對刨花潤楠生長及生物量的影響

有關(guān)生物炭對作物生長及產(chǎn)量的影響已有不少研究。有田間試驗表明,添加生物炭對當(dāng)年玉米產(chǎn)量較對照無顯著影響,但是從施用生物炭后的第二年(2016年)開始玉米產(chǎn)量顯著增加。這些試驗在不同土壤環(huán)境以及氣候中,其效應(yīng)均有此表現(xiàn)[12],這可能與生物炭改善了土壤理化性狀,尤其是提高了土壤有效養(yǎng)分含量,從而促進(jìn)了作物生長有關(guān)[13-14],本研究結(jié)果顯示,施用生物炭初期對刨花潤楠苗高、葉長和葉寬的增長有一定程度的促進(jìn)作用,但較CK差異不顯著,且該生長期內(nèi)刨花潤楠生長速度相對較為平緩。施用生物炭第二年開始,刨花潤楠的苗高、葉長和葉寬較CK差異逐漸增大并顯著高于CK,可能的原因是,生長初期,土壤養(yǎng)分充足,刨花潤楠對養(yǎng)分的吸收達(dá)高限,生物炭固持土壤水分和養(yǎng)分促進(jìn)植物生長的效應(yīng)不明顯,而生長一年后,土壤養(yǎng)分逐漸減少,生物炭的促生作用才得以體現(xiàn),這與Major[12]和張娜[15]等學(xué)者的研究結(jié)論一致,同時,與刨花潤楠間作的梅葉冬青生物量也逐漸增大,形成了更多的枯落物充當(dāng)綠肥,間作效應(yīng)也逐漸增強,促進(jìn)了刨花潤楠的生長,因此第二年到第三年間其生長速度加快。隨生長期的延長,生長2年后,生物炭處理下的刨花潤楠株高、葉長和葉寬均顯著高于CK處理,收獲時其植株干物質(zhì)量對生物炭的響應(yīng)也是如此,但其增加幅度并非與生物炭施用量呈正比,T3處理下其株高、植株干重均小于T2。表明施用低量的生物炭有利于刨花潤楠的生長與干物質(zhì)積累,與較低生物炭施用量相比,高量生物炭施用對植物的生長發(fā)育影響則不顯著。此外,從種植后3年的整個生長情況來看,適宜范圍內(nèi)施用生物炭具有明顯的后發(fā)作用。植株在2015年、2016年、2017年3個生長期生長呈現(xiàn)出慢-快-慢的變化。

3.2 不同生物炭施用量對土壤pH、養(yǎng)分含量的影響

由于生物炭本身呈堿性,因此施入土壤后可影響土壤pH,尤其是對酸性土壤的影響尤為顯著。試驗中生物炭處理的土壤pH顯著高于CK,且隨施炭量的增加而增加。各處理下土壤pH均表現(xiàn)為0—15 cm土層大于15—30 cm土層,這與施炭時施于土壤上層,因此生物炭對0—15 cm土壤pH的影響較15—30 cm顯著有關(guān)。不同年份土壤pH呈現(xiàn)出2015年最高,且隨時間的推移逐漸降低的趨勢,其可能的原因是,生物炭本身呈堿性,施入土壤初期顯著增加土壤pH,但由于南方氣候的原因,降雨量大,并多呈酸性,導(dǎo)致生長后期土壤pH又逐漸回低。

土壤有機質(zhì)含量在生物炭處理下顯著高于CK,并隨施炭量的增加呈現(xiàn)持續(xù)增高的趨勢,且施用兩年后(2017年)增長趨勢仍然顯著,表明生物炭固持土壤有機質(zhì)的性能具有長效性,這與前人研究結(jié)果一致[16-17]。究其原因,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為生物炭通過吸附土壤有機質(zhì)分子,催化小分子有機質(zhì)聚合形成土壤有機質(zhì);另一方面,生物炭自身含碳量高,施入土壤后可以提高土壤有機質(zhì)含量,且分解速度非常緩慢,可以對土壤肥力的提高起到長效作用[18]。

施炭初期,土壤全氮含量在0—15 cm和15—30 cm土層上均高于CK處理,在2016年和2017年各處理間差異則不顯著。這與張旭輝等[19]和郭俊娒等[20]研究結(jié)果一致。對于土壤全磷而言,各年份低用量生物炭(T1)處理均顯著提高0—15 cm土層全磷含量,15—30 cm則只在2017年表現(xiàn)出一定的增加效應(yīng)。0—15 cm和15—30 cm土層全鉀含量在施炭后也略有增加,但不顯著,與韓光明等[21]的研究結(jié)果一致。

本研究中,生物炭施入土壤后,0—15 cm土壤堿解氮含量在2015年和2016年均表現(xiàn)為隨施炭量的增加而降低,15—30 cm土層則有所增加。到2017年,上下層土壤各施炭處理間均無顯著差異,但均高于對照,這與李明等[22]水稻和玉米秸稈炭(500℃)的添加使紅壤水稻土銨態(tài)氮減少,而硝態(tài)氮積累增加的研究結(jié)果一致。造成這種現(xiàn)象的原因可能是施入生物炭后,土壤 pH 值提高,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分有效性降低以及土壤中C/N比提高,增強了土壤中有效氮的生物固定[23-24],從而限制了土壤氮素的利用,而后期(2017年)土壤pH又逐漸降低,使得該生物固定效應(yīng)降低,并且由于生物炭的吸附功能,土壤堿解氮含量又逐漸小幅度增加。生物炭調(diào)節(jié)土壤有效氮含量以吸附土壤溶液中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮,減少土壤氮的淋溶損失[23]和促進(jìn)土壤中有機態(tài)氮的礦化為主[25],表現(xiàn)出土壤堿解氮含量增加。

