施用生物炭肥對黃連木生長及光合特性的影響

吳志莊，王道金，厲月橋，杜旭華，邵瓊，劉勝輝

1. 國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012；2. 安微省林業(yè)廳，安微 合肥 230001；3. 中國林科院亞熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，江西 分宜 336600

施用生物炭肥對黃連木生長及光合特性的影響

吳志莊1，王道金2，厲月橋3，杜旭華1，邵瓊1，劉勝輝1

1. 國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012；2. 安微省林業(yè)廳，安微 合肥 230001；3. 中國林科院亞熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，江西 分宜 336600

摘要：黃連木（Pistacia chinensis Bunge）是中國重要的能源樹種，具有巨大的開發(fā)利用價(jià)值。通過黃連木人工林施用生物炭肥試驗(yàn)，探討了黃連木生長和光合生理特性對生物碳肥輸入的響應(yīng)，結(jié)果表明：與對照相比，各生物炭肥處理對黃連木生長特性都有不同程度的提高，其中地徑、樹高、冠幅、比葉面積平均高于對照30.09%、55.08%、23.07%、25.03%，但不同處理之間差異不顯著，說明生物炭肥對黃連木生長有促進(jìn)作用，但與施用量相關(guān)性不緊密。通過光合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同炭肥處理黃連木光合速率Pn值平均高于對照14.25%，除胞間CO2濃度（Ci）外，黃連木葉片的氣孔導(dǎo)度（Cond）、蒸騰速率（Tr）和水分利用效率（wue）各處理都高于對照，說明各生物碳肥都能在一定程度上提高光能利用率和水分利用效率。黃連木最大熒光效率（Fv/Fm）在不同生物炭肥處理間沒有顯著差異（P>0.05），其中T2處理的Fv/Fm值最大為0.750，略高于對照。PsⅡ（Photosystem II）的活性（Fv/Fo）也是T2處理最高，且顯著高于對照，平均值比對照增加14.73%，達(dá)到3.006。除T2處理的可變熒光Fv值顯著高于對照外，其它各葉綠素?zé)晒鈪?shù)在處理間的差異都不顯著（P>0.05）。綜合而言，適量的生物炭肥（T2處理）有利于提高黃連木的Pn值以及葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo值，有效改善黃連木的光合生理特性，進(jìn)而促進(jìn)植株生長。

關(guān)鍵詞：黃連木；生物炭肥；生長特性；凈光合速率；光合特性

引用格式：吳志莊，王道金，厲月橋，杜旭華，邵瓊，劉勝輝. 施用生物炭肥對黃連木生長及光合特性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(6): 992-997.

WU Zhizhuang, WANG daojin, LI Yueqiao, DU Xuhua, SHAO Qiong, LIU Shenghui. Effects of Biochar Fertilizer Application on Growth Properties and Photosynthetic and Physiological Characteristics of Pistacia chinensis Bunge [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(6): 992-997.

中國黃連木（pistacia Chinensis Bunge）屬漆樹科黃連木屬，落葉喬木，分布廣、適應(yīng)性強(qiáng)，耐干旱鹽堿瘠薄，是我國傳統(tǒng)的木本油料和用材樹種，又是我國極具開發(fā)前景的生物柴油樹種，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景（段劼等，2012）。近年來，為了盡快開發(fā)我國這一寶貴的特有樹種，中國林科院在全國開展了黃連木優(yōu)良品種選育和豐產(chǎn)栽培技術(shù)研究，并在全國范圍內(nèi)進(jìn)行引種擴(kuò)種試驗(yàn)，造林面積不斷擴(kuò)大，有些地區(qū)黃連木已成林成材，但還存在豐產(chǎn)栽培技術(shù)不配套，盲目擴(kuò)種，對其大面積種植可能產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)認(rèn)識不足等諸多問題，不利于黃連木作為我國主要能源樹種的推廣應(yīng)用。

