通过向糖 bush（一种植物）中添加非工业木材灰分来恢复土壤和树木的营养

《Restoration Ecology》：Restoring soil and tree nutrition through non-industrial wood ash additions to sugarbushes

糖枫林地的土壤和叶片在4和8 Mg/ha非工业木灰（NIWA）单次应用后，土壤pH和Ca、Mg、K浓度显著升高，尤其在有机层（1年内）和矿物层（2年内）。叶片中K和Mg浓度增加，但Ca和N的DRIS指数显示潜在缺乏，需补充N。NIWA可缓解酸化土壤问题并减少垃圾填埋，建议 moderate剂量（4 Mg/ha）应用并配套N添加，政策需调整NIWA分类限制。

　　在东部北美地区，由于长期的酸性沉积作用，森林土壤中的养分流失已经对树木生长造成了严重影响，并且导致了土壤中关键养分的枯竭。这类问题在温带森林中尤为突出，特别是在那些因酸性沉积而失去大量钙（Ca）的地区。树木的健康状况与土壤中的养分含量密切相关，而钙的流失被认为与树木的衰退密切相关。虽然近年来酸性沉积的强度有所减弱，但土壤养分的恢复过程预计将需要数百年的时间。因此，寻找有效的土壤修复策略显得尤为重要，尤其是针对那些曾经受到酸性沉积影响的森林土壤。

非工业木灰（NIWA）作为一种富含大量养分的材料，可能成为恢复土壤养分的一种有效手段。木灰主要来源于木材和木制品的燃烧，其化学成分中含有大量的碱性物质，如钙、镁和钾的氧化物、氢氧化物和碳酸盐。这些物质能够有效中和土壤酸性，提升土壤的碱饱和度，同时刺激土壤微生物的活性，促进难分解有机质的分解，从而提高氮（N）的可利用性。此外，木灰中的某些金属成分可能在土壤中具有一定的固定作用，减少其对植物的潜在毒性。然而，木灰中也含有一定量的可能对植物有害的重金属，如铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）、镉（Cd）和锌（Zn），这些金属在土壤中的移动性可能受到土壤pH值的影响，从而影响其在植物体内的吸收。

尽管工业木灰（IWA）在欧洲已有多年作为土壤改良剂的使用经验，但在北美地区，尤其是加拿大，非工业木灰的使用仍受到限制。这种限制主要源于对木灰中重金属浓度的担忧，尽管在大多数情况下，这些浓度都低于规定的上限。此外，由于非工业木灰通常被视为危险废弃物，因此大部分木灰被运送到垃圾填埋场处理，这不仅增加了环境负担，也浪费了其作为土壤改良剂的潜力。

本研究旨在评估两种不同剂量（4?Mg/ha和8?Mg/ha）的非工业木灰在三个糖枫林地的短期（两年）应用效果，以评估其对土壤和糖枫叶片的影响。研究区域位于加拿大安大略省穆斯科卡地区，这里的土壤主要为弱发育的棕壤和灰化土，具有较高的酸性，且由于酸性沉积，钙等关键养分的流失严重。研究还关注了木灰对土壤pH值、有机质含量以及主要养分和金属元素的影响，以及这些变化对糖枫叶片中养分浓度的影响。

在木灰施用后的一年内，土壤pH值和钙含量显著提升，并且在第二年仍然保持较高的水平。这表明木灰对土壤pH的调节作用是持续的，且能够有效恢复土壤中的钙含量。然而，钾和镁的浓度变化则更为复杂，它们的提升程度在不同元素、不同地点以及不同时间有所差异。土壤中的金属元素在施用后第一年显著增加，但在第二年逐渐减少，而这种变化在有机层和纤维-腐殖层中尤为明显。这说明虽然木灰中含有一些可能对植物有害的金属，但这些金属的移动性较低，尤其是在较高的土壤pH条件下，其在土壤中的固定作用更为明显。

对于糖枫叶片的分析显示，钙、镁和钾的浓度在施用后有所增加，尤其是钙的浓度在第二年表现更为显著。然而，氮的浓度却表现出明显的不足，尤其是在高剂量木灰处理的林地。这可能是因为木灰本身不含氮，而其应用过程中可能会导致其他养分的增加，从而间接影响氮的吸收和利用。通过诊断与建议综合系统（DRIS）的分析发现，钙和氮的缺乏问题在施用后的第二年尤为明显，表明即使在木灰施用后，某些关键养分的恢复仍需较长时间。

研究结果还表明，尽管木灰能够有效提升土壤的碱性，改善土壤的养分状况，但其对植物的营养影响是多方面的。例如，钾的浓度在施用后显著提升，而镁和磷的浓度也有所改善。然而，这些养分的变化可能对植物的营养平衡产生影响，尤其是在缺乏氮的情况下，可能导致钙和氮的双重缺乏。因此，未来的研究可以关注于在木灰施用过程中补充氮元素，以防止养分失衡，并促进树木的恢复。

此外，本研究还强调了木灰作为土壤改良剂的潜在价值，特别是在那些长期受到酸性沉积影响的森林土壤中。通过将木灰作为土壤改良剂，不仅可以有效恢复土壤中的关键养分，还能减少大量废弃物进入垃圾填埋场，从而降低环境负担。这符合循环经济的理念，鼓励社区参与资源的回收和再利用。

综上所述，本研究展示了非工业木灰在恢复酸性沉积导致的土壤养分流失方面的潜力，同时也指出了其在应用过程中可能带来的挑战，如重金属的潜在风险和养分失衡问题。通过合理的应用剂量和配合其他养分的补充，可以最大限度地发挥木灰的土壤改良作用，同时降低其对环境和植物的负面影响。这些发现不仅对森林管理具有重要意义，也为相关政策的制定提供了科学依据。