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土壤是陆地生态系统中的有机碳库，0~100 cm土层土壤的碳储量就占陆地植被碳库的2/3[1]。土壤有机碳既是碳源，也可作碳汇，其含量和动态变化影响着全球碳循环[2]。中国2/3的国土光照充沛，太阳能资源丰富；太阳能发电不产生任何排放和噪音，所以光伏产业被人们认为是清洁、安全和可靠的能源。然而在大型太阳能电站建造的起始阶段，移除原始植被、翻动土层、加入压实填料等施工行为均会损害土壤结构[3]，进而改变土壤的养分和水分动态循环及生化特征[4]，最终可能降低电站内土壤碳形成的速度[5]。所以，土壤有机碳也被看作衡量光伏电站土壤修复程度的主要指标之一。研究植被恢复中光伏电站土壤有机碳储量的变化过程对探究土壤质地及其恢复效果有重大意义。长期以来，植被恢复因其与全球气候变化、碳氮循环、土壤质量改善和促进区域经济发展相关而被广泛关注[6-7]。目前，有关植被修复影响有机碳含量的研究颇为丰富。研究表明：植被恢复可显著提高有机碳含量[8]，且到达一定恢复年限后有机碳含量会和恢复年限成正比[9-10]。还有研究指出：植被恢复类型极易影响土壤碳、氮和磷的储量变化[11]，但关于光伏电站植被恢复对土壤有机碳储量的影响研究较少。因此，研究光伏电站内植被恢复后能否产生与未受干扰的参考样地相似的土壤有机碳，分析土壤主要理化性质与土壤有机碳的相关性，进一步探究光伏电站内土壤质地和土壤肥力状况，为光伏电站内土壤修复措施提供科学依据。
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研究区域位于内蒙古自治区呼和浩特市土默特左旗沙尔沁乡的大有光能源光伏农林牧示范基地(40°36′N，110°47′E)。该区域属于温带大陆性季风气候，常年日照充足，气候干燥。年均蒸发量为1870.0 mm，年均降水量为399.0 mm。无霜期为187.0 d，灾害性天气常发生于春旱到春寒期间。该光伏电站于2012年投产使用。因开发为农林牧示范基地，该光伏电站在2013年开展了整地工作，并在电板间人工种植了樟子松Pinus sylvestris var. mongolica、苜蓿Medicago sativa和黄芪Astragalus membranaceus var. mongholicus等。光伏板阵列行间距为10 m，每年秋季为防火会修剪电板间的植被，并且在前檐下方设置2.5 m的防火隔离带。
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2019年6月中旬，在太阳能光伏电板间采集土壤样本，并进行实地调查(图1)。试验地中随机设置人工种植樟子松、黄芪和苜蓿的固定样地3块(30 m×10 m)以及未被扰动的天然草地(对照)，样地间距大于30 m，并确保样地地形、植被及土壤等立地条件基本一致。以“S”型取样法在每个样地内随机多点采样，人工挖土壤剖面，分别在0~20、20~40 cm深度取环刀土及混合土样(将每个样地取样点土样同层混合后采用“四分法”缩减)，用于测定土壤容重及室内化学分析，每个样地重复取3个平行样。将样品带回实验室，自然风干后剔除植物根系及砾石等杂物并过筛，同时测定粒径＞2 mm的石砾含量。由于几乎所有的土壤粒径均小于2 mm，所以本研究中石砾含量不计入碳储量分析部分。
图 1 试验样地布置示意图
Figure 1. Layout of test sample site and schematic diagram of sampling point experimental plots
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土壤含水量采用直接烘干法测定；土壤容重用环刀法测定；pH采用电极法测定(水土质量比2.5∶1.0)；电导率采用电导率仪测定(水土质量比2.5∶1.0)；土壤有机碳(SOC)质量分数采用重铬酸钾外加热法测定[12]。
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土壤有机碳储量计算公式如下[13]：RSOC =0.1ρSOCnBDnDn。其中：RSOC为第n层土壤有机碳储量(t·hm−2)；ρSOCn为第n层土壤有机碳质量分数(g·kg−1)；BDn为第n层土壤容重(g·cm−3)；Dn为第n层土壤厚度(cm)，0.1是单位转换系数。
不同修复模式土壤养分变异性被分作3级：变异系数(VC)≤0.1为弱变异；0.1＜VC≤1.0为中等变异；VC＞1.0为强度变异[14]。
用Excel 2007处理数据，制作图表。用SAS 9.2进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和双因素方差分析(two-way ANOVAs)，用Pearson法进行相关性分析。
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0~20 cm土层内有机碳质量分数从大到小表现为天然植被样地、樟子松地、黄芪地、苜蓿地，且四者差异显著(P＜0.05，表1)。同时，只有苜蓿样地土壤有机碳变异系数为中等变异(0.16)，其他3种植被类型均属于弱变异。随着土层深度的加深(20~40 cm)，各植被类型土壤有机碳质量分数均呈下降趋势，即表层土壤有机碳质量分数显著高于底土层。20~40 cm土壤中有机碳质量分数分布规律与0~20 cm土层一致，且4种植被类型间存在显著差异(P＜0.05)，其中樟子松和天然植被样地土壤有机碳变异系数为弱变异，黄芪和苜蓿样地为中等变异。
