Microcrystalline structure evolution and pore structure formation of liquefied Chinese fir carbon fibers during different carbonization-activation processes
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摘要:目的 为进一步揭示木材液化物活性碳纤维（ALWCFs）孔结构形成机制，探讨了不同炭化–活化过程杉木液化物碳纤维（LWCFs）微晶结构演变及孔结构形成路径。方法 通过控制炭化温度（500 ~ 900 ℃）获得具有不同微晶结构的LWCFs，在800 ℃进行水蒸气活化，采用元素分析仪、X射线衍射仪和氮气吸附仪分别考察了不同炭化–活化过程中LWCFs的元素组成、微晶结构和孔结构的变化。结果 随着炭化温度的升高，LWCFs中碳元素质量分数逐渐升高，氢、氧元素质量分数减少，ALWCFs碳元素质量分数逐渐增加，氢、氧元素质量分数逐渐减少。炭化温度的升高使LWCFs乱层石墨微晶轴向尺寸逐渐增大，结构更加致密，900 ℃时横向微晶发生了生长。在活化过程中，高的炭化温度显著促进了水蒸气对轴向微晶的侵蚀，且随着活化时间的延长，侵蚀程度加重。活化20 min时，微晶横向尺寸显著增大，900 ℃炭化样品增长最为明显，进一步延长活化时间横向微晶结构无显著变化。孔结构数据表明：炭化温度的升高提高了ALWCFs的比表面积和总孔容，对微孔结构的形成有明显促进作用，且活化时间越长，微孔结构增加越显著。低的炭化温度有利于活化初期中孔结构的形成，而900 ℃炭化样品初期中孔结构较少，但随着活化时间延长，微孔结构的逐步扩大导致了中孔结构明显增多。结论 水蒸气对乱层石墨轴向微晶内部的侵蚀是形成ALWCFs微孔结构的主要途径，中孔结构在活化初期主要来源于水蒸气对晶体缺陷或初始孔隙处的活化作用，活化后期主要来自于初期微孔的逐步扩大。Abstract:Objective To further reveal the pore structure formation mechanism of liquefied wood activated carbon fibers (ALWCFs), the microcrystalline structure evolution and pore structure formation of liquefied Chinese fir carbon fiber (LWCFs) during different carbonization-activation processes were investigated.Method By controlling carbonization temperature (500−900 ℃), LWCFs with different microcrystalline structures were obtained and activated by water vapor at 800 ℃. The changes of elemental composition, microcrystalline structure and pore structure of LWCFs during different carbonization-activation processes were investigated by elemental analyzer, X-ray diffractometer and nitrogen adsorption analyzer.Result With the increase of carbonization temperature, the mass fraction of carbon increased gradually, and the mass fractions of hydrogen and oxygen decreased for LWCFs, while for ALWCFs the mass fraction of carbon increased gradually, and the mass fractions of hydrogen and oxygen decreased gradually. With the increase of carbonization temperature, the axial size of turbostratic graphite-like microcrystals from LWCFs gradually increased and the structure became more densely. Furthermore, the transverse microcrystals began to grow at 900 ℃. During the activation process, the high carbonization temperature significantly promoted the erosion of axial microcrystals by water vapor, which became more seriously with increasing activation time. When activated for 20 min, the transverse size of the microcrystals increased significantly, and grew most obviously when carbonized at 900 ℃, while it did not change significantly with further activation. The pore structure data showed that the specific surface area and total pore volume of ALWCFs were enhanced with the increase of carbonization temperature, and the micropore structure significantly increased with the increase of activation time. For mesoporous structure, low carbonization temperature was beneficial to the formation of mesoporous structure in the initial activation stage. When carbonized at 900 ℃, less mesoporous structure was formed in the initial activation stage, but the mesoporous structure significantly increased with the increase of activation time, due to the gradual expansion of microporous structure.Conclusion The erosion of the interior of the turbostratic graphitic-like axial microcrystals by water vapor is the main way to form the microporous structure for ALWCFs, while the mesoporous structure is mainly derived from the activation of water vapor on the crystal defect or the original crack in the initial activation stage, and from the expansion of the initial micropores in the later activation stage.
