王宇浩 劉鑫 馬仕林 李沁宇 張金池

(南京林業(yè)大學(xué)，南京，210037)

酸雨已遍布全世界，是目前和將來影響人類生存的重大環(huán)境問題之一[1]。酸雨一般指pH小于5.6的大氣降水[2]，主要由人為排放的SO2和氮氧化物轉(zhuǎn)化而成[3-5]。酸雨對(duì)土壤和植物的影響日益突出，酸雨會(huì)直接作用在土壤和葉片上，導(dǎo)致土壤酸化[6]、葉面積減小或者壞死、降低葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和光合作用效率[7-9]，造成營養(yǎng)元素流失[10]、微生物活性降低[11]；也會(huì)通過土壤間接作用在林木根系上，對(duì)根系生長指標(biāo)以及根系活力產(chǎn)生影響[12]。

通過添加土壤改良物質(zhì)可以減緩酸雨對(duì)植被生長的影響，目前主要有石灰類改良劑、工業(yè)和礦業(yè)副產(chǎn)物、有機(jī)改良劑、新型改良劑[13]。其中，生物質(zhì)炭作為一種新型的多功能性材料[14]，主要用于農(nóng)業(yè)土壤改良。已有研究表明，生物質(zhì)炭的添加可以直接提升酸性土壤的pH[15-17]，且生物質(zhì)炭的添加量與土壤pH的提升幅度呈正相關(guān)[18]。謝婷婷等[19]研究認(rèn)為，生物質(zhì)炭的添加也可以提高土壤肥力；劉懷優(yōu)[20]研究認(rèn)為，生物質(zhì)炭的添加有減少土壤內(nèi)養(yǎng)分淋失等作用。但是，已有生物質(zhì)炭研究，較多針對(duì)土壤改良的作用，有關(guān)其在林業(yè)應(yīng)用的研究較少。

為此，本研究2018年10月份，選用1年生麻櫟(QuercusacutissimaCarruth)苗木移入盆栽，進(jìn)行2個(gè)月的恢復(fù)后，選擇50株恢復(fù)良好、長勢一致的苗木為試驗(yàn)苗木。設(shè)置3種強(qiáng)度(pH分別為4.5、3.5、2.5)的酸雨，pH=7.0的雨水為對(duì)照；按照生物質(zhì)炭占苗木栽培基質(zhì)體積比例設(shè)置4種添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)(0、10%、20%、30%)的苗木栽培基質(zhì)；按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)苗木進(jìn)行酸雨和生物質(zhì)炭交互的模擬處理試驗(yàn)。試驗(yàn)處理1 a后，采集麻櫟苗木葉片和根系，測定苗木生長速率、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、根系活力、葉片及根系抗氧化酶活性；應(yīng)用方差分析法、雙因素方差分析法，分析城市污泥生物質(zhì)炭、酸雨脅迫對(duì)麻櫟苗木生長的影響，旨在為酸雨區(qū)林木經(jīng)營管理提供參考。

1 材料與方法

生物質(zhì)炭：供試生物質(zhì)炭為“綠祿生物炭”，來自密西西比國際水務(wù)(中國)有限公司。以城市污泥為原材料，采用污泥干餾法，在700～850 ℃無氧條件下燒制4 h制備而成的，生成的生物質(zhì)炭粉碎成2 mm以備使用。生物質(zhì)炭理化性質(zhì)：pH為6.4、水分為9.7%、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為197.7 g·kg-1、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.7 g·kg-1、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.6 g·kg-1、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.1 g·kg-1、易揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.8%、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.8%、比表面積為14.2m2·g-1。

植物材料及處理：本研究選用1年生麻櫟(QuercusacutissimaCarruth)苗木進(jìn)行溫室內(nèi)盆栽模擬試驗(yàn)，麻櫟苗平均高度(31.23±2.63)cm、基徑(2.75±0.53)cm；花盆尺寸為高25 cm、盆口直徑20 cm，土壤來自南京林業(yè)大學(xué)下屬林場附近林地(中心地理坐標(biāo)：119°12′E，32°7′N)。

