生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展

生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质。生物炭能够影响微生物参与的与土壤有机碳 库周转相关的生物地球化学循环过程。生物炭对土壤有机碳和微生物的影响与生物炭性质、施加量、土壤环境条 件有关,各研究结论并不一致。一些研究指出施加生物炭可以增加土壤有机碳抵抗微生物降解的稳定性,降低土 壤有机碳的矿化速率,具有良好的固碳潜力。然而也有很多学者报道了施加生物炭对土壤微生物性质产生有益的 影响,如增加土壤微生物生物量和活性,从而显著提高土壤有机碳的矿化速率。在综述生物炭对土壤本身有机碳 分解、土壤有机碳活性和稳定性、土壤团聚体及其稳定性、土壤微生物生物量和活性、土壤微生物群落结构影响 的基础上,提出未来的研究需要综合考虑生物炭还田可能带来的潜在环境效益和风险。     

生物炭输入对土壤有机碳和玉米生长的影响

[目的]研究生物炭输入对土壤有机碳和玉米生长的影响.[方法]以无外源碳输入处理为对照(CK),研究不同外源碳(秸秆及其生物炭)等碳量输入条件下(秸秆1％-Str1.0、秸秆3％-Str3.0、秸秆10％-Str10.0;生物炭0.8％-BC0.8、生物炭2.4％-BC2.4、生物炭8.0％-BC8.0),对土壤含水率、...     

施用炭基肥及生物炭对棕壤有机碳组分的影响

【目的】作为土壤肥力的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。论文以4年定位施肥试验为依托,分析连续施用炭基肥及生物炭对土壤有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及棕壤有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验始于2011年,设置5个处理：不施肥（CK）、低量生物炭（C15）、高量生物炭（C50）、氮磷钾配施（NPK）、炭基肥（BBF）。其中C15与BBF是等碳量处理,NPK与BBF是等氮磷钾养分处理。于第4年花生收获后（2014年秋季）采集各处理耕层（0-20 cm）土壤样本,测定土壤有机碳总量、各组分含量及花生产量。【结果】施用炭基肥和生物炭均可以显著增加耕层土壤总有机碳含量,比试验起始年土壤（简称起始土）分别提高10%、8%;而在相同碳素（C15和BBF）或氮磷钾养分投入（NPK和BBF）条件下,施用炭基肥提升土壤总有机碳含量的效果最好,提升幅度为2%-15%。施入炭基肥及生物炭显著提高了游离态颗粒有机碳和闭蓄态颗粒有机碳含量;在等碳量投入条件下,炭基肥处理的提升幅度分别为43%、17%;等氮磷钾养分投入条件下,炭基肥处理的提升幅度更大,分别为40%、43%。无论施入炭基肥或生物炭,对于矿物结合态有机碳含量影响均不大,但都比起始土略高。土壤可溶性有机碳含量变化规律与总有机碳相似,即施入炭基肥或生物炭均提高了其含量,但等碳量投入条件下无显著差异。各施肥处理花生产量在199.4-232.9 kg/667m²,均显著高于不施肥处理,其中施用炭基肥产量最大,比等碳量处理（C15）高17%,比等养分处理（NPK）高10%,且差异显著。【结论】连续多年施用炭基肥或生物炭均能明显提高土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳含量;提升效果显著优于投入等量碳素或等量氮磷钾养分。连续多年施肥可以提高土壤中水溶性有机碳含量,但炭基肥与生物炭、氮磷钾配施处理间无明显差异。无论施用炭基肥还是生物炭对土壤矿物结合态有机碳含量影响不大。连续施用炭基肥对花生产量的提升效果最好,显著高于等氮磷钾养分和等碳量处理。     