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Keywords:
- activated carbon fiber /
- liquefied wood /
- microcrystalline structure /
- pore structure
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土壤微生物作为森林生态系统中最活跃生命组分之一，是地球化学循环的关键环节，在有机质分解、养分元素循环和土壤肥力维持等方面有着重要的作用[1-4]。因此，土壤微生物被认为是评价土壤质量和指示生产力的重要指标。土壤微生物群落对土壤微环境因子变化十分敏感，往往能对土壤水热条件和养分元素浓度等因素的改变迅速做出反应，从而引起微生物群落结构的变化[5-8]。在森林生态系统中，地上植被多样性的变化被认为是影响土壤微生物群落结构的重要因素之一[9-12]，不仅可通过改变地上植物生物量、凋落叶和细根数量、组成和分解速率等来直接影响土壤微生物群落[13-15]，还可通过影响土壤水热条件、养分元素含量和林下微气候等因子间接影响微生物群落结构[16-18]。关于环境因子对人工林土壤微生物群落调控机制的研究受到越来越多生态学家的关注。
华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）是中国北方造林的重要树种之一，在木材生产、水土保持和固碳释氧等方面发挥重要作用[19]。然而，由于不合理经营管理措施引起了诸如土壤肥力退化、人工林养分循环效率低下、林下植物多样性较差等一系列生态问题[20-22]。虽然近年来针对华北落叶松人工林展开了一系列的研究，但多数研究主要集中在土壤肥力、人工林生产力和林地生物多样性等方面[23-25]，关于土壤微生物群落结构对林龄梯度变化的响应机制及关键影响因子的研究相对较少。因此，本文以太岳山不同林龄华北落叶松人工林为研究对象，通过磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acids，PLFA）法分析其土壤微生物群落结构变化特征，探讨林下植被和土壤理化性质对土壤微生物群落驱动机制，以期进一步了解太岳山不同林龄华北落叶松林土壤微生物群落结构特征和生态功能，为该地区林地资源的可持续经营提供科学的理论依据和实践指导。
1. 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
本研究位于山西省长治市沁源县好地方林场（36°40′N、112°05′E），该地区年平均气温约为6.1 ℃，最高温在夏季7月份，约为15 ℃，最低温在12月末至1月初，约为−11 ℃。年降雨量为700 mm左右，雨季约从当年5月持续至9月，但降水期多集中于6—8月份。全年无霜期仅有125 d左右，其生长季从4月末5月初持续至10月中上旬。该地区森林类型主要涵盖针叶林、针阔混交林和阔叶林，其中针叶林是该地区森林的主要类型。本项研究选取的华北落叶松人工林样地分别为Lar30、Lar40和Lar50，其中Lar50华北落叶松人工林（林龄为53年）主要在20世纪70年代左右种植，Lar40华北落叶松人工林（林龄为42年）主要在20世纪80年代初种植，Lar30华北落叶松人工林（林龄为33年）是在20世纪90年代初期种植的。栽植所选取的苗木为生长良好，基径超过0.6 cm，苗高在25 cm以上的2年生苗，完成生根粉浸根处理后在山区沿等高线进行栽植。林下主要灌木植物有绣线菊（Spiraea salicifolia）、黄刺玫（Rosa xanthine）和胡枝子（Lespedeza bicolor）等；草本植物主要有唐松草（Thalictrum aquilegiifolium var. sibiricum）、糙苏（Phlomis umbrosa）和玉竹（Polygonatum odoratum）等。
1.2 样地设置和土壤样品采集