生物質(zhì)炭（biochar）是由植物生物質(zhì)在完全或部分缺氧的情況下經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一類高度芳香化難熔性固態(tài)物質(zhì)，具特殊的理化性能，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤、氣候變化與環(huán)境生態(tài)等領(lǐng)域（Glaser等，2000；Glaser等，2001；Lehmann等，2006），被譽(yù)為“黑色黃金”。生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要是將生物炭作為改良劑促進(jìn)作物的生長和產(chǎn)量的提高（Steiner等，2009），但由于生物炭本身養(yǎng)分不足，它的增產(chǎn)效應(yīng)還受作物、土壤類型及生物炭用量等因素制約，甚至產(chǎn)生相反的結(jié)果（呂一甲，2014）。近年來將生物炭作為肥料的載體，與肥料復(fù)合制備成為新型生物炭肥成了一個(gè)重要的研究方向，它即可以彌補(bǔ)生物炭養(yǎng)分不足的缺陷，還在供給作物養(yǎng)分的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了生物炭對土壤的改良功能和固碳作用。國內(nèi)外的研究表明，生物炭肥或生物炭與肥料復(fù)合施用賦予肥料緩釋功能，可明顯改善作物肥效，具有改善土壤結(jié)構(gòu)、保水保肥，調(diào)節(jié)地溫等效應(yīng)（Steiner等，2007；Masahide等，2006）。因此施用生物炭肥在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、低碳循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。但迄今為止，有關(guān)生物炭在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用很少（鐘哲科等，2009），尤其是生物炭肥在野外造林地的應(yīng)用還未見報(bào)道。本文以安徽省營造的黃連木人工林為基礎(chǔ)，開展施用生物炭肥試驗(yàn)，探討生物炭肥對黃連木人工林的潛在影響，旨在為將來黃連木生態(tài)能源林營造和經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在安徽省沙河集林業(yè)總場大柳林場，位于滁州市西北35 km處，地跨東經(jīng)117°58′～118°06′，北緯32°20′～32°25′，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和、日照充足，四季分明，夏熱多雨，冬寒干燥，平均氣溫15 ℃，極端最高溫41.5 ℃，極端最低溫-23.8 ℃，年平均降水量為939.9～1031.2 mm，全年日照為2217.6～2260.7 h，無霜期為217～219 d。地形以丘陵崗地為主，大部分為中元古界張八嶺群施集組的變質(zhì)角班巖，海拔高度100 m左右，坡度多在6°～15°之間，土壤為薄、中層黃棕壤，有少量厚層黃壤，土壤肥力較為貧瘠。

1.2供試材料

供試生物炭肥由浙江布萊蒙農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)，肥料N含量大于6%，P2O5和K2O含量各大于3.0%，有機(jī)質(zhì)含量大于65%，pH值在5.8～6.0之間。由于肥料中的相當(dāng)部分N素是以氨基酸形態(tài)存在，肥料中氨基酸含量大于14%，使N、P、K的利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)肥料，肥料具有緩釋性和強(qiáng)大的環(huán)境修復(fù)功能。

1.3試驗(yàn)方法

生物炭肥試驗(yàn)以黃連木人工林為樣地，試驗(yàn)地土壤為山地黃紅壤，土壤的質(zhì)地均為砂質(zhì)壤土，土壤肥力較為貧瘠。試驗(yàn)布置前（0～20 cm）土壤的基本理化性質(zhì)如下：pH值4.73，有機(jī)質(zhì)12.84 g·kg-1，全氮1 g·kg-1，有效磷1.43 mg·kg-1，速效鉀24.3 mg·kg-1，陽離子交換量（CEC）12.47 cmol·kg-1。黃連木林于2008年播種造林，株行距3 m×3 m。2012年9月，在統(tǒng)一整地后，設(shè)4個(gè)水平生物C肥處理：0（CK）、750（T1）、1500（T2）、2250 （T3）kg·hm-2，采用溝施，1次性施入，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束不再施用任何肥料。按照完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)小區(qū)100株。實(shí)驗(yàn)期間及時(shí)防治病蟲害，試驗(yàn)地處于半自然狀態(tài)，僅進(jìn)行人工收割灌木草。

