不同生物质炭对土壤有机碳矿化及其活性碳的影响

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生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展

生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展生物炭是一种由生物质在无氧或低氧环境下热解而成的固碳材料。

它具有具有孔隙结构、高比表面积和良好的化学稳定性等特点，因此被广泛应用于土壤改良和碳固定领域。

下面将对生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展进行探讨。

首先，生物炭作为土壤改良剂可以提高土壤质量，增强土壤水分保持能力和肥力。

研究表明，生物炭可以增加土壤水分保持能力，减少土壤中的水分蒸发和流失。

它的孔隙结构可以增加土壤孔隙度，改善土壤通气性和保水性，提高土壤肥力和作物产量。

此外，生物炭还可以吸附和保持土壤中的营养物质，如氮、磷、钾等，减少营养物质的流失，提高土壤肥力。

因此，生物炭在土壤改良方面的应用有助于固碳并提高土壤质量。

其次，生物炭可以降低甲烷和氧化亚氮等温室气体的排放。

研究发现，生物炭可以吸附和稳定有机物质，使其不易分解为甲烷等温室气体的前体物质。

此外，生物炭还可以提高土壤中的微生物活性，促进土壤中的硝化和反硝化过程，从而减少氧化亚氮的产生和排放。

因此，生物炭在减少温室气体排放方面具有潜力。

此外，生物炭还可以延缓土壤有机碳的分解和氧化过程，将其长期储存在土壤中。

研究发现，生物炭具有较高的化学稳定性，可以在土壤中长期存在。

它的孔隙结构可以保护生物质和有机质免于微生物分解，延缓有机碳的氧化过程。

此外，生物炭具有很长的生命周期，可以将固定的碳长期储存在土壤中，有效减少大气中的二氧化碳浓度。

总之，生物炭作为一种固碳材料，在土壤固碳方面具有广泛的应用潜力。

它可以改善土壤质量和水分保持能力，减少温室气体排放，延缓有机碳的分解和氧化过程。

然而，生物炭的应用还面临一些问题，如生产成本高和施用量的确定等。

因此，还需要进一步的研究来解决这些问题，并推动生物炭在土壤固碳方面的更广泛应用。

生物炭对土壤肥力、作物产量及品质的影响研究

生物炭对土壤肥力、作物产量及品质的影响研究摘要：所谓生物炭，主要是在厌氧或无氧条件下，经过低温热解，生物材料会形成一类具有孔隙率发达、性质稳定、含有碳素、比表面积较大等特点的固态多功能材料。

将生物炭应用在土壤中，可改善土壤结构、增加土壤养分、强化蓄肥保水力，使植物菌根更好的生长，最终可达到作物品质及产量提升的目的。

鉴于此，文章详细论述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质的影响，以期对业界人士有所参考与借鉴，最终能够为农业更好的发展助力。

关键词：生物炭；土壤肥力；作物产量；品质；影响前言：将生物炭应用在土壤改良中，不但能够改善土壤结构，也会使土壤养分含量获得更好提升，确保植物菌根的稳固健康生长，切实实现农作物产量与品质的提升。

如今，业界人士也在深入开展对生物炭的有关研究工作，相信在未来的农业发展中，一定会广泛的应用生物炭。

1生物炭对土壤养分的影响生物炭对土壤容重和孔隙度的影响与土壤团聚体的形成有关。

大量实验证明，生物炭中的醌基等官能团及其多孔性可使土壤团聚体的结构得以有效改善，且生物炭的性质与施加量均会使改善效果受到影响。

比如，生物炭粒径的大小会影响生物炭、微生物及土壤彼此间的互相作用效果，粒径粗的生物炭能够使大团聚体延缓形成，将生物炭加入到质地黏重的土壤中，一般会使大团聚体含量增加，同时也会使微团聚体含量降低。