表1 酸雨和生物質(zhì)炭對(duì)麻櫟苗木處理的模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

生長速率測定：用卷尺從莖的根部到末端的芽測量樹苗的高度，莖基部直徑通過莖根處的游標(biāo)卡尺測量。苗高和基徑生長速率[21]：RG,H=[(H2-H1)/H1]×100%、RG,D=[(D2-D1)/D1]×100%；式中的RG,H為樹高增長率，H1為樹苗的初始高度，H2為樹苗的最終高度，RG,D為樹苗的基徑增長率，D1為樹苗的初始基礎(chǔ)直徑，D2為樹苗的基礎(chǔ)直徑。

葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定：根據(jù)Gassama et al.[22]描述的方法測量葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。將0.1 g的葉片，在暗室中的丙酮和乙醇(體積比為1∶1)的10 mL混合物中勻漿10 h，然后以2 500 r/min離心20 min，并提取上清液。將約2.5 mL樣品吸取到微量離心機(jī)中，并使用掃描分光光度計(jì)UV-VIS測量葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在663 nm和645 nm的波長時(shí)讀取樣品數(shù)據(jù)。

根系活力測定：使用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)方法[26]測量根系活性。將10 mL等量的2,3,5-氯化三苯基四氮唑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%)和磷酸鹽緩沖液(濃度為50 mmol/L，pH為7.0)的混合液，添加到根樣品(0.5 g)中，并在37 ℃的黑暗環(huán)境中放置2 h。然后，用2 mL濃度為1 mol·L-1的H2SO4終止反應(yīng)；空白試驗(yàn)，先加硫酸再加入根樣品，其他操作相同。將根磨碎，并轉(zhuǎn)移至裝有乙酸乙酯的試管中，至總體積為10 mL。使用掃描分光光度計(jì)(UV-VIS)在485 nm的波長下比色。

抗氧化酶活性測定：粗酶液的制備——將2～3 g葉片或細(xì)根組織，用5 mL冰冷的磷酸鹽緩沖液(濃度為50 mmol/L，pH為7.8)，冰浴充分研磨至勻漿，并將勻漿以15 000 r/min離心20 min，取上層液冷藏備用。采用氮藍(lán)四唑(NBT)比色法進(jìn)行超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定，采用愈創(chuàng)木酚比色法進(jìn)行過氧化物酶(POD)活性的測定[27]。

數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)的處理主要通過Excel完成。運(yùn)用方差分析(ANOVA，Duncan檢驗(yàn))，檢驗(yàn)pH與生物質(zhì)炭對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響；運(yùn)用雙因素方差分析，檢驗(yàn)pH與生物質(zhì)炭對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的主效應(yīng)與交互效應(yīng)的影響；應(yīng)用R4.0.2分析pH、生物質(zhì)炭與各指標(biāo)之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理對(duì)麻櫟苗木樹高和基徑增長速率的影響

經(jīng)雙因素方差分析(見表2)表明，生物質(zhì)炭及其與酸雨的交互作用，均顯著影響麻櫟苗木的樹高和基徑增長速率(P<0.05)。

由表2可見：

①在未添加生物質(zhì)炭時(shí)，中度酸雨(pH=3.5)處理的樹高增長率(為15.378%)顯著降低。

②添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的樹高增長率(170.041%)、基徑增長率(115.439%)，均顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。

③添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%的處理時(shí)，僅“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的樹高增長率(156.847%)、基徑增長率(135.070%)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。

表2 不同處理時(shí)麻櫟苗木的生長速率

④添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的樹高和基徑增長率，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；其中，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的樹高增長率為49.060%、基徑增長率為63.390%，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的樹高增長率為36.348%、基徑增長率為34.034%。

2.2 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理對(duì)麻櫟苗木葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