1.4指標(biāo)測定方法和數(shù)據(jù)處理

1.4.1生長形態(tài)參數(shù)測量

2013年10月進(jìn)行生長特性測量，于試驗(yàn)地分別測量株高和胸徑、冠幅，采回實(shí)驗(yàn)室稱量葉的鮮質(zhì)量；放入鼓風(fēng)干燥箱80 ℃烘干至恒質(zhì)量后測量干質(zhì)量，測定相對含水量（RWC），用美國Li2Cor公司生產(chǎn)的葉面積儀（Li23000 Portable AreaMeter）測定植株標(biāo)記葉片葉面積，計(jì)算比葉面積。比葉面積（SLA）=葉面積/葉生物量（cm2·g-1），3次重復(fù)。胸徑生長速率（DGR）=（D1?D2）/（t1?t2），樹高生長速率（HGR）=（H1?H2）/（t1?t2）。其中D1為施肥時(shí)黃連木地徑，D2為測定時(shí)的黃連木地徑，H1為施肥前黃連木樹高，H2為測定時(shí)黃連木樹高，t1為施肥時(shí)間，t2為測定時(shí)間，t1?t2為兩次測定間隔的時(shí)間。

1.4.2光合參數(shù)測量

用Li-6400光合儀測量相關(guān)光合參數(shù)，選擇晴朗無風(fēng)天氣，以冠層中部東南方向的一級枝頂端充分伸展，且生長狀況較為一致的當(dāng)年生樹葉作為測試樣本，于9∶00─11∶00，活體測定不同處理黃連木的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Cond）、胞間CO2濃度（Ci）以及蒸騰速率（Tr）。用凈光合速率（Pn）蒸騰速率（Tr）之比計(jì)算水分利用效率（WUE），重復(fù)測定3次。

1.4.3葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

采用美國產(chǎn)OS-30p型便攜式熒光分析儀測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。選擇中部向陽當(dāng)年生樹葉，經(jīng)暗適應(yīng)15 min后，測定其初始熒光（Fo）、最大熒光參數(shù)（Fm）以及可變熒光強(qiáng)度（Fv）。并分別計(jì)算光系統(tǒng)Ⅱ（PsⅡ）的活性（Fv/Fo）、最大熒光效率（Fv/Fm），每處理重復(fù)測定10次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由SPSS 15.0完成，采用單因素隨機(jī)區(qū)組進(jìn)行方差分析和LSD法多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1生物炭肥對黃連木生長特性的影響

由表1可知，在施入生物炭肥后黃連木生長特性都有不同程度的提高，但并未隨著T1～T3處理濃度加大而增大，其中T2處理表現(xiàn)最好，地徑、樹高、冠幅各個(gè)指標(biāo)都顯著的高于對照（CK）。具體而言，地徑除T1處理與CK之間差異不顯著，T2與T3處理都顯著高于對照（P<0.05），平均值提高了30.09%。樹高也與地徑有相似的規(guī)律，各炭肥處理都與對照有顯著差異（P<0.05），平均高于對照55.13%。冠幅各處理也顯著高于對照（P<0.05），平均增幅為23.07%。比葉面積各處理也顯著大于對照，其中T3處理最大，平均值比對照提高25.03%，生物炭肥對地徑生長速率有明顯促進(jìn)作用，各處理地徑長生速率都顯著高于對照，平均增幅27.19%。樹高生長速率僅T2和T3高于對照，T1處理與對照間沒有顯著的差異。黃連木葉片相對含水率較低，相對含水率平均為48.93%，各處理相對含水率RWC與對照相比略有降低，但沒有顯著差異（P>0.05）。

表1　不同生物炭肥對黃連木生長特性影響Table 1 Growth characteristics of pistacia Chinensis with different biochar fertilize treatment

表2　不同炭肥處理光合性狀測定值比較Table 2 Photosynthetic characteristics of pistacia Chinensis under different biochar fertilize treatment

表3　不同炭肥處理黃連木葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定值比較Table 3 Leaf fluorescence parameters of pistacia Chinensis under different biochar fertilize treatment