与此同时，若生物炭施加量低或土壤和生物炭反应时间短时，那么会使团聚体的分布及稳定性得不到有效调节，将适量的生物炭长期施加在特定的土壤中，会显著提升土壤团聚体的形成过程，最终可有效提高其稳定性。

生物炭中有很多矿质营养元素，比如钙、钾、氮、磷等，这部分矿质营养元素能够有效提高土壤养分，同时也可保证生产力的提高。

生物材料通过低温热解后可得到生物炭，其中含有很高的碳元素，且碳氮比与钾含量等也非常高，然而，磷与氮的含量却很少，一旦温度不断增加，其中的碳含量会显著降低，其中的钾、磷和氮的含量则会增加，与此同时，PH值也会得到提升。

生物炭对土壤肥料的作用

生物炭对土壤肥料的作用
生物炭是一种通过生物质碳化过程制得的碳质材料。

它具有许多独特的性质，可以促进土壤肥力的提高和植物生长的促进。

以下是生物炭对土壤肥料的作用：
1.增加土壤通气性和保水性：生物炭的粉碎物具有空气孔隙，可增加土壤通气性，并能保持一定程度的土壤湿度，有助于抑制水分蒸发和水分流失。

2.提高土壤肥力：由于生物炭由生物质碳化而成，其具有很高的孔隙度和吸附能力，可以吸附和储存许多有机和无机物质。

因此，它可以将根系所需的养分和微生物固定在土壤中，有利于植物根系的生长和养分吸收。

3.改善土壤物理性质：生物炭的空气孔隙可以增加土壤的孔隙度和松散度，改善土壤物理性质。

它可以增加土壤的质量、改善侵入性，使水分渗透更深。

4.有机质的稳定：生物炭含有大量的氧化态碳，它不被微生物分解，不会使土壤中的有机质流失。

同时，它还能减少土壤中微生物降解天然有机质时产生的温室气体，降低土壤中的碳排放，对环境也有重要作用。

5.控制土壤酸碱度：生物炭的引入可以调节土壤的酸碱度。

它具有强大的缓冲能力，使土壤酸碱度保持在适宜的范围之内。

总之，生物炭是一种多功能肥料，我国已经大力推广生物炭农业技术，提高种植业的可持续性。

但要注意的是，生物炭的使用需要注意比例、施用方法等多种因素，以免影响土壤结构、影响植物的生长，造成浪费和环境的污染。

生物炭对土壤肥料的作用

生物炭对土壤肥料的作用1. 引言1.1 生物炭的定义生物炭是一种由生物质经过高温热解或氧化制备而成的黑色炭质材料。

它具有多孔结构和大表面积，具有很强的吸附性能。

生物炭不同于一般的煤炭或木炭，它经过特殊制备过程后含有丰富的微生物和有机物质，对土壤具有很好的改良作用。

生物炭在土壤中可以增加土壤的肥力、改善土壤结构、提高土壤保水保肥能力，并且可以促进土壤微生物的活性。

生物炭与其他肥料混合使用，可以提高肥料的利用率，减少肥料的流失，从而减少环境污染。

生物炭是一种具有很高应用价值的土壤改良剂，它不仅可以提高土壤肥力，改善土壤质地，还可以减少化肥的使用量，减少环境污染。

生物炭对土壤肥料的作用是非常积极的，有着广阔的应用前景。

1.2 生物炭对土壤肥料的重要性生物炭具有很强的吸附能力，能够吸附并固定土壤中的营养元素和有害物质，减少其在土壤中的流失和淋洗，从而提高土壤的肥力和保护环境的效果。