表 1 不同植被类型下不同土层土壤有机碳
Table 1. Soil organic carbon contents in different soil layers under different vegetation types
植被 不同土层有机碳/(g·kg−1) 变异系数 0~20 cm 20~40 cm 0~20 cm 20~40 cm 樟子松 7.93±0.38 Ab 4.70±0.37 Bb 0.05 0.08 黄芪 4.89±0.46 Ac 2.75±0.63 Bc 0.09 0.23 苜蓿 3.71±0.58 Ad 2.12±0.44 Bd 0.16 0.21 天然植被 9.72±0.34 Aa 6.76±0.30 Ba 0.03 0.04 说明：数据为平均值±标准差。不同大写字母表示相同植被不同土层间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同一土层不同植被间 差异显著(P＜0.05) -
在0~20 cm土层中，4种植被类型的土壤有机碳储量均有显著差异(P＜0.05，图2)。土壤有机碳储量从大到小顺序为天然植被地(30.62 t·hm−2)、樟子松地(23.77 t·hm−2)、黄芪地(15.11 t·hm−2)、苜蓿地(12.15 t·hm−2)。20~40 cm土层4种植被类型的碳储量与表土层的规律一致。天然植被样地有机碳储量(21.81 t·hm−2)显著高于其他3种样地(P＜0.05)，其中黄芪样地和苜蓿样地碳储量差异不显著。同时，在0~40 cm土层内，有机碳储量表现出随土壤深度加深而下降的趋势，表土层显著高于底土层(P＜0.05)。
图 2 不同植被类型土壤有机碳储量
Figure 2. Soil organic carbon storage under different vegetation types
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分析植被类型和土壤深度的交互作用发现(表2)：植被类型和土壤深度对土壤容重、土壤有机碳质量分数以及土壤碳储量有极显著的影响(P＜0.01)，植被类型对pH有极显著影响(P＜0.01)。两者之间的交互作用显著影响土壤有机碳质量分数(P＜0.05)。
表 2 植被类型、土壤深度、土壤理化性质和有机碳储量的双因素方差分析
Table 2. Two-way ANOVAs on the effects of vegetation types and soil depeth on soil phsico-chemical properties and organic carbon storage
因素 F 含水量 电导率 容重 pH 有机碳质量分数 有机碳储量 植被类型 0.81 0.54 11.20*** 6.94** 161.87*** 111.17*** 土壤深度 0.58 1.20 26.34*** 1.31 182.33*** 101.16*** 植被类型×土壤深度 0.39 1.63 0.80 1.84 3.53* 1.18 说明：*表示P＜0.05，**表示P＜0.01，***表示P＜0.001 不同植被类型土壤有机碳质量分数和储量与土壤理化性质的相关性见表3。可以看出：土壤有机碳质量分数与土壤pH呈极显著负相关(P＜0.01)，与容重呈显著负相关(P＜0.05)，与含水量和电导率均呈显著正相关(P＜0.05)。有机碳储量与pH也呈极显著负相关(P＜0.01)，还与电导率呈显著正相关(P＜0.05)。
表 3 土壤有机碳质量分数、有机碳储量与土壤主要理化性质的相关性
Table 3. Correlation between organic carbon storage and major soil physical and chemical properties
组分 容重 含水量 pH 电导率 有机碳质量分数 −0.37* 0.24* −0.57** 0.28* 有机碳储量 −0.22 0.19 −0.58** 0.25* 说明：* 表示P＜0.05，** 表示P＜0.01 -
本研究发现：樟子松、苜蓿和黄芪等3种人工植被土壤有机碳质量分数显著低于天然植被样地。这是由于天然植被样地并未受到建造电站时土方工程的影响，而光伏阵列建造过程中对表土以及原有植被进行了移除，破坏了土壤结构，会影响土壤有机碳质量分数。这与CHOI等[15]和LARNEY等[16]等的研究结果一致。说明研究区经过多年的植被恢复工作，养分循环尚未完全恢复到和原生土壤一致的水平。这3种人工植被样地在0~20和20~40 cm土层中有机碳质量分数从大到小均表现为樟子松地、黄芪地、苜蓿地。这可能是由于不同的植被类型会产生不同的凋落物，并且植物根系生物量及分布情况存在较大差异，均会造成土壤中有机碳质量分数的差异[17]。同时，植被类型与土壤pH呈极显著相关。张青青等[18]的研究中提到：不同植被类型土壤pH有所不同。本研究还发现：土壤有机碳质量分数与土壤容重、土壤含水量和土壤电导率呈显著相关。大量的研究也表明：土壤容重、土壤含水量和土壤电导率通过影响土壤通气性、植被根系生长、枯枝落叶的分解速率以及土壤营养元素吸收和转化，来影响有机碳的分解速率[19-21]。