就土壤有效磷含量而言,生物炭對其在0—15 cm土層中濃度的影響隨著時間的推移逐漸顯著,在15—30 cm土層中則表現(xiàn)為生物炭處理下土壤有效磷含量均高于CK處理,這與Su等[26]在兩年的溫室盆栽試驗中得出生物炭可提高土壤有效磷含量的結(jié)論一致。本試驗供試土為酸性土壤,施加生物炭后增加了土壤pH值,降低了可交換鋁水平,釋放閉蓄態(tài)磷,從而增加土壤有效磷[27],但到2017年,高施用量的生物炭并不能持續(xù)增加15—30 cm土壤有效磷含量,這與高施炭量下C/N過高引起土壤中有效磷的生物固定,同時加劇了Ca2+促磷酸根的沉降反應(yīng)[28]有關(guān)。且后期(2017年)土壤pH回低,又減少了閉蓄態(tài)磷的釋放。生物炭增加土壤有效磷含量的效應(yīng)以吸附土壤溶液中的磷酸根,減少有效磷的淋溶[29]和促進(jìn)土壤有機態(tài)磷的礦化作用為主[30]。

本研究還發(fā)現(xiàn),施加生物炭可顯著提高土壤中速效鉀的含量,且隨生物炭施用量的增加而增加,這與許多研究結(jié)果一致[31-33]。生物炭能提高土壤速效鉀含量,一方面可能是由于生物炭本身富含較多的可溶性鉀,施入土壤后增加了土壤速效鉀含量;或者生物炭具有較大的比表面積和豐富的官能團,可提高了土壤陽離子交換量,從而增強了土壤中的鉀離子的吸附[34];另一方面可能是生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)能減小水分的滲濾速度,減緩?fù)寥乐蠯+的淋失,從而增加了土壤速效鉀的含量[35]。

此外,從2015—2017年,土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量隨時間的推移均顯著降低。究其原因,一方面,隨著植物的生長,植株對土壤養(yǎng)分的吸收量增加,另一方面,土壤養(yǎng)分隨降水逐漸流失。本研究中0—15 cm 土層的養(yǎng)分含量較15—30 cm土層的高,其主要原因有3個方面點,其一是基肥主要集中在0—15 cm土層,并且上層土是林地表層土壤,其養(yǎng)分含量本底值高于下層紅壤土; 其二是水泥池中枯落物集中于土壤表層,分解后增加了土壤表層養(yǎng)分含量;其三是施用生物炭時是將其施于0—15 cm土層,有利于0—15 cm土壤養(yǎng)分的固持。

3.3 刨花潤楠生物量與土壤pH、養(yǎng)分含量之間的相關(guān)性

本研究中,刨花潤楠生物量與土壤養(yǎng)分含量呈顯著或極顯著正相關(guān),且地下部生物量與土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性大于地上部,說明刨花潤楠的生長較大程度上有賴于土壤養(yǎng)分的供給,并且對地下根系干物質(zhì)量積累的影響更加直接。表明本研究中土壤養(yǎng)分含量是限制刨花潤楠生長的重要因子。土壤pH與土壤全氮和全磷含量呈顯著負(fù)相關(guān),說明pH影響了土壤氮、磷的形態(tài)分布。土壤各養(yǎng)分含量之間的相關(guān)性較大,尤其是土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量兩兩間均呈極顯著正相關(guān),土壤速效養(yǎng)分間的變化一致性可能與降水有關(guān),雨水沖刷一定程度上能同步影響土壤中各水溶態(tài)養(yǎng)分含量,這與隋媛媛等[36]和Mendham等[37]的研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論

(1)施用生物炭后第2年(2016年),刨花潤楠生長速度較快,其株高、葉長、葉寬等相比對照增加顯著,光合作用強度增加,且T2處理下施炭效應(yīng)最顯著。2017年測定其生物量,T2處理對其植株干物質(zhì)的積累促進(jìn)效應(yīng)最顯著。

(2)施用生物炭后對0—15 cm和15—30 cm土壤pH、有機質(zhì)和速效鉀含量的影響最明顯,均隨施炭量增加而顯著增加。施炭后第一年(2015年)及第三年(2017年)也顯著增加0—15 cm土壤全氮含量。T1處理對土壤全磷含量的提高效應(yīng)在3個年份都表現(xiàn)的較為明顯。T2處理在2015年對土壤全鉀含量有提高效應(yīng),其他年份各處理下土壤全鉀含量無顯著差異。

(3)整體來看,不同處理下土壤中各養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為0—15 cm高于15—30 cm,且2015年土壤中各養(yǎng)分含量高于2016年,2016年高于2017年。

(4)刨花潤楠生物量與0—15 cm土壤養(yǎng)分含量存在顯著正相關(guān)性,土壤pH與各養(yǎng)分含量間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,各養(yǎng)分含量之間也存在正相關(guān)關(guān)系,其中,堿解氮、有效磷、速效鉀含量兩兩間均呈極顯著正相關(guān)。速效養(yǎng)分(堿解氮、有效磷、速效鉀)含量高的土壤,其他養(yǎng)分含量也高。

總體來看,施用生物炭均能提高土壤養(yǎng)分含量,促進(jìn)了刨花潤楠生長,提高其干物質(zhì)積累。在本研究中,綜合植株生長、土壤肥力等因素,以T2處理綜合效應(yīng)最好。該研究為生物炭在林地的應(yīng)用、人工林土壤質(zhì)量管理和可持續(xù)經(jīng)營等方面提供參考。