生物质炭施用对不同深度稻田土壤有机碳矿化的影响

本文旨在揭示生物质炭施用下不同深度稻田土壤有机碳矿化特征的变化,为提高稻田土壤生物质炭施用下的固碳效应提供参考。以太湖地区施用生物质炭2 a后的水稻土为研究对象,采集了7个不同土壤深度的土壤样品,通过室内培养试验,分析了生物质炭施用下不同深度土壤有机碳分布及矿化特征。结果表明,生物质炭仅显著增加了表层(0～10 cm)土壤总有机碳含量,而对深层土壤无显著影响。然而,与对照相比,施用生物质炭显著降低了土壤0～40 cm有机碳矿化强度,0～10、10～20、20～30、30～40 cm土层的降幅分别为23.74%、37.57%、37.62%和15.95%,并降低了10～40 cm土层的微生物生物量碳和0～40 cm土层微生物代谢熵,同时表层(0～10 cm)土壤微生物生物量碳显著增加11.3%,而以上各指标在40 cm以下土层未因生物质炭添加而产生显著变化。因此,生物质炭在2 a尺度上提高了稻田土壤0～40 cm有机碳的稳定性,有助于增加深层土壤固碳潜力。     

施用玉米秸秆生物质炭对水稻土黑碳数量和结构特征的影响

通过研究玉米秸秆生物质炭施用对土壤黑碳(BC)数量和结构的影响规律,比较施用生物质炭后不同年限间的差异,为阐明土壤BC在土壤固碳上的作用提供理论依据。选择化学氧化修改法进行土壤BC的提取,采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机碳(SOC)含量,采用元素组成和红外光谱分析对土壤BC进行结构表征。研究结果表明:与对照(未施用玉米秸秆生物质炭)相比,施用玉米秸秆生物质炭后3年间各年土壤BC的含量分别增加177.0%、304.3%和434.2%,土壤BC占SOC的比例分别增加40.2%、143.5%和167.3%,说明玉米秸秆生物质炭有助于表层土壤BC长期稳定的积累,且随时间的延长而增加;与对照相比,施用玉米秸秆生物质炭后表层土壤BC的碳元素含量增加,缩合度和芳香性增加,氧化度和脂族性降低,且随玉米秸秆生物质炭施用年限的延长表现得更加明显。长期施用玉米秸秆生物质炭后使土壤BC的结构向着芳香性增加的方向发展,稳定性增强,因而对于土壤固碳是有利的。     

施玉米秸秆生物质炭对土壤腐殖质组成和结构特征的影响

生物质炭是黑碳的一部分,与腐殖质碳同为土壤有机碳慢库的组成部分,对土壤固碳、土壤肥力和环境解毒有重要作用。通过培养试验研究了土壤添加玉米秸秆生物质碳360 d后对土壤腐殖质组成及其结构特征的影响。结果表明:土壤添加生物质炭后,土壤有机碳和胡敏素含量随生物质炭用量的增加而增加,胡敏酸及富里酸含量随生物质炭用量增加而降低,可提取腐殖质中胡敏酸的比例差异不显著。施用生物质炭使土壤胡敏酸的色调系数下降、相对色度提高,H与C物质的量比和O与C物质的量比降低,高温放热与中温放热比值和高温失重与中温失重比值上升,施用生物质炭促使黑土胡敏酸的分子缩合度升高,氧化度下降,热稳定性提高,使胡敏酸分子结构复杂化,有利于土壤有机碳的稳定。     

生物质炭对农田土壤有机碳及其矿化影响的研究进展

土壤有机碳在生物圈物质循环中起着重要作用,有机碳矿化将显著影响大气CO2的浓度,关系到养分的释放。近年来,生物质炭农用的土壤生态系统固碳减排功能方面的研究受到广泛关注。但由于研究中所采取的具体方法和研究对象等差异,目前研究的结果仍然存在争议。本文主要从试验材料、试验条件和驱动因子等角度综述生物质炭对土壤有机碳含量及矿化影响,并阐述进一步研究值得探索的方向,以客观评价生物质炭的农田固碳减排效应。     