2.2生物炭肥對黃連木光合生理參數(shù)的影響

光合作用是植物有機(jī)物質(zhì)合成、能量貯存與轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，凈光合速率是影響光合生產(chǎn)力的重要因素，其大小反映了植物同化物生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱（吳志莊等，2013）。由表2可知，不同炭肥處理黃連木光合速率Pn值平均達(dá)到4.795 μmol·m-2·s-1，高于對照14.254%，說明各處理都能在一定程度上提高對光能的利用率。各處理中以T2處理Pn值最高，較CK提高了10%，達(dá)到顯著性差異，而T1和T3處理的凈光合速率也都高于CK，但沒有顯著差異（P>0.05）。黃連木胞間CO2濃度（Ci）均處于中等水平，各處理都在260～288 μmol CO2·mol-1之間，不同處理與對照沒有顯著差異，其中CK的Ci值最高，為288.437 μmol·mol-1也只是高出最低處理的5%。氣孔導(dǎo)度（Cond）越大越有利于光合作用的進(jìn)行，各處理Cond值依次為T3>T2>T1>CK，進(jìn)一步說明碳處理有利于提高光合固碳能力。蒸騰速率（Tr）較低，平均為1.305 μmol·m-2·s-1，Tr值從大到小依次為T2>T1>CK>T3。水分利用效率（wue）各處理也都高于對照，其是T3處理最高達(dá)到5.064 μmol·mmol-1，依次為T3>T2>T1>CK，說明炭肥處理有利于提高黃連木的水分用效率。方差分析結(jié)果表明，不同處理除蒸騰速率（Tr）差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）外，凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（cond）、胞間CO2濃度（Ci）、和水分利用效率差異均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。

2.3生物炭肥對黃連葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>

最大熒光效率Fv/Fm的變化可以反映出光化學(xué)轉(zhuǎn)化速率，并能推測是否有光抑制產(chǎn)生，由表3可知，不同生物炭肥條件下，黃連木最大熒光效率（Fv/Fm）差異不顯著（P>0.05），其中T2處理最大，F(xiàn)v/Fm值為0.750，略高于T1和T3處理和對照，PsⅡ（Photosystem II）的活性（Fv/Fo）T2處理最高且顯著高于對照，平均值比對照顯著增加14.73%，達(dá)到3.006，其它各處理與對照沒有明顯差異，表現(xiàn)為T2>T3>CK>T1?；A(chǔ)熒光（Fo）是PSII反應(yīng)中心全部開放時(shí)的熒光產(chǎn)量，它的增加表明逆境對作物葉片PSII反應(yīng)中心不易逆轉(zhuǎn)的破壞或可逆失活（Tian，1992）。最大熒光（Fm）是PSII反應(yīng)中心全部關(guān)閉時(shí)的熒光，反映通過PSII的電子傳遞情況。可變熒光（Fv）的大小反應(yīng)了PSII最初的電子受體QA的氧化還原狀況（Zhang，1999）。由表3還可看出，黃連木初始熒光參數(shù)（Fo）平均為0.156，最大熒光參數(shù)（Fm）平均為0.584，以及可變熒光（Fv）平均0.428，僅T2處理Fv值及Fv/Fo顯著高于對照，其它各處理熒光參數(shù)的差異都不顯著（P>0.05），說明適量的生物炭肥處理可提高黃連木的光合熒光特性，但還沒有產(chǎn)生顯著的影響。