雙因素方差分析(見表3)表明，酸雨、生物質(zhì)炭及其交互作用，均顯著影響麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wa)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wb)、wa∶wb(P<0.05)。

由表3可見：

①在未添加生物質(zhì)炭時(shí)，僅pH為2.5的重度酸雨處理的麻櫟苗木wa∶wb(為3.671)，顯著低于pH為7.0的雨水(空白對(duì)照)的處理。

②添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理，麻櫟苗木的葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.862 mg/g、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.777 mg/g、wa∶wb為3.693；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3.981 mg/g)、wa∶wb(5.586)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.432 mg/g)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.432 mg/g)，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。

③添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理，麻櫟苗木的葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.726 mg/g、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.752 mg/g、wa∶wb為3.623；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)，均顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3.010 mg/g)、wa∶wb(3.863)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。

④添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理，麻櫟苗木的葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.080 mg/g、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.541 mg/g、wa∶wb為3.843；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)，均顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.583 mg/g、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.742 mg/g，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.794 mg/g、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.740 mg/g。

表3 不同處理時(shí)麻櫟苗木的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理對(duì)麻櫟苗木葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

雙因素方差分析結(jié)果(見表4、表5)表明，不同pH的酸雨，顯著影響有效光化學(xué)量子產(chǎn)量、非光化學(xué)淬滅系數(shù)、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量；添加生物質(zhì)炭，顯著影響最大光化學(xué)效率、非光化學(xué)淬滅系數(shù)；酸雨與生物質(zhì)炭的交互作用，顯著影響光化學(xué)淬滅系數(shù)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量(P<0.05)。①僅酸雨處理時(shí)，隨著酸雨pH的下降，有效光化學(xué)量子產(chǎn)量先降低后升高，而光化學(xué)淬滅系數(shù)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)均先升高后降低。②僅添加生物質(zhì)炭處理時(shí)，隨添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)的增加，有效光化學(xué)量子產(chǎn)量和實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量在降低，非光化學(xué)淬滅系數(shù)在升高，而光化學(xué)淬滅系數(shù)先升高后降低。③酸雨和生物質(zhì)炭交互處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)和實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理；但“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理；但“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片非光化學(xué)淬滅系數(shù)，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理?！疤砑由镔|(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理，麻櫟苗木葉片實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理，麻櫟苗木葉片非光化學(xué)淬滅系數(shù)顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；且“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片有效光化學(xué)量子產(chǎn)量，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理。

表4 酸雨和添加生物質(zhì)炭處理時(shí)的麻櫟苗木葉片熒光參數(shù)測定結(jié)果

表5 酸雨、生物質(zhì)炭及二者交互處理對(duì)麻櫟苗木葉片熒光參數(shù)影響的顯著性

2.4 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理對(duì)麻櫟苗木根系活力的影響

雙因素方差分析結(jié)果(見表6)表明，僅酸雨處理對(duì)麻櫟苗木的根系活力影響顯著(P<0.05)。由表6可見：①在未添加生物質(zhì)炭的處理中，pH為7.0的雨水處理，麻櫟苗木的根系活力為70.467 μg·g-1·h-1；添加酸雨后，pH為4.5的輕度酸雨處理、pH為2.5的重度酸雨處理，與pH為7.0的雨水處理差異不顯著，但均顯著低于pH為3.5的中度酸雨處理(根系活力為95.582 μg·g-1·h-1)。②添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%的處理時(shí)，各“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+不同pH的酸雨”交互處理間，均無顯著差異。③添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木根系活力為87.456 μg·g-1·h-1；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木根系活力(55.585 μg·g-1·h-1)，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木根系活力(90.240 μg·g-1·h-1)。④添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+不同pH的酸雨”交互處理間，均無顯著差異。