生物质炭对农田土壤碳循环影响研究进展

近年来,随着农业集约化的推进和全球气候变暖的加剧,农田生态系统土壤有机碳库流失严重,并主要以土壤温室气体的形式进入大气,因此,寻求一种既可以减少土壤温室气体排放又可以确保农业可持续发展的途径尤为重要。生物碳作为含碳量极为丰富的高度芳香化难熔性物质,生物质碳的输入对土壤碳循环产生一系列深远影响,已成为环境及生态相关学科的研究热点。本文从生物质炭对土壤固碳的影响机制以及对土壤碳截留和温室气体排放的影响、我国生物质炭净减排能力等方面概述了生物质炭对农田土壤碳循环的影响,并对国内外研究中存在的问题进行分析并提出展望,以期对当前我国农田土壤固碳研究有所参考。     

添加蔗渣生物质炭对农田土壤有机碳矿化的影响

【目的】研究蔗渣生物质炭施用后农田土壤有机碳（SOC）矿化动态,为合理利用有机废弃物资源提供科学参考。【方法】在25℃、100%空气湿度条件下培养100 d,研究生物质炭不同添加量（0.1%、0.5%、1.0%和2.0%,以干土计）下水田和旱地土壤有机碳的矿化特征。【结果】各处理土壤有机碳矿化速率随时间的变化符合对数关系（P＜0.01）;土壤特性、生物质炭添加量及两者的交互作用对土壤总有机碳矿化有极显著影响（P＜0.01）;与对照相比,添加低量（0.1%）的生物质炭水田土壤有机碳累积矿化量降低了2.18%,旱地土壤有机碳累积矿化量降低了4.62%;添加低量生物质炭（0.1%和0.5%）对旱地SOC矿化的影响效果更明显,而添加高量生物质炭（1.0%和2.0%）则对水田土壤的影响效果更明显;培养前期生物质炭对水田土壤原有有机碳矿化正激发效应高于旱地土壤,后期对旱地土壤的负激发效应更稳定且维持时间更长。【结论】添加生物质炭不改变SOC矿化趋势。添加低量（0.1%）的生物质炭可抑制SOC矿化、促进SOC的积累。     

农田土壤固碳潜力的影响因素及其调控(综述)

土壤碳循环是与全球气候变化密切相关的重要地球表层系统过程,是近年来国际地学和生态学界研究的热点领域。农田生态系统是受人为扰动影响最大的陆地生态系统,在碳循环中具有重要地位,是人为可调控的碳循环系统。增强农田土壤有机碳的固定能力不仅有助于减缓大气CO2浓度增加速率,而且对保障国家粮食安全具有重要意义。本文简要概述我国农田土壤的固碳潜力,着重分析影响我国农田土壤固碳潜力的因素,包括施肥、灌溉、耕作强度等,提出增强农田土壤固碳潜力的调控措施,如合理施肥、合理轮作、保护性耕作、生物质炭施用等方法,并在此基础上提出今后的研究方向。最后建议综合考虑农业生产管理对固碳潜力的影响,充分发挥农业土壤固碳效应。     

施用生物质炭对红壤氮素供应能力的影响

通过室内培养试验研究添加生物质炭对红壤氮素供应能力的影响。结果表明,施用生物质炭明显提高土壤的pH值和土壤有机碳的积累,增加微生物生物量碳和氮的数量,减缓土壤氮素供应强度,促使土壤中矿质态氮向微生物生物量氮转化,但对土壤碱解氮的影响较小。氮素较低的土壤中施用生物质炭可导致速效氮素的明显下降,在施用生物质炭同时应配合施用氮素;而对于氮素偏高的土壤施用生物质炭,可降低土壤中的速效氮的水平,减少土壤氮素的淋失或NH+4 N和NO-3 N在土壤中的过度积累。     