2014年7月，以Lar30、Lar40和Lar50华北落叶松人工林群落为研究对象，共设置12块20 m × 30 m的固定样地进行人工林基础信息的采集和记录，包括样地坡向、坡度、海拔、林分密度、林下植被等信息（表1）。林下灌木层和草本层香农多样性指数、丰富度指数和均匀度指数的计算按照Dang等[5]的方法进行。2018年8月份在不同林龄人工林各样地中通过S型采样法对0~10 cm土层进行9点采样。在去除土壤中明显凋落物、石砾和植物残体等杂物后对鲜土进行过筛（土筛孔径为2 mm）并分为2份尽快装入保温箱送回实验室进行相关指标测定。
表 1 不同林龄华北落叶松人工林样地基本情况Table 1. Basic situation of larch plantation sample plots with different forest ages项目
Item林龄梯度 Plantation age gradient Lar30 Lar40 Lar50 林龄/a Stand age
/year33 42 53 坡度 Slope
/(°)25 25 25 坡向
Aspect东南 Southeast 东南 Southeast 东南 Southeast 平均树高 Mean tree height
/m16.3 ± 0.8 18.8 ± 1.3 16.1 ± 1.4 平均胸径 Mean DBH
/cm16.4 ± 0.5 18.7 ± 1.6 22.6 ± 2.8 郁闭度
Canopy density0.28 ± 0.02 0.35 ± 0.01 0.39 ± 0.01 林分密度/（株·hm−2）
Plantation density/(tree·ha−1)1158 ± 87 1341 ± 62 803 ± 24 凋落物层生物量/（t·hm−2） Biomass of litter layer/(t·ha−1) 43.2 ± 10.8 106.9 ± 18.3 50.9 ± 8.2 注：Lar30.林龄33年人工林；Lar40.林龄42年人工林；Lar50.林龄53年人工林。下同。Notes: Lar30, 33-year-old plantation; Lar40, 42-year-old plantation; Lar50, 53-year-old plantation. The same below. 1.3 土壤理化性质测定
将带回实验室土壤中的一份进行自然风干、研磨并根据待测定指标的实验标准进行筛分，另一部分土壤则存入0 ~ 4 ℃条件的冰箱中保存待用。土壤有机碳含量通过重铬酸钾外加热法进行测定[26]；土壤全氮和全磷分别采样浓硫酸−混合加速剂消化法和浓硫酸−高氯酸消化法对土样进行消化处理后[26]，在连续流动分析仪器上（AA3，SEAL Analytical GmbH，Germany）测定。土壤铵态氮、硝态氮的测定首先称取10 g已经过2 mm土筛的新鲜土样于250 mL广口瓶中，加入1 mol/L氯化钾溶液100 mL，塞紧瓶塞后经过振荡器震荡1 h以上[26]。将浸提液过滤后采用连续流动分析仪器分析土壤铵态氮和硝态氮含量。土壤有效磷含量测定步骤为称取5 g土样并加入0.5 mol/L碳酸氢钠溶液振荡1 h以上，而后将浸提液用无磷滤纸过滤[26]，最后通过连续流动分析仪器进行有效磷含量测定[26]。
土壤pH值使用pH计（Five Easy，Mettler-Toledo，Switzerland）测定[26]，土壤水分含量的测定则是采用烘干法测定烘干10 g新鲜土样至恒质量后的质量损失来计算土壤水分含量[26]。土壤温度则在采集土样时通过土壤温度测定仪（Li-COR Biosciences，Lincoln，NE，USA）进行测定。
1.4 土壤微生物群落结构
通过PLFA方法对不同林龄土壤微生物群落结构进行测定，主要过程包括从土样中提取脂质、采样碱性甲醇分解并回收甲酯化的脂肪酸样品。而后根据已知含量的甲酯（19∶0）作为内标测定PLFAs含量。其中，革兰氏阳性菌选择 i13∶0，i14∶0，a14∶0，a15∶0，i15∶0，i16∶0，a17∶0，i17∶0，i18∶0 表征[27-28]；革兰氏阴性菌选择 10∶0 2OH，15∶1 w4c，15∶1 w6c，16∶0 2OH，16∶1 w6c，16∶1 w7c，16∶1 w9c，cy17∶0，17∶1 w8c，18∶1 w5c，18∶1 w7c， cy19∶0 表征[27, 29-30]，真菌选择 16∶1 w5c，18∶1 w9c，18∶2 w6c，18∶2 w9c表征[27, 30-31]；放线菌选择 10 Me 16∶0，10 Me 17∶0，10 Me 18∶0表征[31-32]。