表6 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理時(shí)麻櫟苗木的根系活力

2.5 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理對(duì)麻櫟葉片及根系抗氧化酶活性的影響

雙因素方差分析結(jié)果(見表7)表明，酸雨、生物質(zhì)炭及其二者的交互處理，均顯著影響麻櫟苗木葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性、葉片過氧化物酶(POD)活性(P<0.05)。由表7可見：①在未添加生物質(zhì)炭處理時(shí)，pH為7.0的雨水處理的麻櫟苗木，葉片超氧化物歧化酶活性為26.666 U·g-1、葉片過氧化物酶活性為0.778 U·g-1·min-1；pH為4.5的輕度酸雨、pH為3.5的中度酸雨、pH為2.5的重度酸雨處理的麻櫟苗木，葉片超氧化物歧化酶活性分別為29.436、30.012、31.687 U·g-1，均顯著高于pH為7.0的雨水處理的；而不同pH的酸雨處理的麻櫟苗木葉片過氧化物酶活性，無顯著差異。②添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木，葉片超氧化物歧化酶活性為30.554 U·g-1、葉片過氧化物酶活性為0.754 U·g-1·min-1；僅“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片超氧化物歧化酶活性(40.772 U·g-1)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理；僅“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片過氧化物酶活性(0.458 U·g-1·min-1)，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。③添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木，葉片超氧化物歧化酶活性為21.895 U·g-1、葉片過氧化物酶活性為1.047 U·g-1·min-1；僅“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木葉片超氧化物歧化酶活性(34.458 U·g-1)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理；而“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木，葉片過氧化物酶活性分別為0.692、0.850 U·g-1·min-1，均顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。④添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木，葉片超氧化物歧化酶活性為27.593 U·g-1、葉片過氧化物酶活性為1.371 U·g-1·min-1；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+不同pH的酸雨”交互處理中的各處理間，麻櫟苗木葉片超氧化物歧化酶活性無顯著差異，但麻櫟苗木葉片過氧化物酶活性均顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為4.5的輕度酸雨”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木，葉片過氧化物酶活性分別為0.624、0.546、0.851 U·g-1·min-1。

雙因素方差分析結(jié)果(見表7)表明，酸雨處理顯著影響麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性、根系過氧化物酶活性，生物質(zhì)炭及其與酸雨交互作用只顯著影響麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性(P<0.05)。由表7可見：①在未添加生物質(zhì)炭處理時(shí)，pH為7.0的雨水處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性為19.356 U·g-1、過氧化物酶活性為0.136 U·g-1·min-1，不同pH的酸雨處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性均無顯著差異。②添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性為14.062 U·g-1、過氧化物酶活性為0.071 U·g-1·min-1；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+不同pH的酸雨”交互處理間，麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性，均無顯著差異；而“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理的麻櫟苗木根系過氧化物酶活性(0.184 U·g-1·min-1)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。③添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性為16.291 U·g-1、過氧化物酶活性為0.166 U·g-1·min-1；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為4.5的輕度酸雨”交互處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性(25.757 U·g-1)、過氧化物酶活性(0.250 U·g-1·min-1)，顯著高于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理；而“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為2.5的重度酸雨”交互處理的麻櫟苗木根系過氧化物酶活性，分別為0.096、0.080 U·g-1·min-1，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。④添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%的處理時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性為30.244 U·g-1、過氧化物酶活性為0.218 U·g-1·min-1；僅“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木根系超氧化物歧化酶活性(16.549 U·g-1)，顯著低于“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+不同pH的酸雨”交互處理間，麻櫟苗木根系過氧化物酶活性差異不顯著。

表7 酸雨、生物質(zhì)炭交互處理時(shí)麻櫟苗木葉片及根系的抗氧化酶活性

2.6 麻櫟苗木各生長因素間及其與酸雨pH、生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性

由表8可見：酸雨pH，與葉片非光化學(xué)淬滅系數(shù)、葉片過氧化物酶呈極顯著正相關(guān)，與葉片實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)。添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)，與樹高增長率、基徑增長率、葉片葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)，與非光化學(xué)淬滅系數(shù)、根系超氧化物歧化酶呈顯著正相關(guān)，而僅與葉片超氧化物歧化酶呈顯著負(fù)相關(guān)。樹高增長率和基徑增長率，均與葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)，與根系活力呈負(fù)相關(guān)。