生物炭可以改善土壤的结构和通气性，增加土壤孔隙度，有利于根系生长和水分渗透，促进植物的生长和发育。

生物炭还可以促进土壤微生物的活性和多样性，增加土壤有机质的含量，提高土壤的肥力和生态系统的稳定性。

生物炭在土壤肥料中的应用具有重要的意义，可以提高土壤的肥力和水分保持能力，减少化肥的使用量，改善环境质量，实现可持续农业发展的目标。

研究和推广生物炭对土壤肥料的作用具有重要的现实意义和发展前景。

"2. 正文2.1 生物炭的制备方法生物炭的制备方法有多种，其中主要包括炭化和激活两个过程。

在炭化过程中，生物质被加热至高温而不氧化，使其转化为炭，而这个过程可以通过不同的方式来实现，比如慢炭化、快炭化、气化等。

慢炭化是将生物质加热到500-700摄氏度，这个过程需要一定的时间，但可以获得高质量的生物炭。

快炭化则是通过高温快速加热生物质，不需要太长时间，但生产的生物炭质量可能略低。

气化是指通过气体对生物质进行碳化，这个方法比较节能环保，但成本略高。

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制一、本文概述本文旨在探讨生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其潜在的作用机制。

生物炭作为一种由生物质经热解或气化产生的富含碳的固体产物，近年来在农业和环境科学领域引起了广泛关注。

由于其具有多孔性、高比表面积和良好的吸附性能，生物炭在改善土壤质量、提高土壤酶活性以及调控土壤微生物群落结构方面显示出巨大潜力。

本文首先介绍了生物炭的基本性质和制备方法，为后续研究提供基础。

接着，通过综述相关文献和实验数据，分析了生物炭对土壤酶活性的影响。

土壤酶作为土壤生物化学反应的重要催化剂，其活性直接影响着土壤中有机物的分解和养分的转化。

本文详细探讨了生物炭对几种关键土壤酶（如脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等）活性的影响及其机制。

本文还重点研究了生物炭对土壤细菌群落的影响。

土壤细菌作为土壤生态系统中最丰富和最重要的微生物类群之一，对土壤肥力和作物生长具有重要影响。

通过高通量测序等现代分子生物学技术，本文分析了生物炭处理下土壤细菌群落结构的变化，并探讨了生物炭对细菌群落多样性和功能的影响及其机制。

本文旨在全面解析生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其作用机制，为生物炭在农业可持续发展和生态环境保护中的应用提供科学依据。

二、生物炭对土壤酶活的影响土壤酶是土壤生物化学反应的重要驱动力，对土壤肥力和微生物活动具有重要影响。

生物炭作为一种新型的土壤改良剂，其对土壤酶活的影响一直是研究热点。

本部分将探讨生物炭对土壤酶活的影响及其可能的作用机制。

生物炭的施入可以显著提高土壤中某些酶的活性。

这主要归因于生物炭的多孔结构和巨大的比表面积，为土壤酶提供了更多的附着位点，从而增强了酶的活性。

生物炭的碱性特性也有助于提高土壤中某些酶的活性，尤其是在酸性土壤中。

生物炭对土壤酶活的影响还与其自身的理化性质密切相关。

生物炭的含碳量、灰分含量、表面官能团等特性都会影响其与土壤酶的相互作用。

例如，生物炭表面的负电荷可以吸引带正电荷的酶分子，从而增强酶的活性。

生物炭

生物炭化学前沿论文论文题目：生物炭的应用（综述）课程名称：化学前沿学院：化学与化工学院学生姓名：**学号：**********指导老师：**2015年7 月28 日生物炭的应用（综述）摘要近年来，随着南美亚马逊流域考古发现黑土（black earths）及对其进行深入的研究，了解到生物炭不仅能改变土壤的pH、改变土壤的有机质及土壤的水分，还能改变不同农作物的形态特征，并且能提高全球粮食安全保障，它更能减缓全球气候变化。

本文将从生物炭的元素组成及其物理化学性质；生物炭的制备和对土壤理化性质的影响生，物炭对作物物态特征和养分吸收的影响等方面进行综述，以便人们对生物炭有更进一步的了解和重视，从而减少因对生物炭的生产及农用重视程度不够而造成资源的大量浪费。