生物质炭在农田生态系统中的应用

近年来,生物质炭作为一种应对气候变化实现农田生态系统固碳减排的重要措施,被广泛应用于各类室内以及田间试验中,因此施用生物炭已经成为一种实现农田生态系统固碳减排的双赢策略。通过总结归纳生物炭对作物产量、酸性土壤理化性质、温室气体排放以及固碳等方面的影响,以期为实现生物炭在农田生态系统中的推广应用提供理论依据。     

生物质炭的固碳减排与合理施用

近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库,但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放,但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外,还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上,提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。     

生物质炭施用对重金属污染水稻土有机碳矿化的影响

[目的]本文旨在研究重金属污染土壤施用生物质炭后对土壤有机碳稳定性的影响,为环境污染修复条件下土壤有机碳库的科学管理提供参考。[方法]以苏南地区长期Cd/Pb污染和邻近未污染水稻土为研究对象,采集对照无污染土壤(P0)、低污染土壤(P1)和高污染土壤(P2)3种土壤,每种土壤分别设置施用量为0(C0)、10 g·kg~(-1)(C1)和20 g·kg~(-1)(C2)的玉米秸秆生物质炭处理,进行为期60 d的恒温恒湿室内培养试验,对比分析施用生物质炭对不同程度重金属污染水稻土中CO_2-C释放动态、总有机碳和活性碳库含量和激发效应的影响。[结果]添加生物质炭能够显著增加不同程度重金属污染水稻土CO_2排放,其中未污染和低污染土壤施加生物质炭后其CO_2的释放速率及累积矿化量显著高于高污染土壤。相比于污染土壤,施加生物质炭对未污染土壤易氧化态碳含量的增加影响更显著;P1土壤低炭和高炭处理分别比原土微生物量碳含量增加23.1%和27.1%,P2土壤增加49.7%和41.7%;P1土壤低炭和高炭处理颗粒态有机碳含量分别比对照增加66.9%和200.2%,P2土壤增加22.2%和45.8%;施炭处理可显著降低土壤中的可溶性有机碳含量。施用生物质炭对各处理土壤产生负激发效应,且在低污染土壤中表现最为显著;生物质炭抑制土壤本底碳的矿化,促进土壤原有有机碳的稳定性。[结论]施用生物质炭可提高重金属污染水稻土中有机碳的累积量,增加土壤中活性碳库的组分,抑制土壤中原有有机碳的矿化分解,存在显著的负激发效应。     

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。     

基于整合分析方法评价我国生物质炭施用的增产与固碳减排效果

通过搜集公开发表的文献资料,运用整合分析方法(Meta-analysis)研究生物质炭施用对我国农作物产量和土壤固碳减排潜力的影响。结果表明,生物质炭施用显著提高了作物产量,平均增产幅度为15.1%,其中旱作作物平均增产16.4%,水稻增产10.4%。试验土壤和生物质炭材料本身的理化特性与田间管理方式均会影响生物质炭施用下作物的增产幅度。土壤酸碱度和质地是影响增产幅度的重要因素:强酸性土壤中施用生物质炭作物增产幅度显著高于中性和碱性土壤;黏土和砂土中施用生物质炭作物增产幅度显著高于壤土。生物质炭生产过程中的炭化温度对作物产量有重要影响,当炭化温度高于550℃时,作物增产不显著。生物质炭施用显著降低了农田土壤氧化亚氮(N_2O)排放量和稻田甲烷(CH4)排放量,平均降低幅度分别为13.6%和15.2%。土壤酸碱度和质地显著影响N_2O减排幅度;生物质炭在中性和碱性土壤中的减排效果显著高于酸性土壤,而在强酸性土壤中N_2O减排效果不显著;不同质地土壤中N_2O的减排效果表现为壤土砂土黏土,壤土减排量达33.9%。氮肥施用量高于150 kg·hm-2时,N_2O减排效果显著。稻田土壤施用生物质炭N_2O减排效果优于旱地。土壤质地和酸碱度显著影响稻田CH4排放对生物质炭输入的响应,强酸性或砂性土壤中施用生物质炭CH4减排效果明显,其减排幅度分别为46.1%和25.9%。我国农田中施用生物质炭,有利于达到增产和固碳减排的效果。今后生物质炭的农田施用应优先选择施用到酸性、黏性或砂性等肥力较差的土壤中,优先选择旱作农田;生物质炭制备时应将炭化温度控制在550℃以下。     