表8 麻櫟苗木各生長因素間及其與酸雨pH、生物質(zhì)炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)系數(shù)

3 討論

3.1 酸雨處理對(duì)麻櫟苗木生長的影響

樹高和基徑是植物形態(tài)的重要指標(biāo)，不同梯度酸雨對(duì)樹高和基徑的影響不同。蔣雪梅等[28]研究表明，pH為3.0的模擬酸雨，對(duì)銀杏(Ginkgobiloba)的生長具有顯著抑制作用；廖廣社等[29]研究表明，pH為4.0、3.0的模擬酸雨，促進(jìn)了黃槐(Cassiasurattensis)幼苗的生長。本研究表明，pH為4.5、3.0、2.5的模擬酸雨處理，對(duì)麻櫟苗木的苗高和基徑增長均有抑制作用，其中pH為3.0的模擬酸雨處理更是顯著降低了麻櫟苗高生長率；在3種酸雨處理中，與pH為7.0的雨水處理組最接近的為pH為4.5的模擬酸雨處理。本研究表明，pH為4.5的模擬酸雨處理下，提升了葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)、根系活力、葉片過氧化物酶活性、根系超氧化物歧化酶活性；顯著提升了麻櫟苗木的非光化學(xué)淬滅系數(shù)、光化學(xué)淬滅系數(shù)、葉片超氧化物歧化酶活性。結(jié)合生理生長特性[30-31]分析，pH為4.5的輕度酸雨，對(duì)麻櫟苗木各器官的傷害程度較低，并在一定程度上刺激其葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定程度的上升，其光合效率也隨之提高。

3.2 生物質(zhì)炭添加對(duì)麻櫟苗木生長的影響

生物質(zhì)炭作為新型的功能材料，許多研究表明，生物質(zhì)炭的添加，能夠起到改善土壤結(jié)構(gòu)[32]、提高土壤氧化還原酶活性[33]、改變微生物群落[34]、優(yōu)化根系形態(tài)[35]等作用。本研究表明，與不施生物質(zhì)炭的處理相比，僅添加生物質(zhì)炭后，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為7.0的雨水”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為7.0的雨水”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%+pH為7.0的雨水)”交互處理，可提升麻櫟苗木樹高增長率、基徑增長率、葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)。本研究表明，添加生物質(zhì)炭，麻櫟苗木的最大光化學(xué)效率無顯著差異；Chen et al.[36]研究表明，高等植物在中度及其以上土壤污染脅迫中，最大光化學(xué)效率才會(huì)明顯下降。本研究表明，采用的生物質(zhì)炭處理均不會(huì)對(duì)麻櫟苗木起到脅迫作用，但會(huì)提高麻櫟苗木的非光化學(xué)淬滅系數(shù)、光化學(xué)淬滅系數(shù)，降低麻櫟苗木有效光化學(xué)量子產(chǎn)量、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量；生物質(zhì)炭的添加，提高了麻櫟苗木對(duì)光能與非光能的利用效率，但其以熱能的形式耗散效率高于光合，從而導(dǎo)致其有效及實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量下降。

3.3 酸雨和生物質(zhì)炭的交互作用對(duì)麻櫟苗木生長的影響

本研究表明，酸雨會(huì)抑制麻櫟苗木樹高和基徑的增長，生物質(zhì)炭則會(huì)促進(jìn)樹高和基徑的增長，在二者交互作用時(shí)，“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理的麻櫟苗木，樹高、基徑增長率顯著升高，即添加生物質(zhì)炭的促進(jìn)作用大于酸雨的抑制作用；原因是麻櫟苗木在中性或微酸性土壤中能迅速生長[37]。而添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為30%對(duì)酸雨處理時(shí)麻櫟苗木生長的促進(jìn)作用降低；原因是生物質(zhì)炭本身含碳量高、孔隙多，會(huì)降低氮素的有效性[38]，生物質(zhì)炭的吸附和固持作用[39]也會(huì)減緩對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收[40]。