3　討論

生物炭比表面積大，離子吸附能力強(qiáng)，具有保水保肥、提高土壤肥力的作用（Liang等，2010），有研究表明，森林火災(zāi)后在土壤中保留的炭在森林更新、土壤增碳和維護(hù)土壤生產(chǎn)力等多方面都具有十分重要的意義，這一現(xiàn)象也被許多科學(xué)家稱為“在人類進(jìn)化過程中大自然給予人類如何利用炭的最好的示范”。近年來，生物炭作為一種有效的土壤改良劑和固碳劑，廣泛應(yīng)用于固碳減排、持水保肥、改良土壤、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域（張又弛和李會(huì)丹，2015）。多數(shù)研究都集中在生物炭的理化特性和環(huán)境功能等方面（劉玉學(xué)等，2009；張阿鳳等，2009），而將生物炭用于農(nóng)田土壤改良，提高作物生產(chǎn)量也取得了一些成果（Steiner等，2008；陳紅霞等，2011；王丹丹等，2013），但這些研究基本上都是在實(shí)驗(yàn)室或者溫室中得到，還缺乏田間試驗(yàn)條件下生物炭對土壤物理、化學(xué)、生物的影響長期的、系統(tǒng)的試驗(yàn)研究（陳心想等，2013；朱鴻杰等，2014）。雖然研究指出，生物炭會(huì)提高植物養(yǎng)分吸收效率，可以實(shí)現(xiàn)土壤地力的提高和一定程度上的農(nóng)林業(yè)增產(chǎn)（Lecroy，2013；曾愛等，2013），但是生物炭本身可被作物利用的養(yǎng)分含量較少，如果單純以生物炭來替代化學(xué)肥料存在一定的難度，而將生物炭作為肥料載體制備生物炭基肥，即可以發(fā)揮生物炭自身優(yōu)勢,又能夠減少肥料投入，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高地力，達(dá)到增產(chǎn)增收的目的，成為近年來生物炭應(yīng)用研究中的一個(gè)新的重要課題（鐘雪梅等，2006；盧廣遠(yuǎn)等，2011；Kim等，2014）。已有研究表明生物炭與肥料之間存在互補(bǔ)或者協(xié)同作用，生物炭與肥料的復(fù)合可彌補(bǔ)生物炭養(yǎng)分不足的缺陷，保證養(yǎng)分供應(yīng)的同時(shí)達(dá)到了固碳減排的目的（高海英，2012）。由于目前生物炭作為肥料載體的研究尚未得到應(yīng)有的重視，生物炭的應(yīng)用研究，尤其是生物炭在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還未見報(bào)道，因此將生物炭肥的應(yīng)用擴(kuò)展到山地人工林建設(shè)中有更大的實(shí)際意義。

當(dāng)前全球氣候變暖給我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大的壓力與挑戰(zhàn)，已引起世界各國的強(qiáng)烈關(guān)注，我國已承諾到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～45%（劉玉學(xué)等，2013），因此如何減少溫室氣體的排放、增加陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯為當(dāng)前林業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。黃連木作為我國重要的能源樹種，黃連木生態(tài)能源林的營造，即可為生物柴油產(chǎn)業(yè)提供源源不斷的原料，也可為改善林區(qū)環(huán)境保護(hù)，碳匯減排發(fā)揮作用。自本世紀(jì)以來，為了改變我國生物柴油資源短缺和原料供應(yīng)不足的狀況，能源植物開發(fā)利用倍受關(guān)注，黃連木作為重要樹種已被列入國家科技支撐重大項(xiàng)目，各地發(fā)展的積極性很高，生態(tài)能源林建設(shè)呈現(xiàn)出規(guī)?；l(fā)展的趨勢。本課題組自2006年以來，在全國黃連木適生區(qū)進(jìn)行了引種栽培試驗(yàn)和豐產(chǎn)栽培模式研究，目前在安微、重慶、河南、河北等地進(jìn)行了大面積的擴(kuò)種，由于時(shí)間短，生態(tài)效應(yīng)尚不明顯。生物炭具有提升土壤碳庫儲量穩(wěn)定性，減少溫室氣體排放，是一種農(nóng)林業(yè)增匯減排的新途徑（房彬，2014）。本研究首次將新型生物炭肥應(yīng)用于林業(yè)野外造林地，通過不同炭肥處理黃連木光合熒光特性與黃連木生長特性協(xié)同的分析，了解黃連木生長和光合生理特性對生物碳輸入的響應(yīng)，可為將來黃連木生態(tài)能源林大規(guī)模營造和經(jīng)營管理提供理論依據(jù)，同時(shí)為生物炭肥在江淮丘陵區(qū)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供參考。

