城市污泥生物質炭和酸雨對麻櫟苗木生長的影響1)

王宇浩 劉鑫 馬仕林 李沁宇 張金池

(南京林業(yè)大學，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和氮氧化物轉化而成[3-5]。酸雨對土壤和植物的影響日益突出，酸雨會直接作用在土壤和葉片上，導致土壤酸化[6]、葉面積減小或者壞死、降低葉綠素質量分數(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]；也會通過土壤間接作用在林木根系上，對根系生長指標以及根系活力產生影響[12]。

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

為此，本研究2018年10月份，選用1年生麻櫟(QuercusacutissimaCarruth)苗木移入盆栽，進行2個月的恢復后，選擇50株恢復良好、長勢一致的苗木為試驗苗木。設置3種強度(pH分別為4.5、3.5、2.5)的酸雨，pH=7.0的雨水為對照；按照生物質炭占苗木栽培基質體積比例設置4種添加生物質炭體積分數(shù)(0、10%、20%、30%)的苗木栽培基質；按照試驗設計，對試驗苗木進行酸雨和生物質炭交互的模擬處理試驗。試驗處理1 a后，采集麻櫟苗木葉片和根系，測定苗木生長速率、葉綠素質量分數(shù)、葉綠素熒光參數(shù)、根系活力、葉片及根系抗氧化酶活性；應用方差分析法、雙因素方差分析法，分析城市污泥生物質炭、酸雨脅迫對麻櫟苗木生長的影響，旨在為酸雨區(qū)林木經營管理提供參考。

1 材料與方法

生物質炭：供試生物質炭為“綠祿生物炭”，來自密西西比國際水務(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，生成的生物質炭粉碎成2 mm以備使用。生物質炭理化性質：pH為6.4、水分為9.7%、碳質量分數(shù)為197.7 g·kg-1、鉀質量分數(shù)為2.7 g·kg-1、氮質量分數(shù)為16.6 g·kg-1、磷質量分數(shù)為17.1 g·kg-1、易揮發(fā)物質量分數(shù)為11.8%、灰分質量分數(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)苗木進行溫室內盆栽模擬試驗，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)大學下屬林場附近林地(中心地理坐標：119°12′E，32°7′N)。

表1 酸雨和生物質炭對麻櫟苗木處理的模擬試驗設計

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為樹苗的初始基礎直徑，D2為樹苗的基礎直徑。

葉綠素質量分數(shù)測定：根據Gassama et al.[22]描述的方法測量葉綠素質量分數(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中，并使用掃描分光光度計UV-VIS測量葉綠素質量分數(shù)。在663 nm和645 nm的波長時讀取樣品數(shù)據。

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(質量分數(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；空白試驗，先加硫酸再加入根樣品，其他操作相同。將根磨碎，并轉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(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。采用氮藍四唑(NBT)比色法進行超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定，采用愈創(chuàng)木酚比色法進行過氧化物酶(POD)活性的測定[27]。

數(shù)據處理：數(shù)據的處理主要通過Excel完成。運用方差分析(ANOVA，Duncan檢驗)，檢驗pH與生物質炭對各項指標的影響；運用雙因素方差分析，檢驗pH與生物質炭對各項指標的主效應與交互效應的影響；應用R4.0.2分析pH、生物質炭與各指標之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 酸雨、生物質炭交互處理對麻櫟苗木樹高和基徑增長速率的影響

經雙因素方差分析(見表2)表明，生物質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在未添加生物質炭時，中度酸雨(pH=3.5)處理的樹高增長率(為15.378%)顯著降低。

②添加生物質炭體積分數(shù)為10%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。

③添加生物質炭體積分數(shù)為20%的處理時，僅“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。

表2 不同處理時麻櫟苗木的生長速率

④添加生物質炭體積分數(shù)為30%的處理時，“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理、“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；其中，“添加生物質炭體積分數(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%，“添加生物質炭體積分數(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、生物質炭交互處理對麻櫟苗木葉綠素質量分數(shù)的影響

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

由表3可見：

①在未添加生物質炭時，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(空白對照)的處理。

②添加生物質炭體積分數(shù)為10%的處理時，“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理，麻櫟苗木的葉綠素a質量分數(shù)為2.862 mg/g、葉綠素b質量分數(shù)為0.777 mg/g、wa∶wb為3.693；“添加生物質炭體積分數(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質量分數(shù)(3.981 mg/g)、wa∶wb(5.586)，顯著高于“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質炭體積分數(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質量分數(shù)(0.432 mg/g)、葉綠素b質量分數(shù)(0.432 mg/g)，顯著低于“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。

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

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

表3 不同處理時麻櫟苗木的葉綠素質量分數(shù)

2.3 酸雨、生物質炭交互處理對麻櫟苗木葉綠素熒光參數(shù)的影響

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

表4 酸雨和添加生物質炭處理時的麻櫟苗木葉片熒光參數(shù)測定結果

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

2.4 酸雨、生物質炭交互處理對麻櫟苗木根系活力的影響

雙因素方差分析結果(見表6)表明，僅酸雨處理對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添加生物質炭體積分數(shù)為10%的處理時，各“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+不同pH的酸雨”交互處理間，均無顯著差異。③添加生物質炭體積分數(shù)為20%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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；“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(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添加生物質炭體積分數(shù)為30%的處理時，“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+不同pH的酸雨”交互處理間，均無顯著差異。