并且用废弃生物质生产生物炭，实现可持续发展道路。

关键词：生物炭、物化特征、影响、展望。

Application of biological carbon (review)AbstractIn recent years, with the South American Amazon River Basin earths black (black earths) and its in-depth study,To understand the biological carbon can not only change the soil pH, soil organic matter and soil moisture, it can also change the morphological characteristics of different crops, and can improve global food security, it can mitigate global climate change. The from the biological carbon elemental composition and physical and chemical properties; biological activated carbon prepared and on soil physical and chemical properties of effects, carbon on state characteristics of crops and nutrient absorption effect were reviewed, so that people of biochar has further understanding and recognition, thereby reducing the result of biochar production and agricultural utilization degree of attention is not enough to cause resources wasting. And the use of waste biomass production of biological carbon, to achieve sustainable development path.Key words: biological carbon, physical and chemical characteristics, influence and Prospect.引言自从进入21 世纪以来，人们逐渐遭到“环境、能源危机、粮食”等各种因素的影响，并且情况越来越变得严重，因此，不同国家的政府、专家、学者等都在探索着各种能够解决这些危机的办法，但效果却不是很明显。

生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展

生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展唐行灿;陈金林【摘要】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.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2015(042)013【总页数】8页(P153-160)【关键词】生物炭;土壤有机碳;土壤微生物【作者】唐行灿;陈金林【作者单位】南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037【正文语种】中文【中图分类】S154生物炭是生物质在相对低温（＜700℃）条件下限氧热解制备的高度芳香化、富含碳元素的黑色固体物质。

生物炭技术为废弃物处理、固碳减排、土壤生态系统功能改善提供了一条新途径。

由于具有高度芳香化结构，生物炭较其他形式的有机添加剂具有更强的抵抗土壤微生物降解的稳定性。

施加生物炭可以改善土壤持水、透气性和土壤团聚体结构，增加酸性土壤pH值［1］。

施加生物炭还能增加贫瘠土壤中养分的生物有效性，原因如下：（1）生物炭的灰分中含有一定量的可溶性营养元素；（2）具有较高阳离子交换量的生物炭通过吸附作用降低了土壤营养元素的淋溶；（3）施加生物炭抑制了土壤氮素通过氨挥发和反硝化作用以气体方式损失；（4）生物炭中含有的易变有机碳组分的分解可释放一定量的养分；（5）施加生物炭为微生物提供了良好的栖息地，增加微生物对氮、磷、硫等元素的固持能力。