雖然黃連木耐瘠薄、抗旱能力強(qiáng)，是干旱地區(qū)理想的造林樹種，但為了促進(jìn)黃連木盡快成林和結(jié)實(shí)，進(jìn)行合理的施肥可顯著提高幼苗、幼樹的生長（魏玉君，2000），生物炭具有較大的比表面積，施入土壤后可以吸附多種離子，從而提高土壤的保肥性能（Kolb等，2009），但其對養(yǎng)分是一種選擇性吸持，對NH+4、NO-3吸附作用較強(qiáng)（Kimetu，2010）。本實(shí)驗(yàn)供試生物炭肥中相當(dāng)部分N素是以氨基酸形態(tài)存在，肥料中氨基酸含量大于14%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)肥料，施用生物炭肥后黃連木高平均增55.13%，地徑平均增長30.09%，增產(chǎn)效果明顯。但由于生物炭肥對植物的效應(yīng)受其自身性質(zhì)、土壤類型及植物生長狀況的影響，黃連木實(shí)驗(yàn)地為砂質(zhì)壤土，肥力條件差，土壤水分不足，導(dǎo)致黃連木總體長勢不良。光合作用是植物生物量和植物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成的生理基礎(chǔ)，而葉綠素?zé)晒獬Ｓ脕砼袛嗄婢趁{迫對植物光合作用造成的傷害（張毅龍，2014）。實(shí)驗(yàn)地黃連木凈光合速率（Pn）平均為4.65 μmol·m-2·s-1，蒸騰速率（Tr）僅1.305 μmol·m-2·s-1，最大熒光效率（Fv/Fm）僅0.731，說明不良的立地條件使黃連木光合作用受阻，光合固炭能力明顯降低，因此要發(fā)揮生物炭肥的作用，還需適宜的立地條件，尤其是充足水份供給情況下才可充分發(fā)揮其肥效，從而達(dá)到促進(jìn)林木生長的良好效果。本試驗(yàn)中，T2處理表現(xiàn)最為突出，光合熒光特性都明顯優(yōu)于其它處理，黃連木生長并沒有隨著生物炭肥量的增加而表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，可能與生物炭肥對氮素的固定轉(zhuǎn)化有關(guān)（王浩等，2014），由于本試驗(yàn)時(shí)間較短，生物炭肥的有效釋放及土壤中C/N值的變化特征還需將來深入的研究。

4　結(jié)論

生物炭肥總體上能促進(jìn)黃連木的生長，有效增加黃連木地徑、樹高、冠幅、比葉面積等生長指標(biāo)，但黃連木生長量但并未隨著生物炭肥濃度加大而增大，其原因還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。對比不同處理黃連木光合和熒光參數(shù)發(fā)現(xiàn)，生物炭肥處理在一定程度上提高了黃連木對光能利用率和水分的利用效率，提高了黃連木的抗旱保水能力，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長。但僅T2處理對黃連木生長的影響最好，說明只有施入適量的生物炭肥，才有利于提高黃連木的Pn值以及葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo值，改善黃連木的光合生理特性，進(jìn)而促進(jìn)植株生長?？傮w而言，生物炭肥在黃連木人工林的實(shí)驗(yàn)，拓展了生物炭肥的應(yīng)用范圍，可為將來林業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)：

GLASER B, BALASHOV E, HAUMAIER L, et al. 2000. Black carbon in density fractions of anthropogenic soils of the Brazilian Amazon region [J]. Organic Geochemistry, 31(7): 669-678.

GLASER B, HAUMAIER L, GUGGENBERGER G, et al. 2001. The'Terra Preta'phenomenon: a model for sustainable agriculture in the humid tropics [J]. Naturwissenschaften, 88(1): 37-41.

KIM P C, HENSLEY D, LABBE’ N. 2014. Nutreent release from weitch grass-derived biochar pillets embedded with fertilizers [J]. Geoderma, 232-234: 341-351.

KIMETU J M, LEHMANN J. 2010. Stability and stabilisation of biochar and green manure in soil with different organic carbon contents [J]. Australian Journal of Soil Research, 48(7) : 577-585.

KOLB S E, FERMANICH K J, DORNBUSH M E. 2009. Effect of charcoal quantity on microbial biomass and activity in temperate soils [J]. Soil Science Society of American Journal, 73(4): 1173-1181.

LECROY C, MASIELLOA C A, RUDGERS J A, et al. 2013. Nitrogen, biochar, and mycorrhizae: Alteration of the symbiosis and oxidation of the char surface [J].Soil Biology and Biochemistry, 58: 248-254.

LEHMANN J, GAUNT J, RONDON M. 2006. Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems–a review [J]. Mitigation and adaptation strategies for global change, 11(2): 395-419.