垂直方向上，3种植被类型有机碳质量分数均随着土层的加深而显著降低，说明表层土壤有机碳质量分数富集现象较为明显。这与王玉婷等[22]和李若南等[23]的研究结论一致。一方面可能是人工建植促进了植被覆盖度和表层凋落物增多，增加外源有机质输入的同时，也促进了土壤中微生物的分解转化作用，帮助土壤积累有机碳[24]。另一方面，根系多盘踞在浅土层，分泌的碳水化合物、有机酸类等物质[17]以及植物死根会促进土壤固持有机碳。深层土壤中有机碳主要源于雨水淋溶和利用拥有较长根系的灌木或乔木等来固定碳[25]，这也是20~40 cm土层内樟子松样地有机碳质量分数显著高于黄芪和苜蓿样地的原因。本研究中，植被类型和土壤深度及其交互作用均对土壤有机碳质量分数有极显著的影响，表明植被类型和土壤深度是决定土壤有机碳分布的关键因素。
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本研究发现：天然植被的土壤有机碳储量最高。3种植被恢复模式下的土壤固碳能力远没有达到和原生土壤一致的水平，但是樟子松样地的土壤碳储量最高，说明乔木的碳汇能力远高于草地。韩鲁艳等[26]的研究也证明：乔木能产生远高于草地的凋落物归还量，提高土壤固碳能力。草地根系相对较浅，其生物量和凋落物归还量较少[27]。同时，樟子松作为一种常绿乔木，可以起到长期有效的遮阴作用，降低林下温度，减缓有机碳的矿化速率[28]。有研究显示：常绿树种较为发达的细根系统可以帮助其将更多光合产物固定到根部，达到有效固持土壤有机碳的效果[29]。
有机碳储量随土壤深度的加深而显著降低，这与多数研究结果一致[30-31]。另外，土壤通气状况也会影响深层土壤中有机碳分解能力[32]，深层土壤空隙水分含量较低，通气状况适中，有机碳更易被分解[33]，不利于深层土壤储存有机碳。整体上，植被类型和土壤深度均对有机碳储量有极显著的影响。GAO等[34]的研究表明：植被主要利用自身归还凋落物、根系分泌物以及土壤微生物分解能力来影响土壤碳含量和储量。许多研究[35-38]也证明了土壤深度是影响土壤碳含量和储量的主要因素之一。土壤有机碳质量分数和储量与土壤pH呈极显著负相关。原因是土壤中pH呈弱碱性时，会降低土壤微生物的活性[39]，从而降低有机质的分解速率，不利于土壤有机碳的储存。
本研究分析表明：该电站内，即使樟子松样地是3种植被恢复类型中有机碳质量分数和储量最高的，但仍然远低于原生土壤的天然植被样地，所以植被恢复作为一项持续任务，需要看更长久的结果。后期要加大对该区域的研究力度，提高光伏电站生态修复科技支撑水平，促进该区域生态可持续发展。
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研究区内的樟子松、黄芪和苜蓿样地有机碳质量分数和储量经过8 a的恢复，仍然低于天然植被样地。但在这3种植被类型中，樟子松样地的有机碳质量分数和储量要显著高于黄芪和苜蓿样地。有机碳质量分数和储量均随土层深度的加深而显著降低。植被类型和土壤深度及其交互作用显著影响土壤有机碳质量分数。此外，土壤pH和电导率也是影响土壤有机碳质量分数和储量的重要指标。
Distribution characteristics of soil organic carbon storage in photovoltaic power station under different vegetation restoration modes
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摘要:
目的 探究光伏电站环境内不同植被恢复措施下0~40 cm土壤有机碳质量分数和储量的变化特征，为干旱区光伏电站生态治理模式优化配置提供理论依据。 方法 在光伏电站内选取3种人工建植植被样地：樟子松 Pinus sylvestris var. mongolica、黄芪Astragalus membranaceus var. mongholicus、苜蓿Medicago sativa，以未受电站建设干扰的天然植被样地作为对照。 结果 重新建植植被后，樟子松、黄芪和苜蓿样地的土壤有机碳质量分数和储量仍然显著低于对照(P＜0.05)，但在这3种植被中，樟子松样地的土壤有机碳质量分数相对于另外2种样地显著增加了4.99和6.80 g·kg−1，而有机碳储量则显著提高了14.52和19.37 t·hm−2 (P＜0.05)。研究区土壤有机碳质量分数和储量整体上随土壤深度增加而显著降低(P＜0.05)。植被类型和土壤深度及其交互作用显著影响研究区的土壤有机碳质量分数。此外，土壤pH和电导率也是影响土壤有机碳质量分数和储量的重要指标。 结论 随着电站内环境治理工作的推进，相比于草本植被，光伏电站内可以通过人工种植樟子松来提高土壤固碳作用，并尽量减少后期的人为干扰。