生物炭对棕壤团聚体空间分布及有机碳的影响

为研究一次性施入玉米秸秆生物炭对棕壤团聚体的空间分布和有机碳含量的影响,于2013年在辽宁沈阳棕壤区建立长期定位试验,试验共设置4个处理,分别为C0 （不施炭）,C1 （一次性施入玉米秸秆生物炭15.75 t·hm^-2）,C2 （一次性施入玉米秸秆生物炭31.50 t·hm^-2）,C3（一次性施入玉米秸秆生物炭47.25 t·hm^-2）,分析土壤团聚体的空间分布及有机碳含量变化情况。结果表明：与C0相比,生物炭显著提高了耕层（0~20 cm）土壤有机碳含量,随着生物炭施用量的增加,C1、C2和C3处理耕层有机碳含量分别提高了6.81%、11.06%和41.62%。耕层土壤团聚体稳定性随着生物炭施用量的增加,呈现出先增加后降低的趋势,但C3处理仍然显著高于C0处理。20~40 cm土层的土壤有机碳含量随生物炭施用的增加而显著提高,与C0相比较,C1、C2和C3处理分别提高了92.36%、111.63%和123.25%,该土层微团聚体含量随着生物炭施用量的增加而显著降低,C3处理的粉黏粒含量也显著降低,大团聚体含量随着生物炭施用量的增加而显著提高。C3处理平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）均显著高于其他处理。40~60 cm土层中仅C3处理显著提高了土壤有机碳含量,与C0相比较,其提高幅度为4.67%,C3处理也相应地提高了大团聚体含量和GMD。研究表明,一次性施用生物炭不仅提高了耕层土壤有机碳含量、大团聚体含量和团聚体稳定性,也会相应地提高耕层以下土层有机碳含量和团聚体稳定性。对土壤耕层而言,生物炭作为土壤改良剂有其最适宜施用量,在本研究中,最适宜的施用量为31.50 t·hm^-2（C2处理）。生物炭对耕层以下土壤有机碳含量和团聚体稳定性的提高受生物炭施用量的影响,生物炭施用量越高,其对耕层以下土层的影响越大。     

昆明松华坝水源区不同土地利用方式对土壤有机碳及活性有机碳组分的影响

以松华坝水源区3种主要的土地利用方式为研究对象,分析了不同土地利用方式0~20 cm的土壤有机碳和碳储量、活性有机碳组分(水溶性有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳)质量分数及其月动态变化。研究结果表明:(1)不同土地利用方式下土壤有机碳差异显著(p0.05),灌木林地的有机碳质量分数为(17.21±0.04)~(22.00±0.15)g·kg~(-1),坡耕地的有机碳质量分数为(12.26±0.03)~(14.84±0.36)g·kg~(-1),荒地的有机碳质量分数为(6.13±0.04)~(7.54±0.25)g·kg~(-1)。灌木林地的土壤有机碳明显高于其他样地,荒地的质量分数最低,土壤碳储量、水溶性有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳的质量分数变化也呈现同样的规律。(2)灌木林地和坡耕地各项指标质量分数的月动态变化显著(p0.05),而荒地的则表现的较为平缓(p0.05)。(3)土壤有机碳质量分数与活性有机碳组分之间及活性有机碳组分两两之间的相关性均达到极显著水平(p0.01)。     

施生物炭与有机肥对白浆土土壤酶活性的影响

为探讨施生物炭和有机肥对白浆土土壤酶活性的影响,以白浆土为试验土壤进行施生物炭（C₁：施生物炭15000kg·hm^-2、C₂：施生物炭30 000 kg·hm^-2）与有机肥（OM）的定位试验,监测施用后3 a肥效,采集土壤测定β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）、酸性磷酸酶（AP）活性。结果表明,在白浆土上施生物炭和有机肥连续3 a均增加了玉米产量,但从经济效益分析施生物炭仍为负效益,施有机肥为正效益。3 a后仅C₂显著增加了有机质含量,其他处理下有机质和全氮含量增加均不显著。与常规处理相比,C₁仅显著提高了BG酶活性,提高了82.2%,对其他3种酶活性提高均不显著,C₂可显著提高4种酶活性23.1%~47.9%;施有机肥可显著提高AP和LAP酶活性。施生物炭30 000 kg·hm^-2对白浆土土壤改良效果较好,其后效可维持3a以上,但经济效益仍为负。因此实际生产中还应以施用有机肥培肥土壤为重,对于出现严重减产的地块可以考虑通过施用生物炭一次性改良土壤。     