有机质和生物炭的关系

有机质和生物炭之间存在密切的关系。

首先，生物炭是一种通过将生物质在高温下分解而制得的炭材料。

其有机质含量非常高，通常高达70%以上。

生物炭富含有机碳，当将其添加到土壤中时，可以增加土壤有机碳含量，进而提高土壤腐殖质和有机质的含量。

此外，生物炭还可以稳定有机质，延缓其分解，并通过促进微生物活动和增加土壤矿物质表面积等方式促进有机质的积累。

其次，土壤有机质是土壤的重要组成部分，可以改善土壤团粒结构和稳定性，改良土壤透水性和通气性，提升土壤保水保肥能力以及为植物输送营养等，是土壤肥力重要指标之一。

生物炭可以提高土壤有机质的含量和质量，进而提升土壤肥力。

此外，生物炭可以在土壤中存留数百年，甚至上千年的时间，其稳定性以及稳定化作用远远大于绿肥类易解有机物。

生物炭在土壤中存在的时间越长，就会与土壤之间产生一种保护基质，使得土壤有机质的氧化稳定性增强，进而提高土壤有机碳的积累。

综上所述，生物炭和有机质之间存在相互促进的关系。

生物炭可以提高土壤有机质的含量和质量，而土壤有机质又可以为生物炭提供稳定的存在环境，促进其长期保存和积累。

这种关系对于提高土壤肥力和促进农业可持续发展具有重要意义。

生物质炭和腐殖质对稻田土壤CH4和N2O排放的影响

第36卷第1期2022年2月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .36N o .1F e b .,2022收稿日期:2021-06-29资助项目:浙江省重点研发计划项目(2019C 02008-03);国家自然科学基金项目(31700540) 第一作者:陈峰(1994 ),男,硕士研究生,主要从事土壤碳汇与全球气候变化研究㊂E -m a i l :c h e n f e n g z a f u @126.c o m 通信作者:刘娟(1978 ),女,副教授,硕士生导师,主要从事土壤碳汇与全球气候变化研究㊂E -m a i l :l i u ju a n @z a f u .e d u .c n 生物质炭和腐殖质对稻田土壤C H 4和N 2O 排放的影响陈峰1,2,刘娟1,2,郑梅群1,2,姜培坤1,2,吴家森1,2,李永夫1,2,李松昊3(1.浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室,浙江临安311300;2.浙江农林大学浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室,浙江临安311300;3.杭州市临安区农林技术推广中心,浙江临安311300)摘要:为探讨生物质炭与腐殖质单独施用与配合施用对稻田土壤C H 4和N 2O 气体排放以及水稻产量的影响㊂以浙江临安潜育性水稻土的稻田系统为研究对象,设置2个水稻秸秆生物质炭添加水平(0,20t /h m 2)和3个腐殖质水平(0,0.6,1.2t /h m 2),共6个处理,分别为:(1)B 0F 0(对照,不添加生物质炭和腐殖质);(2)B 0F 1(腐殖质用量为0.6t /h m 2);(3)B 0F 2(腐殖质用量为1.2t /h m 2);(4)B 1F 0(生物质炭用量为20t /h m 2);(5)B 1F 1(生物质炭和腐殖质用量分别为20,0.6t /h m 2);(6)B 1F 2(生物质炭和腐殖质用量分别为20,1.2t /h m 2),研究生物质炭和腐殖质输入对水稻产量㊁稻田C H 4和N 2O 气体排放的影响㊂结果表明:(1)与B 0F 0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或生物质炭与腐殖质配施均降低了土壤C H 4累积排放量,但增加了土壤N 2O 累积排放量;(2)生物质炭处理对GW P (g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l )和G H G I (g r e e n h o u s e g a s i n t e n s i t y )没有显著影响(P >0.05),腐殖质处理显著降低了GW P 和G H G I (P <0.05),生物质炭和腐殖质对GW P 和G H G I 存在显著交互作用(P <0.05);(3)与B 0F 0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或者生物质炭与腐殖质配施均能在一定程度上减少单位水稻产量的温室气体排放强度(G H G I ),B 0F 2处理的G H G I 最低,表明单施腐殖质处理(腐殖质用量为1.2t /h m2)稻田土壤的减排效果和环境效应最好㊂研究结果为进一步探讨稻田土壤固碳减排提供数据支撑和理论依据㊂关键词:生物质炭;腐殖质;温室气体;综合温室效应;温室气体强度中图分类号:S 511.3 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2022)01-0368-07D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2022.01.047E f f e c t s o fB i o c h a r a n dH u m u s o nC H 4a n dN 2OE m i s s i o n s i nP a d d y Fi e l d C H E NF e n g 1,2,L I UJ u a n 1,2,Z H E N G M e i qu n 1,2,J I A N GP e i k u n 1,2,WUJ i a s e n 1,2,L IY o n g f u 1,2,L I S o n gh a o 3(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S u b t r o p i c a lS i l v i c u l t u r e ,Z h e j i a n g A&F U n i v e r s i t y ,L i n a n ,Z h e j i a n g 311300;2.Z h e j i a n g K e y L a b o r a t o r y o f C a r b o