Внутренний PreferenceScreen не открывается с PreferenceFragmentCompat

Я сделал это немного по-другому, я запускаю новое действие для каждого экрана. Это, похоже, требует меньше хаков: нет необходимости возиться с заменой фрагментов и цветов фона. Вы также получаете анимацию изменения активности в качестве бонуса!

public class PreferencesActivity extends AppCompatActivity implements PreferenceFragmentCompat.OnPreferenceStartScreenCallback {
    final static private String KEY = "key";

    @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        setContentView(R.layout.preferences);

        setSupportActionBar((Toolbar) findViewById(R.id.toolbar));
        ActionBar actionBar = getSupportActionBar();
        if (actionBar != null) actionBar.setDisplayHomeAsUpEnabled(true);

        if (savedInstanceState != null)
            return;

        Fragment p = new PreferencesFragment();

        String key = getIntent().getStringExtra(KEY);
        if (key != null) {
            Bundle args = new Bundle();
            args.putString(PreferenceFragmentCompat.ARG_PREFERENCE_ROOT, key);
            p.setArguments(args);
        }

        getSupportFragmentManager().beginTransaction()
                .add(R.id.preferences, p, null)
                .commit();
    }

    @Override public boolean onPreferenceStartScreen(PreferenceFragmentCompat preferenceFragmentCompat, PreferenceScreen preferenceScreen) {
        Intent intent = new Intent(PreferencesActivity.this, PreferencesActivity.class);
        intent.putExtra(KEY, preferenceScreen.getKey());
        startActivity(intent);
        return true;
    }

    @Override public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
        if (item.getItemId() == android.R.id.home) {
            onBackPressed();
            return true;
        }
        return super.onOptionsItemSelected(item);
    }

    public static class PreferencesFragment extends PreferenceFragmentCompat implements ... {

        private static final String FRAGMENT_DIALOG_TAG = "android.support.v7.preference.PreferenceFragment.DIALOG";
        private String key;


        @Override public void onCreatePreferences(Bundle bundle, String key) {
            setPreferencesFromResource(R.xml.preferences, this.key = key);
        }

        // this only sets the title of the action bar
        @Override public void onActivityCreated(Bundle savedInstanceState) {
            ActionBar actionBar = ((AppCompatActivity) getActivity()).getSupportActionBar();
            if (actionBar != null) actionBar.setTitle((key == null) ? "Settings" : findPreference(key).getTitle());
            super.onActivityCreated(savedInstanceState);
        }
    }
}

XML-код:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:layout_margin="0dp"
    android:orientation="vertical"
    android:padding="0dp"
    android:id="@+id/preferences">

    <android.support.v7.widget.Toolbar
        android:id="@+id/toolbar"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="?attr/actionBarSize"
        android:background="?attr/colorPrimary" />

    <!-- preference fragment will be inserted here programmatically -->

</LinearLayout>

решение состоит в том, чтобы начать другой фрагмент того же класса, но с другим корневым ключом. Никаких действий активности.

@Override
public void onCreatePreferences(Bundle savedInstanceState, String rootKey){
    if(getArguments() != null){
        String key = getArguments().getString("rootKey");
        setPreferencesFromResource(R.xml.preferences, key);
    }else{
        setPreferencesFromResource(R.xml.preferences, rootKey);
    }
}

@Override
public void onNavigateToScreen(PreferenceScreen preferenceScreen){
    ApplicationPreferencesFragment applicationPreferencesFragment = new ApplicationPreferencesFragment();
    Bundle args = new Bundle();
    args.putString("rootKey", preferenceScreen.getKey());
    applicationPreferencesFragment.setArguments(args);
    getFragmentManager()
            .beginTransaction()
            .replace(getId(), applicationPreferencesFragment)
            .addToBackStack(null)
            .commit();
}

основываясь на решении @ squirrel Intent, я заставил его работать таким образом. Это требует еще меньше взлома.
Активность:

import android.support.v7.app.AppCompatActivity;

public class SettingsActivity extends AppCompatActivity {

    public static final String TARGET_SETTING_PAGE = "target";

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        SettingsFragment settingsFragment = new SettingsFragment();
        Intent intent = getIntent();
        if (intent != null) {
            String rootKey = intent.getStringExtra(TARGET_SETTING_PAGE);
            if (rootKey != null) {
                settingsFragment.setArguments(Bundler.single(TARGET_SETTING_PAGE, rootKey));
            }
        }

        getFragmentManager().beginTransaction()
                .replace(android.R.id.content, settingsFragment)
                .commit();
    }
}

фрагмент:

import android.support.v14.preference.PreferenceFragment;

public class SettingsFragment extends PreferenceFragment {

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        Bundle arguments = getArguments();
        if (arguments != null && arguments.getString(TARGET_SETTING_PAGE) != null) {
            setPreferencesFromResource(R.xml.preferences, arguments.getString(TARGET_SETTING_PAGE));
        } else {
            addPreferencesFromResource(R.xml.preferences);
        }
    }

    @Override
    public void onNavigateToScreen(PreferenceScreen preferenceScreen) {
        Intent intent = new Intent(getActivity(), SettingsActivity.class)
                .putExtra(TARGET_SETTING_PAGE, preferenceScreen.getKey());
        startActivity(intent);

        super.onNavigateToScreen(preferenceScreen);
    }
}

грустно, что вам нужно так много хаков в библиотеках поддержки appcompat для чего-то, что работает безупречно из коробки в стандартном android.