不同覆盖方式对黄土高原地区苹果园土壤 有机碳组分及微生物的影响

【目的】研究不同覆盖方式对黄土高原地区苹果园土壤有机碳各组分及微生物群落活性的影响。【方法】通过野外果园定位试验,分层采集0—100 cm土层的土样,对麦草覆盖、起垄黑地膜覆盖及清耕3个不同处理方式下,土壤有机碳各组分及微生物群落功能多样性进行研究。【结果】麦草覆盖可显著增加0—60 cm土壤总有机碳（TOC）、颗粒有机碳（POC）、轻质有机碳（LFOC）、易氧化有机碳（ROC）和可溶性有机碳（DOC）含量,在1—3年内随着覆盖年限的增加而增加,其中在0—20 cm土层中TOC含量每年约增加1.9 g•kg-1,而微生物量碳（MBC）的含量表现出逐年降低的趋势。起垄黑地膜覆盖的土壤TOC含量低于对照,而POC、LFOC、ROC、DOC、MBC的含量高于对照,但均随着覆盖年限的增加而降低,3年后0—20 cm土层中TOC含量降低0.91 g•kg-1。麦草覆盖和黑地膜覆盖处理的微生物群落碳源利用率（AWCD）、微生物群落Shannon 指数（H）和微生物群落丰富度指数（S）均高于对照处理,同样也表现出逐年降低的趋势,其中覆膜处理下降更加剧烈。【结论】麦草覆盖提高了土壤有机碳各组分的含量,而起垄黑地膜覆盖逐年降低有机碳各组分含量。两处理开始均可提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,但同样出现了逐年降低的趋势,而覆膜处理降低得更加迅速。     

油茶饼粕生物炭和有机肥对红壤矿化的影响

以油茶饼粕为原料,分别在300℃和600℃条件下热解制备成生物炭,以及发酵成为有机肥,研究不同温度生物炭和有机肥元素含量和表面特征的差异。通过室内培养试验研究生物炭和有机肥对土壤呼吸以及有机碳组分的影响。结果表明:随着热解温度的升高,生物炭pH值和灰分含量升高,矿质元素含量增加,C、N、H含量和H/C比值降低,表面官能团减少。在添加有机肥条件下,施用生物炭处理的土壤CO2排放量普遍较高。300℃生物炭的土壤呼吸强于600℃生物炭,600℃生物炭的CO2累计排放量小于对照土壤。300℃生物炭对土壤中的SOC、MBC、DOC的贡献率要高于600℃生物炭。单独添加生物炭的土壤矿化强度比较低。通径分析结果表明:MBC和DOC对土壤CO2累计排放量的直接影响达到极显著水平。     

生物黑炭输入对果园土壤性状及活性有机碳的影响

为了解生物黑炭施用对果园土壤质量的改良效果,采用田间试验研究了不同生物黑炭施入量对果园土壤性状及活性有机碳的影响。结果表明:施用生物黑炭提高了果园土壤含水量、总氮含量及pH值,降低了土壤容重,提高了土壤微生物生物量碳含量。与对照相比,生物黑炭处理的土壤含水量及总氮含量分别提高3.26%～25.61%和61.22%～87.76%,pH值提高0.03～0.30个单位,土壤容重降低13.13%～19.38%,土壤微生物生物量碳含量提高84.34%～107.55%。     

自然生草和有机物覆盖对苹果园土壤微生物和有机质含量的影响

研究了自然生草和有机物覆盖对富士苹果园中微生物和土壤有机质含量的影响。结果表明：土壤中占绝对优势的是细菌,其次是放线菌,最后是真菌。自然生草和有机物覆盖可改良土壤环境,使土壤中细菌数量和有机质含量增加。土壤细菌数量与土壤有机质含量呈现出显著正相关关系,可进一步研究其作为表征果园肥力状况的生物学指标。     

长期施肥对菜田土壤有机氮组分的影响

试验以长期施肥为研究对象,采用Bremner提出的土壤有机氮分级方法对菜田土壤有机氮组分进行研究。结果表明,与不施肥(BN0)相比,单施化肥对菜田土壤有机氮含量和组分的影响较小。与单施化肥相比,有机肥与化肥配施能够显著提高菜田土壤全氮、酸解有机氮的含量,分别提高了19.7%和26.7%;在酸解氮中,其对氨基酸态氮和酸解未知态氮提高幅度分别为36.6%、32.1%,而对氨基糖态氮和氨态氮增幅较小。在不同肥料处理中,菜田土壤各种有机氮含量依次为:氨基酸态氮非酸解性氮酸解未知态氮氨态氮氨基糖态氮。长期有机无机肥配施使菜田土壤的供氮能力显著提高,也是维持菜田土壤肥力最适的施肥方式。     