LIANG B, LEHMANN J, SOHI S P, et al. 2010. Black carbon affects the cycling of non-black carbon in soil [J]. Organic Geochemistry, 41(2): 206-213.

MASAHIDE Y, YASUYUKI O, IRHAS F W, et al. 2006. Effects of the application of charred Bark of Acacia mangium on the yield of maize, cowpea and peanut, and soil chemical properties in South Sumatra, Indones [J]. Soil Science and Plant Nutrition, 52(4): 489-495.

STEINER C, GARCIA M, ZECH W. 2009. Effects of charcoal as slow release nutrient carrier on N-P-K dynamics and soil microbial population Pot experiments with ferralsol substrate [M]. In Woods W I, Teixeira WG, Lehmann J,. Amazonian Dark Earths WimSombroek's Vision. Netherlands Springer: 325-338.

STEINER C, GLASER B, TEIXEIRA W G, et al. 2008. Nitrogen retention and Plant uptake on a highly weathered central Amazonian Ferrasol amended with compost and charcoal [J]. Soil Science and Plant Nutrition, 171(6): 893-899.

STEINER C，TEIXEIRA W G，LEHMANN J, et al. 2007. Long term effects of manure，charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered central Amazonian upland soil [J]. Plant and Soil, 291(1/2): 275-290.

TIAN X H. 1992. Ammoniacal Nitrogen Loss from Wheat and Maize by Volatilization During Their Growth Periods. Master dissertation, Plant Nutrition and Fertilizer [J]. Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry, Yangling, Shanxi: 3-8.

ZHANG S R. 1999. A discussion on chlorophyll fluorescence kinetics parameters and their significance. Chinese Bulletin of Botany, 16 (4): 444-448.

陳紅霞, 杜章留, 郭偉, 等. 2011. 施用生物炭對華北平原農(nóng)田土壤容重,陽離子交換量和顆粒有機(jī)質(zhì)含量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 22(11): 2930-2934.

陳心想, 何緒生, 耿增超, 等. 2013. 生物炭對不同土壤化學(xué)性質(zhì)、小麥和糜子產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 33(20): 6534-6542.

段劼, 陳婧, 馬履一, 等. 2012. 木本油料樹種中國黃連木研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 17(6): 171-177.

房彬, 李心清, 趙斌, 等. 2014. 生物炭對旱作農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 23(8): 1292-1297.

高海英, 何緒生, 陳心想, 等. 2012. 生物炭及炭基硝酸銨肥料對土壤化學(xué)性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 31(10): 1948-1955.

劉玉學(xué), 劉微, 吳偉祥, 等. 2009. 土壤生物質(zhì)炭環(huán)境行為與環(huán)境效應(yīng)[J] . 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 20(4): 977-982.

劉玉學(xué), 王耀鋒, 呂豪豪, 等. 2013. 生物質(zhì)炭化還田對稻及土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 24(8): 2166-2171.

盧廣遠(yuǎn), 張艷, 王祥福, 等. 2011. 炭基肥料種類對土壤物理性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué). 15(3): 50-53.

呂一甲. 2014. 生物炭肥對土壤性質(zhì)、玉米生長及水肥利用效率影響試驗(yàn)研究[D]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué): 9-10.

王丹丹, 鄭紀(jì)勇, 顏永毫, 等. 2013. 生物炭對寧南山區(qū)土壤持水性能影響的定位研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 27(2): 101-104.

王浩, 焦曉燕, 王勁松, 等. 2014. 不同氮肥水平下生物炭對高粱苗期生長及有關(guān)生理特性的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 29(6): 195 -201.

魏玉君, 賀德留. 2000. 施肥對黃連木幼樹生長的影響[J]. 河南林業(yè)科技, 20(2): 33-246.

吳志莊, 杜旭華, 熊德禮, 等. 2013. 不同類型竹種光合特性的比較研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 22(9): 1523-1527.

曾愛, 廖允成, 張俊麗, 等. 2013. 生物炭對塿土土壤含水量, 有機(jī)碳及速效養(yǎng)分含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 32(5): 1009-1015.

