生物炭添加对黄河三角洲湿地芦苇生长特征及土壤性质的影响

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黄河三角洲湿地是中国暖温带地区最年轻的新生河口湿地生态系统,在生物生产、生物多样性保护和土壤碳封存方面具有重要的作用。近年来持续的气候变化和人为活动导致盐渍化加重造成黄河三角洲芦苇湿地不同程度的退化。科学有效地提升黄河三角洲河口湿地芦苇的生长特征,对芦苇生产力提升具有重要意义。本论文通过野外原位实验和温室控制实验,采用芦苇生物炭,研究不同的生物炭添加方式(根际添加和表层添加)和生物炭肥(生物炭、生物炭-堆肥和生物炭-无机肥)对不同盐分水平下芦苇生长特征和土壤性质的影响,有助于深入理解生物炭的作用机制,并为实践应用提供基础支撑。主要结果如下:(1)生物炭根际添加显著增加了芦苇总生物量,增加率达到69.8%(2018年)和55.8%(2019年),其中细根生物量增加率为122.4%和38.9%。生物炭根际添加对芦苇生物量的促进效果在高盐分样地中更显著。此外,生物炭根际添加和表层添加显著降低了土壤电导率,在中高盐分样地中降低效果更显著。生物炭根际添加在2018年显著增加了芦苇株高、叶绿素和叶氮含量;显著增加了土壤碳含量;显著降低了土壤硝态氮含量。总体上,生物炭根际添加比表层添加对芦苇生长,尤其是细根生长的促进效果更显著。结构方程模型表明生物炭添加通过降低电导率提升细根生物量,进而提高芦苇总生物量。(2)生物炭和生物炭-堆肥添加都能显著增加芦苇地下生物量,根系总长度等构型特征,显著增加土壤有机碳含量,显著降低土壤铵态氮含量和电导率。与生物炭添加相比,生物炭-堆肥添加显著提高了芦苇总生物量和净光合速率。总体在盐环境中生物炭-堆肥混合添加比生物炭添加对芦苇生长特征的改善效果更显著。结构方程模型表明生物炭和生物炭-堆肥通过降低土壤电导率从而提高芦苇生物量;地下生物量增加促进了芦苇氮吸收,导致土壤铵态氮含量下降。(3)生物炭和生物炭-无机肥添加显著增加了芦苇总生物量,增加率分别为51.5%和94.1%。在台风干扰样地中生物炭-无机肥添加显著增加了芦苇细根生物量、根系表面积等构型特征,其中细根生物量增加率为156.7%,表明生物炭-无机肥添加有助于芦苇群落抵抗台风干扰。总体上,生物炭-无机肥添加比单独生物炭添加对芦苇生长的促进效果更显著。生物炭处理对细菌和真菌群落多样性无显著性影响。结构方程模型表明生物炭和生物炭-无机肥通过增加细根长度间接增加芦苇生物量。本研究揭示了不同的生物炭添加方式及生物炭肥对黄河三角洲河口湿地芦苇生长特征和土壤理化性状的影响,表明生物炭尤其是生物炭-无机肥能有效改善不同盐分水平下芦苇生长特征和土壤性质,为黄河三角洲河口湿地芦苇生产力提升提供支撑。
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