图2表3参39 Abstract:Objective This study aims to explore the change characteristics of soil organic carbon mass fraction and storage at 0−40 cm under different vegetation restoration measures in the environment of photovoltaic power station, so as to provide theoretical basis for the optimal allocation of ecological management mode of photovoltaic power station in arid area. Method Three artificial vegetation plots(Pinus sylvestris var. mongolica, Astragalus membranaceus var. mongholicus, Medicago sativa) in the photovoltaic power station were selected as the research objects, and the natural vegetation plots undisturbed by power station construction were used as the control. Result After replanting, the soil organic carbon mass fraction and storage of P. sylvestris var. mongolica, A. membranaceus var. mongholicus and M. sativa were still significantly lower than those of the control (P＜0.05). However, compared with the other two plots, the soil organic carbon mass fraction of P. sylvestris var. mongolica sample plot increased significantly by 4.99 and 6.80 g·kg−1, while the organic carbon storage increased significantly by 14.52 and 19.37 t·hm−2 (P＜0.05). The mass fraction and storage of soil organic carbon in the study area decreased significantly with the increase of soil depth (P＜0.05). Vegetation type, soil depth and their interaction significantly affected the organic carbon mass fraction in the study area. In addition, soil pH and electrical conductivity were also important indicators affecting the mass fraction and storage of organic carbon. Conclusion With the advancement of environmental governance in the power station, compared with herbages, P. sylvestris var. mongolicacan can be artificially planted in the photovoltaic power station to improve soil carbon sequestration and minimize human interference in the later stage, which is of great significance to improve regional ecological benefits. [Ch, 2 fig. 3 tab. 39 ref.] -
随着环境保护要求的不断提高，环保型木材防腐剂越来越受到重视，此类防腐剂多以高效低毒的有机农药为主成分，配合其他助剂制备成有机型或水基型防腐剂[1-2]。三唑类杀菌剂，如丙环唑、戊唑醇、环丙唑醇、氟环唑和苯醚甲环唑等，既可以单独使用，又可以与铜制剂复配[3-4]，是目前常用的木材防腐剂；这些三唑类杀菌剂杀菌谱不尽相同，作用机制也有所差异，应用较广泛的是丙环唑和戊唑醇[5-6]。常见的木材防霉剂有异噻唑啉酮类如卡松、1,2-苯并异噻唑-3-酮(BIT)、4,5-二氯-2-正辛基-3-异噻唑啉酮(DCOI)等，有机碘类如碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC)，三唑类等[7]，杀菌谱也不尽相同；常用的仓储水果防霉剂如溴菌腈和抑霉唑[8-9]，防霉活性较高，但较少应用于木材防霉。菊酯类杀虫剂是常见的防治白蚁的药剂，具有用量少、成本较低、废弃物易回收、环境相对友好等优点；高效氯氟氰菊酯在菊酯类杀虫剂中活性较高、稳定性较强、耐雨水冲刷性能较好。因含有大量羟基等亲水基团[10]，木材变色、发霉、腐朽、变形等问题频发，品质降低[11-13]，常用亚麻油、桐油、豆油、核桃油等含甘油三脂肪酸酯的植物油[14]和沥青、石蜡等含长链烷烃的矿物油用作木材防水；现代工业多将植物油与动植物蜡等复配成木蜡油[15]，用作木材的表面防水处理剂。如马红霞等[16]使用56号石蜡制备木材防水剂，当石蜡质量浓度为5%时，防水效率可达54%；由此可见，石蜡可作为良好的木材防水剂。液体石蜡是经原油分馏得到的无色无味的液态烃类混合物，室温下为液态，用作防水剂时可省去加热融化环节，节约了能源和时间。