1.5 数据处理
采用Microsoft Office Excel 2011软件对相关数据进行初步录入，使用统计软件 SPSS 20.0 对数据进行描述性统计分析和方差分析等，RDA分析在Canoco Software 5. 0中进行，图表绘制通过Sigmaplot 12.0 进行。
2. 结果与分析
2.1 土壤理化性质
土壤pH值变化范围在6.28 ~ 6.56之间，且随着林龄增加表现出逐步上升的变化趋势，特别是Lar50人工林中的土壤pH值相对较高，但不同林龄间土壤pH值差异未达显著水平（P > 0.05）。Lar40和Lar50人工林中土壤含水率均显著高于Lar30人工林（P < 0.05）。土壤温度则随着林龄的增加呈逐步上升的变化趋势，且在Lar50林分中达到峰值。土壤有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均在Lar50人工林中显著高于Lar30（P < 0.05），土壤全磷含量在Lar40和Lar50人工林中显著高于Lar30（P < 0.05），但土壤有效磷含量在Lar50人工林中则显著低于Lar30和Lar40（P < 0.05）（表2）。
表 2 不同林龄华北落叶松人工林土壤理化性质Table 2. Soil physicochemical properties of larch plantations with different forest ages土壤理化性质
Soil physical and chemical property林龄梯度
Plantation age gradientLar30 Lar40 Lar50 pH值
pH value6.28 ± 0.09a 6.35 ± 0.11a 6.56 ± 0.08a 含水率
Water content/%51.34 ± 2.54a 60.18 ± 5.16b 65.49 ± 3.78c 温度
Temperature/℃10.95 ± 0.87a 11.75 ± 0.29ab 13.45 ± 0.92b 有机碳
Organic carbon/(g·kg−1)25.12 ± 1.67a 26.88 ± 2.04ab 30.49 ± 2.30b 全氮
Total nitrogen/(g·kg−1)3.84 ± 0.21a 4.11 ± 0.26b 4.39 ± 0.17c 全磷
Total phosphorus/(g·kg−1)0.46 ± 0.02a 0.71 ± 0.11b 0.74 ± 0.03b 硝态氮
Nitrate nitrogen/(mg·kg−1)9.37 ± 1.13a 10.28 ± 0.56ab 12.94 ± 1.86b 铵态氮
Ammonium nitrogen/(mg·kg−1)3.97 ± 0.24a 4.38 ± 0.31b 5.16 ± 0.57c 有效磷
Available phosphorus/(mg·kg−1)4.98 ± 0.07a 4.92 ± 0.39a 4.56 ± 0.28b 注：不同字母表示在不同林龄间存在显著差异（P < 0.05）。Note: different letters mean significant differences among 3 plantation ages (P < 0.05). 2.2 林下植物物种多样性
由表3可知，华北落叶松人工林草本层香农多样性指数、丰富度指数和均匀度指数在Lar40和Lar50人工林中相对较高。灌木层香农多样性指数、丰富度指数和均匀度指数也在Lar50人工林中较高，其次依次为Lar40和Lar30。但总体上看，林龄增长虽然对华北落叶松人工林林下植物物种多样性存在一定促进作用但均未达显著差异水平（P > 0.05）。
表 3 不同林龄林下植物物种多样性Table 3. Species diversity of understory plants at different forest ages林龄梯度
Plantation age gradient草本层多样性
Herb layer diversity灌木层多样性