張阿鳳, 潘根興, 李戀卿. 2009. 生物黑炭及其增匯減排與改良土壤意義[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 28(12): 2459-2463.

張又弛，李會(huì)丹. 2015. 生物炭對土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)及其生物地球化學(xué)功能的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 24(5): 898-905.

張毅龍, 張衛(wèi)強(qiáng), 甘先華, 等. 2014. 低溫脅迫對6 種珍貴樹種苗木光合熒光特性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 23(5): 777-784.

鐘雪梅, 朱義年, 劉杰, 等. 2006. 竹炭包膜氮肥的利用率比較[J]. 桂林工學(xué)院學(xué)報(bào), 26(3): 404-407.

鐘哲科, 李偉成, 劉玉學(xué), 等. 2009. 竹炭的土壤環(huán)境修復(fù)功能[J]. 竹子研究匯刊, 28(3): 5-9.

朱鴻杰, 閆曉明, 何成芳, 等. 2014. 秸稈還田條件下農(nóng)田系統(tǒng)碳循環(huán)研究進(jìn)展. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 23(2): 344-351.

Effects of Biochar Fertilizer Application on Growth Properties and Photosynthetic and Physiological Characteristics of Pistacia chinensis Bunge

WU Zhizhuang1, WANG daojin2, LI Yueqiao3, DU Xuhua1, SHAO Qiong1, LIU Shenghui1
1. China National Bamboo Research Center ,Hangzhou, Zhejiang 310012, China; 2. Forestry Department of Anhui Province, Hefei 230001, China; 3. Experimental Center for Subtropical Forestry, CAF, Fenyi 336600, China

Abstract:Pistacia chinensis Bunge is an important biodiesel woody energy plant in China with a broad prospect of exploitation and utilization. A field experiment was conducted to investigate the effects of biochar fertilizer application on growth properties, photosynthetic and physiological characteristics of Pistacia chinensis. The experimental results showed that when compared with the control, the growth properties of Pistacia chinensis rose after applying biochar fertilizer; and its DBH, height, canopy and leaf area ratio also increased by 30.09%, 55.08%, 23.07%, 25.03% respectively on average. However, there are no significant differences for biochar treatments which indicated that the biological carbon fertilizer could improve Pistacia chinensis’ growth, but its effect has little close relation to the dosage. Under the conditions of different fertilizer treatments, the average photosynthetic rate (Pn) was higher than that of control by 14.25% through the experiment of photosynthesis of Pistacia chinensis; except for the intercellular CO2concentration (Ci), the stomatal conductance (Cond), transpiration rate (Tr) and water use efficiency (WUE) of each treatment were higher than that of the control, which indicated biochar fertilizer could enhance efficiency of light energy and improve moisture utilization rate to a certain extent. Pistacia’s maximum fluorescence efficiency (Fv/Fm) had no significant difference in different biological carbon fertilizer treatment (P>0.05). The Fv/Fm value of T2 treatment was the highest amounting to 0.750 on average, which is slightly higher than the control. The activity of photosystemⅡ(Fv/Fo) of T2 treatment also looked remarkably higher at the first instance than that of control, which increased by 14.73% and reached 3.006. In addition to variable fluorescence (Fv), its Fvvalue of T2 treatment was significantly higher than that of control and the other parameters of chlorophyll fluorescence in the treatments had no significant differences (P>0.05). In general, the biological carbon fertilizer is conducive to raising the value of Pn, Fv/Fmand Fv/Fovalues; improving photosynthetic physiological characteristics effectively and promoting the growth of Pistacia chinensis Bunge.

Key words:Pistacia chinensis bunge; biochar fertilizer; growth properties; net photosynthetic rate; photosynthetic characteristics

收稿日期：2015-03-10

*通信作者：杜旭華（1982年生）男，博士，主要從事經(jīng)濟(jì)植物生理生態(tài)學(xué)研究

作者簡介：吳志莊（1969年生），男，博士，主要從事林木遺傳育種和能源植物開發(fā)利用研究。E-mail: wzzcaf@126.com

基金項(xiàng)目：十二五國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAD22B08）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（CAFYBB2012025）

中圖分類號：Q948, X173

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）06-0992-06

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.06.013