木材在使用过程中需要多重保护，如防腐、防霉、防虫和防水等，存在工序繁琐、成本高昂等问题，为满足木材不同生物危害防治需要，本研究拟制备一种同时具有防腐、防霉、防虫和防水多项功能的水基型有机木材保护复合制剂，通过室内抑菌圈法筛选不同杀菌剂的抑菌活性，从中挑选活性较好、杀菌谱互补的防腐成分与防霉成分进行复配，并筛选两者的最佳配比；将其与杀虫成分和防水成分复配，制备成可以兑水自动乳化的乳油制剂。制备的复合制剂稳定性好，兼具防水、防腐、防霉、防白蚁等性能，同时处理工序简单，可达到常规生物危害防治要求的目的，为木材保护提供参考。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 杀菌剂、杀虫剂和防水剂
杀菌剂包括氟环唑(FCZ)、戊唑醇(TEB)、丙环唑(PPZ)、苯醚甲环唑(DCZ)、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC)、溴菌腈(BMN)、抑霉唑(IMZ)。杀虫剂为高效氯氟氰菊酯(CLT)。防水剂为液体石蜡(化妆品级)。以上试剂购自上海麦克林生化科技有限公司。
1.1.2 测试菌种
木材腐朽菌有褐腐菌密粘褶菌Gloeophyllun trabeum、白腐菌彩绒革盖菌Coriolus versicolor。木材混合霉菌有黑曲霉Aspergillus sp.、木霉Trichoderma sp.、青霉Penicillium sp.。木材变色菌可可球二孢Botryodiplodia theobromae。所有菌株均为实验室保存的生物测试标准用菌株。
测试树种为辐射松Pinus radiata。
1.2 试验方法
预实验通过满细胞法确定辐射松边材吸液(水)量为750~850 kg·m−3；根据三唑类药剂防腐有效载药量(200.0~400.0 g·m−3)[17]，换算药剂质量浓度为150.0~300.0 mg·L−1，确定试验用药质量浓度为200.0 mg·L−1。
1.2.1 防腐、防霉成分及配比筛选
通过室内抑菌效果普筛挑选出效果较好且杀菌谱互补的杀菌剂作为防腐和防霉成分。将挑选出的防腐和防霉成分按照不同配比混合进行复配，再次测试室内抑菌效果，确定效果较好的复配比例作为药剂配伍。
1.2.2 室内抑菌圈测试
参照《中华人民共和国药典》的“抗生素微生物检定法”测试抑菌圈。将5种防腐剂(FCZ、TEB、PPZ、DCZ、IPBC)统一配制成质量分数为5.00%的乳油，分别加水稀释到200.0 mg·L−1；防霉剂IMZ配制为400.0 mg·L−1，BMN分别配制为400.0、600.0和800.0 mg·L−1。在各涂满真菌孢子液的马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基中，分别摆放4个装有0.3 mL待测药液的牛津杯。随着药液的扩散，培养基上的真菌菌丝会受到抑制形成抑菌圈，抑菌圈直径越大，说明药剂抑菌效果越好。
1.2.3 制剂性能测试
乳液稳定性测试。参照GB/T 1603—2001《农药乳液稳定性测定方法》，在100.0 mL室温标准硬水中慢慢加入不同体积样品，边加入边搅拌，加完后继续搅拌30 s；然后在30 ℃恒温水浴中静置1 h，观察不同稀释倍数下样品乳状液分离情况。无浮油、沉淀或沉油则视为乳液稳定性合格。
防水性能测试。将含液体石蜡质量分数为40.00%的复合制剂分别兑水，稀释液体石蜡质量分数为2.00%、4.00%、8.00%，满细胞法处理试块。辐射松边材尺寸为50 mm×20 mm×10 mm，每组8块试块，室温平衡21 d后称质量，然后蒸馏水浸泡30 min，取出试块，称质量，参照GB/T 1934.1—2009《木材吸水性测定方法》计算吸水率；测量弦向尺寸变化，参照GB/T 29901—2013《木材防水剂的防水效率测试方法》计算防水效率。
室内防腐性能测试。参照GB/T 13942.1—2009《木材耐久性能第1部分：天然耐腐性实验室试验方法》进行。将待测制剂分别兑水稀释5、10、20倍备用，辐射松边材尺寸为20 mm×20 mm×10 mm，每组6块试块，经真空−0.09 MPa处理10 min，常压浸渍10 min，参照标准测试防腐性能。试块质量损失率＜10%，属于Ⅰ级强耐腐；质量损失率为11%~24%，属于Ⅱ级耐腐；质量损失率为25%~44%，属于Ⅲ级稍耐腐；质量损失率＞45%，属于Ⅳ级不耐腐。
室内防霉性能测试。参照GB/T 18261—2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》进行。将待测制剂分别兑水稀释5、10、20倍，辐射松边材尺寸为50 mm×20 mm×10 mm，每组8块试块，参照标准方法处理试块，测试防霉性能。试块表面无菌丝、霉点时，定义侵染值为0；试块表面感染面积＜1/4，定义为1；试块表面感染面积1/4~1/2，定义为2；试块表面感染面积1/2~3/4，定义为3；试块表面感染面积＞3/4，定义为4。
室内防白蚁测试。参照GB/T 18260—2015《木材防腐剂对白蚁毒效实验室试验方法》进行。将待测制剂分别兑水稀释5、10、20倍，辐射松边材尺寸为20 mm×20 mm×10 mm，每组5块试块，参照标准方法处理试块，测试室内防白蚁性能。试块蚁蛀程度为完好无损，定义试样完好等级为10；微痕蛀蚀，定义为9.5；轻微蛀蚀，截面面积＜3%的蛀蚀，定义为9；中等蛀蚀，截面面积3%~10%的蛀蚀，定义为8；中等蛀蚀，截面面积10%~30%的蛀蚀，定义为7；严重蛀蚀，截面面积30%~50%的蛀蚀，定义为6；非常严重蛀蚀，截面面积50%~75%的蛀蚀，定义为4；试块几乎完全被蛀毁，定义完好等级为0。