Diversity of shrub layer香农多样性指数
Shannon index丰富度指数
Richness index均匀度指数
Evenness index香农多样性指数
Shannon index丰富度指数
Richness index均匀度指数
Evenness indexLar30 3.18 ± 0.19a 25.67 ± 4.04a 0.90 ± 0.01a 1.60 ± 0.06a 6.33 ± 2.08a 0.90 ± 0.01a Lar40 3.21 ± 0.10a 28.33 ± 3.51a 0.92 ± 0.02a 1.74 ± 0.08a 6.67 ± 1.53a 0.91 ± 0.02a Lar50 3.23 ± 0.25a 30.67 ± 3.79a 0.94 ± 0.01a 1.83 ± 0.33a 7.00 ± 2.00a 0.91 ± 0.02a 注：不同字母表示各指标在不同林龄处理间存在显著差异（P < 0.05）。Note: different letters indicate that there are significant differences among varied forest age treatments (P < 0.05). 2.3 土壤微生物群落结构
如表4所示：不同林龄对土壤革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和放线菌含量存在不同程度的影响。具体而言：在不同林龄华北落叶松人工林中，土壤革兰氏阳性细菌含量为4.39 ~ 6.37 nmol/g，Lar50和Lar40林分比Lar30分别高28.02%和45.10%；土壤革兰氏阴性细菌含量为3.52 ~ 4.84 nmol/g，Lar50和Lar40林分比Lar30分别高20.74%和37.50%；土壤放线菌含量为1.60 ~ 2.12 nmol/g，Lar50和Lar40林分比Lar30分别高11.88%和32.50%。土壤真菌含量为0.74 ~ 0.80 nmol/g，但各林龄间差异性未达显著水平。此外，本研究还比较了不同林龄华北落叶松人工林土壤微生物群落革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比以及真菌与细菌比。二者在不同林龄间从高到低依次均为Lar30 > Lar50 > Lar40。
表 4 不同林龄土壤微生物群落特征Table 4. Characteristics of soil microbial community in different forest agesPLFA生物量
PLFA biomass林龄梯度
Plantation age gradientLar30 Lar40 Lar50 革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria (G+)/(nmol·g−1) 4.39 ± 1.34a 5.62 ± 1.25b 6.37 ± 1.04c 革兰氏阴性细菌 Gram-negative bacteria (G−)/(nmol·g−1) 3.52 ± 1.06a 4.25 ± 1.46b 4.84 ± 1.20c 真菌 Fungi (F)/
(nmol·g−1)0.74 ± 0.08a 0.78 ± 0.03a 0.80 ± 0.04a 放线菌 Actinmycete (ACT)/
(nmol·g−1)1.60 ± 0.25a 1.79 ± 0.46b 2.12 ± 0.34c 革兰氏阳性细菌∶革兰氏阴性细菌 Gram-positive bacteria ∶ Gram-negative bacteria (G+∶G−) 1.42 ± 0.18a 1.26 ± 0.27a 1.39 ± 0.21a 真菌∶细菌
Fungi ∶ bacteria (F∶B)0.11 ± 0.01a 0.08 ± 0.02a 0.09 ± 0.01a 注：不同字母表示不同林龄间存在显著差异（P < 0.05）。Note: different letters indicate significant differences among varied forest ages (P < 0.05). 2.4 不同林龄对土壤微生物群落结构关键影响因子分析