表6 酸雨、生物質炭交互處理時麻櫟苗木的根系活力

2.5 酸雨、生物質炭交互處理對麻櫟葉片及根系抗氧化酶活性的影響

雙因素方差分析結果(見表7)表明，酸雨、生物質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在未添加生物質炭處理時，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添加生物質炭體積分數(shù)為10%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理；僅“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。③添加生物質炭體積分數(shù)為20%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理；而“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”、“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。④添加生物質炭體積分數(shù)為30%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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；“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+pH為4.5的輕度酸雨”、“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+pH為3.5的中度酸雨”、“添加生物質炭體積分數(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在未添加生物質炭處理時，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添加生物質炭體積分數(shù)為10%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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；“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”交互處理。③添加生物質炭體積分數(shù)為20%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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；“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理；而“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”、“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為7.0的雨水”交互處理。④添加生物質炭體積分數(shù)為30%的處理時，“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(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“添加生物質炭體積分數(shù)為30%+pH為7.0的雨水”交互處理；“添加生物質炭體積分數(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、生物質炭交互處理時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、生物質炭體積分數(shù)之間的相關性

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

表8 麻櫟苗木各生長因素間及其與酸雨pH、生物質炭質量分數(shù)之間的相關系數(shù)

3 討論

3.1 酸雨處理對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，不同梯度酸雨對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質量分數(shù)、葉綠素b質量分數(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淬滅系數(shù)、光化學淬滅系數(shù)、葉片超氧化物歧化酶活性。結合生理生長特性[30-31]分析，pH為4.5的輕度酸雨，對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量分數(shù)有一定程度的上升，其光合效率也隨之提高。

3.2 生物質炭添加對麻櫟苗木生長的影響

生物質炭作為新型的功能材料，許多研究表明，生物質炭的添加，能夠起到改善土壤結構[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，與不施生物質炭的處理相比，僅添加生物質炭后，“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為7.0的雨水”、“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為7.0的雨水”、“添加生物質炭體積分數(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質量分數(shù)、葉綠素b質量分數(shù)。本研究表明，添加生物質炭，麻櫟苗木的最大光化學效率無顯著差異；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，最大光化學效率才會明顯下降。本研究表明，采用的生物質炭處理均不會對麻櫟苗木起到脅迫作用，但會提高麻櫟苗木的非光化學淬滅系數(shù)、光化學淬滅系數(shù)，降低麻櫟苗木有效光化學量子產量、實際光化學量子產量；生物質炭的添加，提高了麻櫟苗木對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，從而導致其有效及實際光化學量子產量下降。

3.3 酸雨和生物質炭的交互作用對麻櫟苗木生長的影響

本研究表明，酸雨會抑制麻櫟苗木樹高和基徑的增長，生物質炭則會促進樹高和基徑的增長，在二者交互作用時，“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”、“添加生物質炭體積分數(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，即添加生物質炭的促進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]。而添加生物質炭體積分數(shù)為30%對酸雨處理時麻櫟苗木生長的促進作用降低；原因是生物質炭本身含碳量高、孔隙多，會降低氮素的有效性[38]，生物質炭的吸附和固持作用[39]也會減緩對土壤養(yǎng)分的吸收[40]。

生物質炭與酸雨的交互作用對麻櫟苗木生理指標也有一定的影響。本研究表明，生物質炭會顯著提升麻櫟苗木葉綠素a質量分數(shù)、葉綠素b質量分數(shù)，而pH為3.5的中度酸度脅迫會降低麻櫟苗木葉綠素a質量分數(shù)、葉綠素b質量分數(shù)；在pH為3.5的中度酸度處理時添加生物質炭均會顯著提升麻櫟苗木葉綠素a質量分數(shù)、葉綠素b質量分數(shù)，此時生物質炭的促進作用大于酸雨的抑制作用。關于葉綠素熒光參數(shù)，本研究表明添加生物質炭體積分數(shù)為10%的處理，提高了麻櫟苗木的光化學淬滅系數(shù)、非光化學淬滅系數(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淬滅系數(shù)、非光化學淬滅系數(shù)；但“添加生物質炭體積分數(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淬滅系數(shù)、非光化學淬滅系數(shù)，說明添加生物質炭體積分數(shù)為10%對葉綠素熒光參數(shù)的促進作用，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，添加生物質炭會顯著降低麻櫟苗木葉片超氧化物歧化酶活性。這是因為該酸度適應于麻櫟苗木生長，添加生物質炭反而會抑制麻櫟苗木對氮、磷等元素的吸收，不利于抗氧化酶的合成，導致酶活性降低[41]。pH為3.5的中度酸雨脅迫時，添加生物質炭均會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；這是因為生物質炭與麻櫟苗木根系的直接接觸，抑制根系對養(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，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；這是因為該酸度不適合麻櫟的生長，少量的生物質炭還起不到改善作用，需要添加大量生物質炭緩解體內過多的活性氧自由基，降低酸雨脅迫對麻櫟的傷害。

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

4 結論

通過1 a的溫室試驗，分析了酸雨與生物質炭的交互作用對麻櫟苗木生長的影響。結果表明：生物質炭的添加對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；也會顯著影響麻櫟苗木的葉綠素a質量分數(shù)、葉綠素b質量分數(shù)、葉綠素a質量分數(shù)與葉綠素b質量分數(shù)的比值(wa∶wb)、最大光化學效率、非光化學淬滅系數(shù)。綜合所有處理，其中的“添加生物質炭體積分數(shù)為10%+pH為2.5的重度酸雨”、“添加生物質炭體積分數(shù)為20%+pH為3.5的中度酸雨”交互處理，對麻櫟苗木生長的促進作用顯著，該研究結果可為酸雨區(qū)森林經營管理提供技術參考。