香榧产量和品质对模拟氮沉降和施加生物炭的响应及其机理

Torreya grandis cv.merrillii is a precious and multipurpose tree species with the best cultivation benefits in economic forest in mountainous region. The yield and quality of T.merrillii tend to decline due to nitrogen (N) deposition and fertilizer application. Biochar addition may improve the nutrient utilization, promote plant growth, and increase soil carbon storage, which plays an important role in mitigating climate change and thus receives increasing attention. In this project, we intend to investigate the change of yield and quality of T.merrillii under different level of N deposition and biochar addition. The dynamics of photosynthesis, Chlorophyll Fluorescence, chlorophyll content, free amino acid, soluble protein, and protective enzyme activity of T.merrillii leaf, and physicochemical property, nutrient status, microorganism and enzyme activity of soil will be observed to reveal the underlying process mechanism of N deposition and biochar addition effects on yield and quality of T.merrillii. This study will contribute to the comprehensive understand on ecological benefits of N deposition and biochar addition and provide a new perspective and reference to promote the sound development of economic forest industry in China.

香榧是我国珍贵多用途经济干果树种和栽培效益最高的山地经济林树种，在当前氮沉降和经营性施肥的双重作用下，其产量和品质明显下降，是当前香榧产业发展面临的一大难题。施加生物炭在改良土壤、提高土壤pH值、提高养分利用效率、增强植物生产力方面具有独特作用，已被越来越多地运用到修复土壤、提高作物产量等方面，日益受到关注。本项目拟研究氮沉降对香榧产量和品质的影响，以及施加生物炭对氮沉降效应的缓解作用，并从光合作用、叶绿素荧光、叶片叶绿素含量、游离氨基酸和可溶性蛋白质含量、保护酶活性、叶片和根系的化学计量特征等生理因素和土壤理化性质、养分状况、土壤微生物和土壤酶的变化等土壤因素角度揭示氮沉降、生物炭及其两者复合作用于香榧产量和品质的内在机理。研究结果不仅可以为全球环境变化背景下提高香榧产量和品质提供科学依据和指导，同时也可为全面认识氮沉降和生物炭的生态效应、促进我国经济林产业的健康发展提供新的视角和参考。

香榧是我国东南地区珍贵多用途经济干果树种和栽培效益高的经济林树种，而该地区也是我国氮沉降最严重的地区之一。施加生物炭在改良土壤、提高土壤pH值、提高养分利用效率、增强植物生产力方面具有独特作用，已被越来越多地运用到修复土壤、提高作物产量等方面，日益受到关注。研究发现：与对照相比，单独氮沉降和施加生物炭对香榧果实的果重、仁重、果长和果宽等表型性状和油脂、蛋白质、淀粉和可溶性糖等营养组分的含量均有显著的促进作用。氮沉降显著提高了叶片的氮含量和氮磷比、显著增加了土壤纤维素酶、硝酸还原酶的活性和土壤呼吸速率，显著降低了土壤脲酶活性和土壤微生物量。施加生物炭显著提高了叶片的氮含量和磷含量，显著抑制了土壤纤维素酶、蔗糖酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性，但对叶片氮磷比和土壤呼吸速率无显著影响。单独氮沉降和施加生物炭处理下的土壤细菌群落组成与对照存在显著差异。与单独的氮沉降处理相比，施加生物炭和氮沉降的复合作用显著提高了香榧果实的油脂、蛋白质、淀粉和可溶性糖含量，显著降低了叶片的氮磷比，但对土壤呼吸速率无显著影响。在氮沉降处理下，施加生物炭可以减缓氮沉降对土壤细菌群落组成和酶活性的影响，这种缓解效应与土壤理化性质的改变有关。此外，与对照相比，氮沉降对土壤有效氮和有效磷有显著的影响，施加生物炭显著增加了土壤pH、有机碳、有效氮和有效磷含量。氮沉降和施加生物炭的复合作用显著增加了土壤有效氮和有效磷含量。这些结果揭示了氮沉降和施加生物炭对香榧果实产量和品质的影响及其相关机理，并表明生物炭添加可以作为日益严重的氮沉降趋势下经济林可持续经营的有效方式之一。