经过置换检验筛选后采用RDA分析，探讨影响土壤微生物群落结构的关键影响因子。由图1可知土壤pH值、含水率、温度、养分元素含量和林下植物物种多样性对微生物群落结构的影响，结果表明：Lar30、Lar40和Lar50林分间土壤微生物群落明显分开，说明林龄增长导致林地土壤微生物群落结构出现明显变化；第1轴和第2轴的特征值分别为0.718和0.143，即共同解释了土壤微生物群落总变异的86.1%。土壤有效磷含量与第1轴呈负相关，土壤含水率、温度、硝态氮含量、灌木层丰富度指数和草本层丰富度指数与第1轴呈正相关，分别解释了微生物群落结构变异程度的11.8%、22.7%、18.4%、10.6%、7.9%和5.6%，这说明土壤含水率、温度、有效磷含量、硝态氮含量、灌木层和草本层丰富度指数是不同林龄人工林表层土壤中微生物群落结构变化的主要影响因子。
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图 1 土壤微生物群落结构影响的冗余分析ST. 土壤温度；SWC. 土壤含水率；SAP. 土壤有效磷；NO3−-N. 土壤硝态氮；SR. 灌木层物种丰富度指数；HR. 草本层物种丰富度指数。ST, soil temperature; SWC, soil water content; SAP, soil available phosphorus; NO3−-N, nitrate nitrogen; SR, richness index of shrub; HR, richness index of herb.Figure 1. Redundancy analysis of relationships of soil microbial community structure to soil factors and understory vegetation diversity3. 讨 论
3.1 林龄对土壤理化性质和林下植物物种多样性影响
土壤作为森林生态系统的重要组成部分，pH值、含水率、温度和养分元素含量等理化性质对人工林中植物生长具有重要作用[15, 22]。前人研究指出林龄变化可以通过影响地上植被对土壤养分利用效率来影响土壤养分浓度[25]，同时林分群落结构和物种多样性的差异等也会间接改变诸如透光率、穿透雨量、凋落物产量等林下微环境因素，从而促进土壤养分含量的积累，提高土壤养分水平[6, 17, 33]。在本研究中，Lar50和Lar40林地土壤pH值、含水率、温度和养分元素浓度总体上高于Lar30，表明林龄的增加可能更有利于提高土壤物理性质和促进土壤养分含量积累，这与罗达等[2]和Chen等[34]等在云杉（Picea asperata）人工林和油松（Pinus tabuliformis）人工林中进行的研究结果相似。此外，本研究结果还表明土壤有效磷含量在Lar30和Lar40林地土壤中显著高于Lar50，这可能是由于地上植被对土壤有效磷的需求随林龄增长而增加，从而不利于土壤有效磷含量的积累，因此在Lar50华北落叶松人工林中出现磷缺乏现象，应通过合理施用磷肥以保证林木生长对磷素的需求。
在本研究中，随着人工林林龄增加，林下灌木层和草本层物种多样性总体也呈上升趋势（表3）。通常在人工林幼龄或中龄阶段，林下植被尚处于发展阶段，灌木层和草本层各物种间存在剧烈养分竞争和排斥现象，从而导致林下物种多样性下降[25, 33]；随着林龄增加，林分结构逐步趋于稳定，此时各种适应人工林环境的灌木层和草本层物种逐渐共存，林下物种多样性也相对较高[7, 25, 33]。
3.2 土壤理化性质和林下植被对土壤微生物结构的影响