2. 结果与分析
2.1 有效成分筛选
从表1可以看出：5种防腐剂(FCZ、TEB、PPZ、DCZ和 IPBC)对木材腐朽菌(彩绒革盖菌和密粘褶菌)均具有较好的抑制效果，但FCZ、TEB和PPZ对变色菌(可可球二孢)和混合霉菌几乎没有抑制作用，只有DCZ对可可球二孢有抑制效果，因此优选DCZ作为防腐成分。IPBC和IMZ对所测试菌种均有较好的抑制效果，BMN和IMZ虽然对混合霉菌和变色菌有抑制作用，但抑菌圈均小于IPBC。因此，优先IPBC作为防霉成分。
表 1 各杀菌剂的室内抑菌效果Table 1 Result of inhibition zones test by bactericide杀菌剂 质量浓度/
(mg·L−1)抑菌圈大小/mm 彩绒革
盖菌密粘
褶菌可可球
二孢混合
霉菌FCZ 200.0 ＞45.0 ＞45.0 0 0 TEB 200.0 ＞45.0 ＞45.0 0 0 PPZ 200.0 ＞45.0 ＞45.0 0 0 DCZ 200.0 ＞45.0 ＞45.0 11.4 0 IPBC 200.0 ＞45.0 ＞45.0 34.6 21.9 BMN 800.0 37.2 35.4 12.8 10.6 600.0 38.1 29.0 9.0 9.4 400.0 26.8 31.8 8.3 7.1 IMZ 400.0 39.2 41.6 26.9 12.7 将DCZ和IPBC按质量比1∶1、1∶3、3∶1的比例配制混合药剂，测试DCZ+IPBC复配药剂对腐朽菌和霉菌的抑制效果；将其他3种三唑类防腐药剂(FCZ、TEB和PPZ)与IPBC按照质量比1∶1配制复配药剂，作为对照测试抑菌效果。由表2可以看出：DCZ+IPBC复配药剂对木材腐朽菌、变色菌和混合霉菌的抑制效果较好，其中按照1∶1比例复配的药剂效果最高。相其他三唑类与IPBC的复配药剂，抑菌效果亦有所提高。由此确认防腐/防霉复配药剂，DCZ和IPBC按照1∶1进行配制。
表 2 不同三唑类药剂与IPBC复配的抑菌效果Table 2 Result of inhibition zones test by compounded of different preservatives组分 质量浓度/
(mg·L−1)抑菌圈大小/mm 彩绒革
盖菌密粘
褶菌可可球
二孢混合
霉菌DCZ 200.0 ＞45.0 ＞45.0 11.4 0 DCZ+IPBC 150.0+50.0 ＞45.0 ＞45.0 22.4 15.1 DCZ+IPBC 100.0+100.0 ＞45.0 ＞45.0 31.0 23.6 DCZ+IPBC 50.0+150.0 ＞45.0 ＞45.0 29.1 23.7 IPBC 200.0 ＞45.0 ＞45.0 30.6 21.9 FCZ+IPBC 100.0+100.0 ＞45.0 ＞45.0 25.7 21.8 PPZ+IPBC 100.0+100.0 ＞45.0 ＞45.0 25.8 22.5 TEB+IPBC 100.0+100.0 ＞45.0 ＞45.0 24.0 21.0 为探索CLT对白蚁的防治效果，设计含梯度载药量的辐射松边材室内抗白蚁效果测试，拟定辐射松边材载药量分别为5.0、10.0、15.0、20.0、30.0 g·m−3。由表3可知：试块中CLT载药量达10.9 g·m−3以上时，白蚁蛀蚀完好值＞8.0，质量损失率＜11%，而未添加药剂处理的对照木材，完好值仅4.6，质量损失率＞40%。因此，设计的复合制剂中防虫成分的目标载药量为7.5~30.0 g·m−3。
表 3 不同CLT载药量木材的白蚁蛀蚀结果Table 3 Result of lab anti-termite test of cyhalothrin载药量/
(g·m−3)白蚁蛀蚀
完好值质量损
失率/%载药量/
(g·m−3)白蚁蛀蚀
完好值质量损
失率/%− 4.6 42.9±14.6 15.5 8.0 10.5±1.4 5.3 8.0 11.3±0.7 21.8 9.1 5.2±1.4 10.9 8.6 5.9±1.5 32.1 8.4 5.1±1.9 说明：−表示未添加药剂 综上，本研究设计制备了含苯醚甲环唑、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、高效氯氟氰菊酯、液体石蜡等多种有效成分的木材保护复合制剂，通过调试乳化剂和助溶剂的用量和配比，最终配制出稳定、均相、透明、入水可自乳化的乳油制剂。制剂制备时按比例称取原药和乳化剂，加入助溶剂，充分溶解混匀后加入液体石蜡，搅拌均匀即可。测试使用的制剂为乳油，组成成分质量分数为0.20%苯醚甲环唑、0.20%碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、0.02%高效氯氟氰菊酯和40.00%液体石蜡。
2.2 制剂性能测试
2.2.1 乳液稳定性测试
制剂兑水稀释250倍，制剂呈乳白色，初入水时呈乳白色团雾状，可自动扩散，摇匀后呈均匀的乳状液，静置1 h未见分层、析油和沉淀，稳定性可保持3~4 h；过夜后破乳，药液表面有大量浮油，颠倒摇匀后可恢复乳液状，不影响正常使用。
2.2.2 防水性能测试