生物質(zhì)炭與酸雨的交互作用對(duì)麻櫟苗木生理指標(biāo)也有一定的影響。本研究表明，生物質(zhì)炭會(huì)顯著提升麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而pH為3.5的中度酸度脅迫會(huì)降低麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)；在pH為3.5的中度酸度處理時(shí)添加生物質(zhì)炭均會(huì)顯著提升麻櫟苗木葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)，此時(shí)生物質(zhì)炭的促進(jìn)作用大于酸雨的抑制作用。關(guān)于葉綠素?zé)晒鈪?shù)，本研究表明添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%的處理，提高了麻櫟苗木的光化學(xué)淬滅系數(shù)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)，pH為2.5的重度酸雨脅迫處理則降低了麻櫟苗木的光化學(xué)淬滅系數(shù)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)；但“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”的交互處理，顯著提升了麻櫟苗木的光化學(xué)淬滅系數(shù)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)，說明添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的促進(jìn)作用，大于pH為2.5重度酸度的抑制作用，麻櫟苗木能充分利用所吸收的光能，從而促進(jìn)麻櫟苗木的生長。本研究表明，在pH為4.5的輕度酸雨脅迫時(shí)，添加生物質(zhì)炭會(huì)顯著降低麻櫟苗木葉片超氧化物歧化酶活性。這是因?yàn)樵撍岫冗m應(yīng)于麻櫟苗木生長，添加生物質(zhì)炭反而會(huì)抑制麻櫟苗木對(duì)氮、磷等元素的吸收，不利于抗氧化酶的合成，導(dǎo)致酶活性降低[41]。pH為3.5的中度酸雨脅迫時(shí)，添加生物質(zhì)炭均會(huì)降低麻櫟苗木根系的超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性；這是因?yàn)樯镔|(zhì)炭與麻櫟苗木根系的直接接觸，抑制根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而抑制抗氧化酶的合成。pH為2.5的重度酸雨脅迫時(shí)，麻櫟苗木葉片和根系的超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性，基本都呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢；這是因?yàn)樵撍岫炔贿m合麻櫟的生長，少量的生物質(zhì)炭還起不到改善作用，需要添加大量生物質(zhì)炭緩解體內(nèi)過多的活性氧自由基，降低酸雨脅迫對(duì)麻櫟的傷害。

此外，有研究表明，生物質(zhì)炭的添加能夠增加根系生物量、根體積、根表面積等指標(biāo)[42]，但大多數(shù)是針對(duì)成熟期的植物根系。而王賀東[43]研究表明，根系形態(tài)與生育時(shí)期很有關(guān)聯(lián)，分蘗期時(shí)有無生物質(zhì)炭添加的處理并無顯著差異；而在拔節(jié)抽穗期，生物質(zhì)炭會(huì)顯著抑制根系的生長[43]。本研究表明，添加生物質(zhì)炭會(huì)降低麻櫟苗木根系活力，僅在pH為2.5的重度酸雨脅迫時(shí)，添加生物質(zhì)炭才會(huì)有提升作用。

4 結(jié)論

通過1 a的溫室試驗(yàn)，分析了酸雨與生物質(zhì)炭的交互作用對(duì)麻櫟苗木生長的影響。結(jié)果表明：生物質(zhì)炭的添加對(duì)麻櫟苗木的基徑和樹高增長率影響顯著，并起到一定的改良作用；也會(huì)顯著影響麻櫟苗木的葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值(wa∶wb)、最大光化學(xué)效率、非光化學(xué)淬滅系數(shù)。綜合所有處理，其中的“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”、“添加生物質(zhì)炭體積分?jǐn)?shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理，對(duì)麻櫟苗木生長的促進(jìn)作用顯著，該研究結(jié)果可為酸雨區(qū)森林經(jīng)營管理提供技術(shù)參考。