本研究结果表明林龄增加能有效提高人工林土壤中革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌含量，同时土壤理化性质、灌木层和草本层物种丰富度指数是驱动不同林龄人工林土壤微生物群落结构变化的主要因素。Chen等[34]和Liu等[35]等研究认为，林龄的增长往往有利于提高地上植被生物量、改善土壤水热环境和提高土壤养分水平，从而增加土壤微生物活性，进而提高土壤微生物生物量；且随着林龄的增加，地表凋落物数量、地下细根生物量及其分解效率等均会发生变化，这可能会加快养分元素归还效率并影响土壤中微生物群落结构和各菌群含量，这与本文研究结果相似。Fu等[36]研究提出人工林乔木层物种相对简单，林下植被多样性的变化可能与土壤微生物群落间关系更为密切。多数研究结果也提出林下植物多样性增加会丰富凋落物和细根的组成和质量，且与乔木相比，灌、草凋落叶和细根生物量对微生物群落PLFA含量影响更大，进而促进土壤微生物生物量的积累。此外，林下植被多样性还与根系分泌物数量密切相关，土壤微生物诸如细菌、真菌和放线菌等菌群的活性也受到根系分泌物的影响[33, 37]。本文研究结果也发现不同林龄人工林灌木层和草本层丰富度指数也与土壤微生物群落结构密切相关，这与Fu等[36]研究得出结论相似。
林龄增加总体上提高了土壤微生物菌群丰度，但针对不同林龄人工林土壤真菌与细菌比值和革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比值的研究结果表明：不同林龄人工林土壤真菌与细菌比值在0.08 ~ 0.11之间，表明细菌在该地区华北落叶松人工林土壤微生物群落中占据支配地位。而不同林龄间二者比例的差异未达显著变化水平，这可能是由于与Lar30人工林相比，Lar40和Lar50人工林虽然对土壤养分元素含量存在积极的促进作用，但该地区土壤真菌群落和细菌群落总体上受营养胁迫的程度较小，林龄增长对细菌群落促进作用尽管相对高于真菌，但总体并未对土壤真菌丰度和细菌丰度产生显著影响。不同林龄人工林土壤革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比值则在1.26 ~ 1.42之间，其中Lar50人工林土壤革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比相对高于其余两种人工林，表明在细菌群落中，革兰氏阳性细菌是华北落叶松林土壤细菌的主要菌群。这可能是因为革兰氏阳性细菌对难分解基质利用效率相对较高，使得其在适宜的水热条件和养分情况下能够更有效的生长[1, 6, 10]。
4. 结 论
林龄增加有效改善了土壤水热状况和土壤养分含量，特别是在Lar50人工林中含水率、温度、有机碳、全氮、全磷、硝态氮、铵态氮含量均显著高于Lar30人工林，但有效磷含量则在Lar30和Lar40人工林中则相对较高。此外与Lar30人工林相比，Lar40和Lar50人工林土壤中革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和放线菌含量较高，但真菌与细菌和革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比值在研究区内分别为0.08 ~ 0.11和1.26 ~ 1.42之间，这表明在太岳山华北落叶松人工林群落中，土壤细菌是占据支配地位的微生物群落，同时革兰氏阳性细菌也是细菌群落中的主要菌群。土壤含水率、温度、有效磷含量、硝态氮含量、灌木层和草本层丰富度指数是不同林龄人工林土壤中微生物群落结构变化的主要影响因子，在分析土壤微生物群落影响因子时，不仅要考虑土壤水热条件和养分含量对土壤微生物群落结构的驱动作用，还需进一步分析地上植被特征对微生物群落的影响。
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图 5 不同活化时间制备的ALWCFs在−196 ℃下的N2吸附/脱附等温线
Figure 5. Nitrogen adsorption/desorption isotherms at −196 ℃ for ALWCFs prepared by different activation time
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图 1 不同炭化–活化过程中LWCFs和ALWCFs的元素质量分数变化图
LWCFs对应的活化时间为0 min，ALWCFs对应的是活化时间为20 ~ 40 min。LWCFs correspond to the activation time of 0 min, and ALWCFs correspond to the activation time of 20–40 min.