参照标准方法用该制剂处理辐射松边材，经水浸泡30 min后测试试块的吸水率和防水效率。由表4可知：未添加药剂处理的木材，吸水率为54.7%；随着制剂中石蜡质量分数升高，木材试块中石蜡含量相应增加，试块吸水率依次降低，从43.5%下降到26.6%，木材防水效率则随之增强，从44.4%提升到了77.8%。
表 4 防水剂处理后试块的防水性能Table 4 Efficiency of waterproof稀释
倍数制剂中液体石
蜡质量分数/%试块中液体石
蜡含量/(kg·m−3)吸水
率/%防水效
率/%5 8 49.1 26.6±7.4 77.8±19.1 10 4 19.4 35.0±17.3 68.9±22.1 20 2 10.5 43.5±15.1 44.4±20.6 − 0 0 54.7±5.8 0 说明：−表示未添加药剂 2.2.3 室内耐腐性能测试
由表5可知：未处理木材受白腐菌侵染后质量损失率达75.7%，受褐腐菌侵染质量损失率为19.4%，而所有处理试块质量损失率均低于6%，达到强耐腐。制剂稀释20倍后处理试块，试块中DCZ和IPBC载药量超过71.1 g·m−3，试块质量损失率可达1%，达到Ⅰ级强耐腐。值得注意的是，稀释20倍的药液处理后，试块质量损失率低于稀释5倍的药液，原因是高质量浓度制剂处理后，试块内含有大量的液体石蜡，在长达3个月的试验期内，液体石蜡自动扩散到培养基，试块质量损失增加。但取样现场也发现：高质量浓度制剂处理的试块无腐朽菌菌丝附着生长，说明添加防水剂实际进一步提升了制剂的防腐性能。
表 5 制剂处理后试块的室内耐腐性能Table 5 Result of lab sand block test on sapwood P. radiate稀释
倍数彩绒革盖菌 密粘褶菌 试块DCZ+IPBC
载药量/(g·m−3)质量损
失率/%试块DCZ+IPBC
载药量/(g·m−3)质量损
失率/%5 311.2+311.2 5.5±0.6 320.6+320.6 3.6±0.3 10 150.9+150.9 2.7±0.2 139.0+139.0 3.4±0.4 20 71.2+71.2 0.6±0.1 71.1+71.1 1.0±0.2 − 0 75.7±4.3 0 19.4±2.1 说明：−表示未添加药剂 2.2.4 室内防霉性能测试
参照标准方法用该制剂处理辐射松边材，测试室内防霉效果。由表6可知：未处理木材的霉菌和变色菌侵染值为4，该制剂稀释5倍时，试块表面的DCZ和IPBC含量均达0.165 g·m−2，处理试块变色菌和混合霉菌侵染值均为0，防治效果优良。在实际使用中可根据木材树种的天然耐腐性及所处环境适当增减制剂的用量，以达到理想的防霉效果。
表 6 室内防霉测试结果Table 6 Result of lab mildew proof test稀释
倍数可可球二孢 混合霉菌 DCZ+IPBC载药
量/(g·m−2)侵染值 DCZ+IPBC载药
量/(g·m−2)侵染值 5 0.165+0.165 0 0.202+0.202 0 10 0.106+0.106 1.5 0.148+0.148 0.5 20 0.045+0.045 4.0 0.048+0.048 3.3 − 0 4.0 0 4.0 说明：−表示未添加药剂 2.2.5 室内抗白蚁测试
由表7可知：不同稀释倍数的制剂处理后，试块质量损失率均＜3%，而未添加抗虫剂的对照试块，质量损失率为42.9%；制剂稀释5倍时，试块载药量达29.1 g·m−3，试块白蚁蛀蚀完好值为9.6；稀释20倍时，试块载药量为7.6 g·m−3， 试块白蚁蛀蚀完好值为8.9，而未处理木材的白蚁蛀蚀后完好值仅为4.7，质量损失率达42.9%，显示该制剂的防治白蚁效果优良。结合表3可知：相比单用高效氯氟氰菊酯时，复合制剂处理材在同等载药量下对白蚁的防治效果要好得多；当高效氯氟氰菊酯质量浓度为15.0、30.0 g·m−3时，该复合制剂防治白蚁的效果远远优于单剂，由此可知其他组分的加入起到了增效作用。
表 7 室内抗白蚁测试结果Table 7 Result of lab anti-termite test稀释
倍数木材中高效氯氟氰菊酯
载药量/(g·m−3)质量损
失率/%白蚁蛀蚀
完好值5 29.1 2.8±0.5 9.6 10 14.7 2.6±0.3 9.2 20 7.6 2.5±0.7 8.9 − 0 42.9±14.6 4.7 说明：−表示未添加药剂 3. 讨论
针对不同的木材败坏防治需求，本研究制备了一种具有防腐、防霉、防虫、防水多功能的复合制剂，类型为乳油，有效成分为苯醚甲环唑、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、高效氯氟氰菊酯和液体石蜡。
该制剂兑水稀释后呈乳液状，稳定性可保持3~4 h，符合GB/T 1603—2001 《农药乳液稳定性测定方法》的规定。石蜡作为常见的防水剂被广泛应用，多数所使用的时熔点较高的固体石蜡[18]，而该制剂以液体石蜡为防水组分，优点是室温下即为液体，无需加热融化，缺点是液体石蜡密度较小，相较常规药剂，兑水稀释后稳定性差，药液兑水约 4 h 后就会分层破乳；不过，稍微搅拌即可恢复乳状，基本不影响正常使用。该制剂防水性能较好，然而应注意的是防水剂含量很大，大剂量液体石蜡的使用，存在一定的消防隐患，后期应配合表面阻燃处理。石蜡基防水剂的主要防水机制是通过石蜡的疏水作用[19]，石蜡的使用同时增强了木材的尺寸稳定性[20]，石蜡分子量较大，不易进入木材内部，因此需要将其乳化成细小的乳状液，然而，乳化剂的过量使用可能会有石蜡的疏水性降低的风险，需要在以后的开发中引起重视。结合室内耐腐试验菌丝生长状况可以发现：防水剂液体石蜡的加入，可以明显增加药剂的防腐性能，而木材中石蜡的含量很高，当木材与环境中土壤或者水体接触时，石蜡会从木材中自由扩散到环境中，可能会增加药剂流失的风险。