间作白三叶对苹果/白三叶复合系统土壤总有机碳及轻组有机碳的影响

以渭北黄土高原苹果园为对象,设置传统的果园清耕与间作白三叶(Trifolium repens L.)两处理,分别采集0～5、5～10、10～20cm及20～40 cm土层土样,探讨了间作白三叶对苹果/白三叶复合系统总土壤有机碳(TOC)、轻组有机碳(LOCF)、重组有机碳(HOCF)的影响。结果表明:与果园清耕相比,TOC含量及土壤有机碳密度(SOCD)显著增加,增幅随土壤深度的增加而迅速降低;0～5、5～10、10～20 cm土层LOCF含量分别比清耕处理增加了7.02、4.57倍和2.49倍,LOCF分配比例(LOCF/SOC)比清耕处理提高了7.01、4.57倍和2.51倍,说明间作白三叶较好地改善了果园SOC质量;与LOCF及SOC含量的增幅相比,HOCF含量增幅较低,说明HOCF受间作白三叶影响较小。LOCF对间作白三叶敏感,是指示果园生草土壤有机碳变化的良好指标。     

不同经营年限柑橘果园土壤稳定性有机碳比较

利用时空替代和物理、化学分组的方法比较研究不同经营年限对柑橘果园土壤稳定性有机碳组分的影响,旨为果园土壤固碳增汇技术的研究提供科学依据。结果表明,1954年建植的柑橘园表层土壤总有机碳比1980年建植的柑橘果园土壤提高27.16%,大团聚体内有机碳提高13.59%,微团聚体内有机碳提高80.19%,重组有机碳含量提高29.25%,惰性有机碳含量提高32.00豫,黑碳含量提高4.01%。说明随着经营年限的增加,与粘粒相复合的和难降解的稳定性有机碳组分在土壤中逐渐富集下来,有利于提高柑橘园土壤的长期碳汇。     

水保措施对油桃园土壤有机碳库及其组分的影响

以福建尤溪玉池果园水土流失定位观测点为平台,研究了不同水保工程措施对油桃园土壤有机碳及其组分的影响。结果表明,梯台清耕和梯台生草模式油桃园土壤有机碳密度较顺坡清耕模式分别提高18.3%和34.7%。梯台生草模式土壤有机碳含量分别比顺坡清耕和梯台清耕模式提高15.3%和46.5%,颗粒有机碳、轻组有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量分别提高了17.6%和30.9%、60.4%和112.7%、6.5%和24.3%、42.2%和45.3%,说明生草栽培措施有利于改良果园土壤结构,提高土壤肥力。梯台生草模式土壤惰性有机碳含量也比顺坡清耕和梯台清耕模式分别提高39.1%和39.0%,说明生草栽培也可促进果园土壤稳定性碳库的增加。     

2.5代杉木种子园土壤有机碳垂直分布研究

以沙县官庄林场2.5代杉木种子园为研究对象,对土壤容重、有机碳含量及储量进行了研究。结果表明：0～100cm土层,2.5代杉木种子园高中低生产区平均容重为：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3;3个生产区有机碳含量大小为：高生产区＆gt;中生产区＆gt;低生产区;3个生产区有机碳储量为：184.29t·hm-2、145.80t·hm-2、164.11t·hm-2,高生产区的有机碳含量远大于其他2个生产区,但中生产区的有机碳储量小于低生产区。综合分析表明,高生产区土壤状况优于中低生产区,合理种植杉木,增加杉木的产量,有利于土壤容重的减少及有机碳含量的增加,从而提高土壤肥力,达到增产的效果。     

氮肥施用对柑橘果园土壤有机碳矿化的影响(英文)

[目的]了解柑橘果园土壤有机碳矿化在不同温度下对不同氮肥施用量的影响关系,为构建果园生态系统的碳循环模型提供参数。[方法]采用室内模拟试验,在10、20、30℃3个温度条件下,研究施肥施用对柑橘果园土壤有机碳矿化的影响。[结果]3种温度处理下,各施氮处理土壤有机碳矿化速率都表现为培养前期快速下降,培养后期保持相对稳定的趋势。在整个培养过程中,3种温度条件下各施氮处理的土壤CO2累积排放量为1328.25~2219.42mg/kg,100mg/kg(N4)处理土壤有机碳矿化量最大,CK处理最低,100mg/kg(N4)和80mg/kg(N3)2个高氮处理显著高于低氮50mg/kg(N2)、30mg/kg(N1)处理。土壤有机碳矿化速率随温度升高而增长,不同的土壤施氮条件下土壤有机碳矿化的温度敏感性不同,N2处理土壤有机碳矿化的温度敏感性最低,N4处理最高。柑橘果园土壤有机碳矿化受高施氮量影响较大,低施氮影响不明显。[结论]随着施氮量的增加土壤有机碳矿化的温度敏感性增加,氮肥施用和温度的共同作用可能使柑橘林向大气中排放的CO2增加。