生物质炭和秸秆对土壤团聚体腐殖物质组成的影响

添加生物质炭和秸秆都是增加土壤有机碳含量的有效方式,但二者在增加土壤腐殖物质组分的差异鲜有报道。为了解生物质炭和秸秆对土壤团聚体腐殖质组分及腐殖化程度的影响,通过180 d的室内培养试验研究施入秸秆及生物质炭后土壤团聚体腐殖质不同组分含量的变化。试验结果表明,施用秸秆及生物质炭均显著提高土壤大团聚体(2～0.25 mm)内腐殖物质的有机碳含量,随着培养时间的延长,大团聚体腐殖物质含量逐渐降低。整个培养期施用秸秆或生物质炭均以胡敏素增加为主,施用生物质炭胡敏素含量更高。表明施用生物质炭和秸秆首先增加土壤大团聚体腐殖物质含量,随着时间延长腐殖物质向微团聚体转移,并且胡敏素是增加的主要组分,施加生物质炭效果较施加秸秆更为明显。随着培养时间延长,添加生物质炭后大团聚体土壤HE和HA的E4/E6值增高,而添加秸秆土壤HE和HA的E4/E6值降低。研究结果认为,在短期内,施加生物质炭及秸秆可提高土壤腐殖化程度,可以提高土壤不同粒级团聚体腐殖质有机碳含量,且施加生物质碳和秸秆对增加大团聚体(2～0.25 mm)腐殖物质有机碳含量效果较微团聚体(<0.25 mm)更为明显。添加生物质炭后大团聚体土壤HE和HA逐渐简单化,而添加秸秆土壤HE和HA逐渐复杂化。     

生物质炭输入对土壤CO2释放影响的研究

[目的]通过对比输入生物质炭的土壤和普通土壤中土壤含碳量和CO2释放量变化,分析两者的关系,研究土壤碳固定潜力。[方法]通过在自然土壤中输入不同含量的椰壳炭,研究生物质炭输入对土壤碳截留作用的影响,探讨土壤碳截留能力与CO2释放的关系。[结果]当施炭量为1%～8%时,平均每增加1%椰壳炭量,土壤有机碳量约增加5.9 mg/g,活性有机碳量约增加0.3 mg/g。施炭量1%～5%为土壤CO2释放量增加的阶段,施炭量3%～5%时土壤CO2释放量达到最大,为549 mg/m2,之后开始降低。[结论]生物质炭施用对土壤有机碳截获及CO2释放方面有重要影响,但所受影响的趋势与施炭量和试验时间有密切关系。     

生物质炭对土壤解磷菌分布及磷转化的影响研究进展

中国农田普遍缺磷,而磷肥易于被土壤颗粒固定,利用率低,导致土壤中留存大量固定态磷。激活土壤解磷菌是解决土壤有效磷缺乏与固定态磷素过量累积矛盾的关键。近年来,在生物质炭施用对土壤解磷菌群落影响方面的研究取得了一系列进展。本文综述了生物质炭施用对土壤解磷菌数量、群落组成、多样性、互作关系以及土壤磷酸酶活性的影响。最后,本文分析了目前生物质炭施用与解磷菌关系研究中的局限,并进行了研究展望,可以为科学施用生物质炭、活化土壤磷库提供理论基础和应用依据。     

