施用生物炭對杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)的影響研究.pdf

1、隨著溫室氣體排放的增加，全球氣候變暖顯著。生物炭作為良好的固碳劑，是解決全球變暖的一種新方法。生物炭為廢棄生物質利用、生物能源生產(chǎn)、土壤改良、肥料創(chuàng)新、溫室氣體減排等提出了綜合解決方案，對植物生長和土壤肥力的變化起到了重要的作用，引起國內(nèi)外學者的廣泛關注。
　　目前有關生物炭的研究領域主要集中在農(nóng)業(yè)用地和農(nóng)作物增產(chǎn)方面，研究表明施用生物炭不但能夠改善土壤的孔隙狀況，同時提高了土壤pH值，增加了土壤的氮磷鉀含量，增強土壤的保肥能力，

2、改善植株生長環(huán)境，促進地表植被的生長。目前研究涉及林地方面的應用較少。特別是不同類型生物炭對不同年齡及不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤的肥力影響尚未見報導。有鑒于此，本試驗選取福建農(nóng)林大學三明莘口教學林場3種不同林齡的杉木人工林地，通過設計施用不同類型生物炭，比較生物炭對杉木人工林地土壤容重、土壤水分、pH和土壤養(yǎng)分的影響，探討生物炭對提高杉木人工林生長和改良土壤肥力的作用，為生物炭在杉木人工林地上的應用提供理論依據(jù)。主要研究結果如下：

3、>　　1.不同年齡杉木人工林施用生物炭一年后，土壤的物理性質得到改善，施炭處理后，不同年齡的杉木人工林土壤容重下降，杉木幼齡林、中齡林、成熟林的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度增大，土壤的自然含水量、最大含水量、田間持水量及毛管持水量增加，而這些差異變化在土壤0-20cm土層最顯著，在20-40cm、40-60cm土層中土壤的物理性質基本無變化。不同生物炭對土壤物理性質的改良效果不同，施用木炭處理和竹炭處理的杉木幼齡林林地中，0-

4、20cm土層的自然含水量比未施炭處理提高18.92％、7.90%，土壤總孔隙度比未施炭處理提高18.31%、12.84%。木炭生物炭對各齡林表層土壤的持水性、通透性影響優(yōu)于竹炭生物炭。
　　2.不同年齡杉木人工林施用生物炭一年后，不同生物炭處理下各林分土壤的pH值、全碳、全磷、全鉀、水解性氮、有效磷和速效鉀含量皆高于未施炭處理，且差異顯著，差異變化量主要體現(xiàn)在0-20cm土層中，在20-40cm、40-60cm土層中土壤的pH、全

5、量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分無變化。而不同生物炭處理下各林分土壤全氮含量無明顯變化，且無差異性。比較不同生物炭處理對不同林齡杉木人工林土壤化學性質影響發(fā)現(xiàn)，木炭生物炭對各齡林表層土壤pH值、全碳、全磷、全鉀及速效養(yǎng)分的影響更顯著。
　　3．以不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤為基質，施用生物炭進行室內(nèi)盆栽模擬試驗，結果表明，施用生物炭對杉木幼苗生長影響效果不同。一、二代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，生物炭對杉木幼苗株高影響顯著，其中，杉木生物炭TC和

6、BC處理效果優(yōu)于其他杉木生物炭處理。三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，生物炭對杉木幼苗株高的生長影響不明顯，在一定程度上抑制了幼苗的生長；一、二代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，生物炭對杉木幼苗地徑影響不明顯，三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，各杉木生物炭處理的地徑皆高于未施炭處理，其中生物炭BC處理優(yōu)于其他生物炭處理。
　　4.不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤施用杉木生物炭后，不同時期對杉木幼苗的凈光合速率影響顯著，一、二代栽植代數(shù)杉木

7、人工林土壤處理下，各時期杉木生物炭處理的凈光合速率均高于未施炭處理，其中最顯著分別是生物炭RC和LC處理。三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，杉木生物炭BC處理對杉木幼苗凈光合速率影響最顯著，在不同時期凈光合速率分別提高了6.32%、29.33%和15.56%。杉木生物炭對杉木幼苗的蒸騰速率影響表現(xiàn)為，一代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，杉木生物炭TC處理優(yōu)于其他處理；二代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，杉木生物炭RC處理顯著高于其他生物炭處

8、理，在不同時期RC處理的蒸騰速率分別比未施炭處理提高9.93%、22.40%、7.67%；三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，杉木生物炭BC處理顯著高于其他生物炭處理，在不同時期BC處理的蒸騰速率分別比未施炭處理提高8.63%、34.18%、21.17%；與未施炭處理相比，一、二、三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤處理下，各杉木生物炭處理的植株鮮物質的地上部分、地下部分和總重皆高于對照。
　　5．通過施用生物炭室內(nèi)盆栽模擬試驗，不同栽植代數(shù)

9、杉木人工林土壤施用生物炭后，其土壤的水分物理性質有顯著變化。不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤的自然含水量、最大含水量、田間持水量、毛管含水量及毛管孔隙度增大，土壤容重下降。不同杉木生物炭材料對土壤的影響不同，其中杉木生物炭RC處理對一、二及三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤容重影響最明顯，一、二和三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤容重分別比未施炭處理降低12.5%、19.08%和19.67%；同時，杉木生物炭LC處理對土壤自然含水量和最大含水量影響優(yōu)于其他杉

10、木生物炭處理。杉木生物炭TC處理對不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤的田間含水量和毛管持水量優(yōu)于其他杉木生物炭處理；杉木生物炭BC處理對土壤毛管孔隙度影響顯著，與未施炭處理相比，一、二和三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤毛管孔隙度分別提高了7.00%、5.27%和5.73%，但僅杉木生物炭LC處理下的土壤非毛管孔隙度高于對照CK處理，其他生物炭處理的非毛管孔隙度均低于對照CK處理。
　　6．盆栽試驗表明，不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤施用生物炭后，土

11、壤化學性質、pH值及速效養(yǎng)分發(fā)生不同程度的變化。施炭處理后，不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤pH值、全碳、全磷、全鉀、水解性氮、有效磷和速效鉀含量顯著提高，但對不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤的全氮含量無顯著影響。不同杉木生物炭材料對土壤的影響不同，杉木生物炭處理下，不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤pH增加，一代栽植代數(shù)杉木人工林地土壤的pH變化最顯著，其中杉木生物炭LC處理對一、二和三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤pH值影響最顯著，pH值分別比未施炭處理提高

12、0.34、0.11、0.14個單位，且各生物炭處理之間差異顯著。
　　7.不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤施用生物炭后，土壤全碳含量變化顯著，尤其在三代栽植代數(shù)杉木林地土壤中，全碳含量的差異量最顯著。其中，杉木生物炭BC處理下，一、二和三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤的全碳含量分別比未施炭處理提高32.18%、59.59%和90.47%，且各處理間差異顯著。在不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤中，杉木生物炭RC處理對土壤全磷和全鉀影響最顯著，一、二和

13、三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤的全磷含量分別比未施炭處理提高60.00%、53.49%和74.36%，全鉀含量分別比未施炭處理提高43.36%、36.22%和24.87%。
　　8.不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤施用生物炭后，土壤速效養(yǎng)分變化顯著，杉木生物炭RC處理對不同栽植代數(shù)杉木人工林土壤水解性氮、速效磷和速效鉀的含量影響最顯著。一、二和三代栽植代數(shù)杉木人工林土壤的水解性氮含量分別比未施炭處理提高17.16%、69.24%和84.45