Figure 1. Changes of element percentage compositions for LWCFs and ALWCFs by different carbonization-activation processes
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图 2 不同炭化–活化过程LWCFs和ALWCFs的X射线衍射图谱
Figure 2. X ray diffraction patterns for LWCFs and ALWCFs prepared by different carbonization-activation processes
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图 3 LWCFs和ALWCFs的Lc002值和La110值变化图
Figure 3. Changes of Lc002 and La110 values for LWCFs and ALWCFs
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图 4 LWCFs和ALWCFs的d002值和Lc002/d002变化图
Figure 4. Changes of d002 and Lc002/d002 values for LWCFs and ALWCFs
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图 6 不同活化时间制备的ALWCFs的DHK和Da变化图
Figure 6. Changes of DHK and Da values for ALWCFs prepared by different activation time
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图 7 不同活化时间下ALWCFs的DFT孔径分布图
Figure 7. Pore size distribution obtained by DFT method for ALWCFs activated for different time
表 1 不同炭化–活化过程中LWCFs和ALWCFs的元素质量分数变化
Table 1 Changes of element percentage compositions for LWCFs and ALWCFs by different carbonization-activation processes
样品名称 Sample name 质量分数 Mass fraction/% C H N O LWCFs-500 88.76 1.15 0.61 9.49 LWCFs-700 89.21 1.17 0.64 9.00 LWCFs-900 91.71 0.84 0.64 6.82 ALWCFs-500-20 91.25 1.04 0.58 7.14 ALWCFs-700-20 93.23 1.03 0.62 5.12 ALWCFs-900-20 94.31 0.79 0.6 4.30 ALWCFs-500-40 93.45 1.14 0.57 4.86 ALWCFs-700-40 94.25 0.99 0.64 4.13 ALWCFs-900-40 95.10 0.69 0.57 3.64 
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表 2 不同炭化–活化过程LWCFs和ALWCFs的微晶结构参数
Table 2 Microcrystalline structure parameters for LWCFs and ALWCFs prepared by different carbonization-activation processes
样品名称
Sample name2θ/（°） d002/nm Lc002/nm Lc002/d002 La110/nm La110/Lc002 LWCFs-500 20.3 0.437 0.505 1.16 1.683 3.33 LWCFs-700 20.8 0.427 0.509 1.19 1.606 3.16 LWCFs-900 20.8 0.427 0.515 1.21 1.651 3.21 ALWCFs-500-20 20.6 0.430 0.512 1.19 2.365 4.62 ALWCFs-700-20 20.6 0.430 0.512 1.19 2.274 4.44 ALWCFs-900-20 19.9 0.446 0.501 1.12 2.870 5.72 ALWCFs-500-40 19.4 0.457 0.538 1.18 2.245 4.17 ALWCFs-700-40 20.2 0.439 0.464 1.06 2.217 4.78 ALWCFs-900-40 21.4 0.415 0.447 1.08 2.779 6.23 注：θ为衍射峰所对应的衍射角，d002为墨层间距，Lc002为石墨层堆叠厚度，La110为石墨网横向尺寸。Notes：θ is the diffraction angle corresponding to the diffraction peak, d002 is the spacing between graphite layers, Lc002 is the stacking thickness of graphite layers, and La110 is the transverse size of graphite network.
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表 3 不同活化时间制备的ALWCFs的孔结构参数
Table 3 Pore structure parameters for ALWCFs prepared by different activation time
样品名称
Sample nameSBET/
(m2·g−1)Vt/
(cm3·g−1)Smi/
(m2·g−1)Vmi/
(cm3·g−1)VBJH/
(cm3·g−1)DHK/nm Da/nm ALWCFs-500-20 861 0.464 650 0.259 0.230 0.443 2.15 ALWCFs-700-20 969 0.538 703 0.282 0.284 0.428 2.22 ALWCFs-900-20 898 0.476 683 0.271 0.226 0.448 2.12 ALWCFs-500-40 1 068 0.590 793 0.318 0.314 0.458 2.21 ALWCFs-700-40 1 152 0.562 951 0.373 0.241 0.463 1.95 ALWCFs-900-40 1 267 0.664 992 0.399 0.373 0.468 2.09 注：SBET为比表面积；Vt为总孔容；Smi为微孔比表面积；Vmi为微孔孔容；VBJH为中孔孔容；DHK为峰值孔径；Da为平均孔径。Notes：SBET is the specific surface area, Vt is the total pore volume, Smi is the micropore specific surface area, Vmi is the micropore volume, VBJH is the mesopore volume, DHK is the peak pore width, and Da is the average pore width.
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