室内防霉测试结果来看，将制剂稀释 5 倍使用，即辐射松试块苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯载药量均为 0.165 g·m −2 时，混合霉菌的生长才能被完全抑制，这与李晓文等[21]的IPBC防霉效果结论一致。室内防霉测试所选的温湿度条件适合霉菌生长，且霉菌的孢子液人为接种，因此，通常可以通过室内防霉测试的药剂，在实际生产中的防霉效果也会很好。
室内防白蚁测试结果可知：制剂稀释 20 倍后，试块受白蚁蛀蚀程度仍较低，质量损失率较小，防蚁性能优异。同时，比较单独使用高效氯氟氰菊酯和添加防水剂后的防白蚁效果可以看出：防水剂的添加明显增加了药剂的防白蚁效果。分析原因可能是石蜡是一种化石能源，白蚁不喜食。
4. 结论
为满足木材不同生物危害防治需要，本研究制备出一种含石蜡水基型有机多功能木材防腐剂，可以一次处理基本满足木材常规保护的要求。该木材保护复合制剂同时具有防腐、防霉、防虫、防水多功能，剂型为乳油，质量分数分别为0.20%的苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、0.02%的高效氯氟氰菊酯和40.00%的液体石蜡。
当环境中生物危害较轻时，可将该复合制剂稀释20倍使用，当生物危害较重时，可将复合制剂稀释5倍甚至直接使用。将制剂稀释5到10倍处理木材，即木材中液体石蜡为25.0~50.0 kg·m−3，苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯为150.0~300.0 g·m−3，高效氯氟氰菊酯载药量为15.0~30.0 g·m−3，可满足多大多数生物危害的防治需求。
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图 1 试验样地布置示意图
Figure 1 Layout of test sample site and schematic diagram of sampling point experimental plots
图 2 不同植被类型土壤有机碳储量
Figure 2 Soil organic carbon storage under different vegetation types
表 1 不同植被类型下不同土层土壤有机碳
Table 1. Soil organic carbon contents in different soil layers under different vegetation types
植被 不同土层有机碳/(g·kg−1) 变异系数 0~20 cm 20~40 cm 0~20 cm 20~40 cm 樟子松 7.93±0.38 Ab 4.70±0.37 Bb 0.05 0.08 黄芪 4.89±0.46 Ac 2.75±0.63 Bc 0.09 0.23 苜蓿 3.71±0.58 Ad 2.12±0.44 Bd 0.16 0.21 天然植被 9.72±0.34 Aa 6.76±0.30 Ba 0.03 0.04 说明：数据为平均值±标准差。不同大写字母表示相同植被不同土层间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同一土层不同植被间 差异显著(P＜0.05) 
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表 2 植被类型、土壤深度、土壤理化性质和有机碳储量的双因素方差分析
Table 2. Two-way ANOVAs on the effects of vegetation types and soil depeth on soil phsico-chemical properties and organic carbon storage
因素 F 含水量 电导率 容重 pH 有机碳质量分数 有机碳储量 植被类型 0.81 0.54 11.20*** 6.94** 161.87*** 111.17*** 土壤深度 0.58 1.20 26.34*** 1.31 182.33*** 101.16*** 植被类型×土壤深度 0.39 1.63 0.80 1.84 3.53* 1.18 说明：*表示P＜0.05，**表示P＜0.01，***表示P＜0.001
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表 3 土壤有机碳质量分数、有机碳储量与土壤主要理化性质的相关性
Table 3. Correlation between organic carbon storage and major soil physical and chemical properties
组分 容重 含水量 pH 电导率 有机碳质量分数 −0.37* 0.24* −0.57** 0.28* 有机碳储量 −0.22 0.19 −0.58** 0.25* 说明：* 表示P＜0.05，** 表示P＜0.01
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