生物炭与秸秆配施对设施土壤有机碳矿化及理化性质的影响

[目的]研究不同温度制备生物炭与秸秆配施对设施菜地土壤有机碳矿化特征及土壤理化性质的影响.[方法]以北京郊区设施菜地土壤为研究对象,进行室内矿化培养试验.[结果]生物炭与秸秆配施显著提高土壤有机碳矿化速率和累积矿化量,而单施生物炭对两者影响较小.添加300℃生物炭处理的土壤有机碳累积矿化量比添加600℃生物炭的处理高2.6％～17.6％,土壤有机碳累积矿化量随着秸秆添加量的增加而增大.生物炭的添加降低土壤有机碳的相对矿化潜力,额外添加等量秸秆也未能完全抵消生物炭对土壤有机碳相对矿化潜力的抑制作用.单施生物炭和生物炭与秸秆配施均显著提高土壤pH值和电导率.与单施生物炭相比,生物炭与秸秆配施对土壤有机质、碱解氮、有效磷含量的提升效果更为显著.[结论]施用生物炭对提高设施土壤有机质含量和碳库稳定性、促进固碳减排具有重要意义.而生物炭与秸秆配施不仅能够发挥生物炭的固碳功能,也能够提供更多的有效养分,更有利于改善设施土壤质量和促进土壤养分平衡.     

生物质炭输入对土壤有机碳库和CO_2排放的影响研究进展

由于生物质炭的碳化学结构主要以芳香碳为主,具有高度的生物化学和热稳定性,可长期保存于土壤中而不被土壤微生物所分解,因此其在增加土壤碳库容量、稳定土壤有机碳库以及维持土壤碳平衡方面发挥着重要作用。本研究综述了生物质炭输入对活性有机碳、腐殖质特性以及有机碳矿化特征的影响,较详细地分析了生物质炭输入对土壤CO_2通量的影响效果及其机制,最后展望了该方向今后的研究重点。     

DNDC模型模拟干旱区农田有机碳的变化趋势

[目的]利用生物地球化学模型,探讨长期不同施肥对干旱区绿洲农田土壤碳变化趋势以及农田的固碳效率.[方法]选择国家灰漠土长期肥力监测试验中的5种处理(hNPKM,NPKM,NPKS、NPK、CK),采用DNDC模型对土壤表层(0～20 cm)土壤有机碳150年(2010～2160年)的长期变化趋势进行预测.[结果]长期不同施肥处理下土壤有机碳固碳效果有明显的差异性,模拟结果表明:土壤有机碳含量与施肥时间之间符合抛物线方程,其中施用连续高量有机肥处理130 a后,土壤有机碳将达到极大值108.35 g/kg,固碳速率为52.95;;施用常量有机肥128 a,有机碳达到极大值63.86 g/kg,固碳速率为28.41;;秸秆还田处理121年后有机碳达到极大值19.14 g/kg,固碳速率为7.70;;施用化肥145 a,土壤有机碳达极大值17.54 g/kg,固碳效率为6.18;;而CK处理土壤有机碳逐年减少,仅为5.74 k/kg,比试验初始有机碳值降低3.08 g/kg.[结论]化肥与有机肥配施土壤有机碳的固碳速率最高,化肥平衡施肥、化肥与秸秆配施也具有固碳效果,但固碳速率小于化肥有机肥配施,而不施肥土壤有机碳逐渐减少,因此合理施用有机肥和化肥能够实现作物增产和土壤培肥的双赢.     

生物炭施用对节水灌溉稻田温室气体排放影响研究进展

对稻田温室气体排放特征,影响因素,水稻节水灌溉技术及其环境效应,生物炭在农业上的应用及其对农田土壤温室气体的减排效应进行了总结分析。针对节水灌溉引起稻田土壤有机碳含量降低的问题,提出应该从水稻节水灌溉技术与生物炭施用技术相结合的角度开展稻田温室气体排放规律及其对水碳联合调控的响应,节水稳产、固碳减排的稻田水碳管理模式等新的研究。