nC y c l i n g i nF o r e s tE c o s y s t e ma n dC a r b o nS e q u e s t r a t i o n ,Z h e j i a n g A&F U n i v e r s i t y ,L i n a n ,Z h e j i a n g 311300;3.L i n a nA g r i c u l t u r a lT e c h n o l o g y E x t e n s i o nC e n t r e ,L i n a n ,Z h e j i a n g 311300)A b s t r a c t :T o e v a l u a t e t h e e f f e c t s o f s i n g l e a n d c o m b i n e d a p p l i c a t i o no f b i o c h a r a n dh u m u so nC H 4a n dN 2Oe m i s s i o n i n p a d d yf i e l d a n d r i c e y i e l d ,t a k i ng th e p a d d y fi e l ds y s t e mo f g l e y i c p a d d y s o i l i nL i n 'a n ,Z h ej i a n g P r o v i n c e a s t h e r e s e a r c ho b j e c t ,t w o a d d i t i o n l e v e l s o f r i c e s t r a wb i o c h a r (0a n d 20t /h m 2)a n d t h r e e a d d i t i o n l e v e l s o f h u m u s (0,0.6a n d 1.2t /h m 2)w e r e s e t i n t h e e x p e r i m e n t ,a n d a t o t a l o f s i x t r e a t m e n t sw e r e c a r r i e d o u t ,w h i c hw e r e B 0F 0(c o n t r o l ,w i t h o u t b i o c h a r o r h u m u s 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u s e g a s i n t e n s i t y )(P >0.05).H u m u s t r e a t m e n t s i g n i f i c a n t l y de c r e a s e dGW Pa n dG H G I (P <0.05).B i o c h a r a n d h u m u sh a d s i g n if i c a n t i n t e r a c t i o no nGW Pa n dG H G I (P <0.05).(3)C o m p a r e dw i t hB 0F 0,t h e a p pl i c a t i o no f b i o c h a r a n d h u m u s a l o n e o r t h e c o m b i n e d a p p l i c a t i o n c o u l d r e d u c e g r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n i n t e n s i t y(G H-G I)p e r u n i t r i c e y i e l d t o a c e r t a i ne x t e n t.T h eG H G I o f B0F2t r e a t m e n tw a s t h e l o w e s t,i n d i c a t i n g t h a t t h e a p p l i c a t i o no f h u m u s a l o n e(t h e a m o u n t o f h u m u sw a s1.2t/h m2)h a d t h e b e s t e m i s s i o n r e d u c t i o n e f f e c t a n d e n v i r o n m e n t a l e f f e c t.T h e r e s u l t s c o u l d p r o v i d ed a t as u p p o r t a n dt h e o r e t i c a l b a s i s f o r f u r t h e rd i s c u s s i o no n c a r b o n s e q u e s t r a t i o na n d e m i s s i o n r e d u c t i o n i n p a d d y s o i l.K e y w o r d s:b i o c h a r;h u m u s;g r e e n h o u s e g a s;GW P;G H G I2013年I P C C的第5次评估报告[1]指出,气候变化及其应对问题是当今国际社会极为关注的重大全球性问题㊂C H4和N2O作为最主要的温室气体,其单位质量的增温潜势分别是C O2的25,298倍[1]㊂稻田是农田土壤主要的C H4排放源,全球稻田C H4排放量为25~50T g/a,约占全球人为总排放的12%~ 26%[2]㊂由于化学氮肥的大量施用,增加了农田土壤氧化亚氮(N2O)的排放,稻田N2O排放约占农田N2O排放的11%[3]㊂水稻是我国主要粮食作物,国内约有65%以上的人口以稻米为主食[4],中国稻田面积约占世界水稻总面积的23%,位居世界第二[5]㊂因此,如何减少稻田C H4和N2O排放是我国乃至世界的研究热点㊂生物质炭(b i o c h a r)是植物生物质在无氧或缺氧的条件下经高温热解产生的一类高度芳香化㊁富含碳的难熔性固态物质,具有高稳定性和强吸附性的特点[6]㊂农田土壤中施用生物质炭增加了土壤有机碳含量和稳定性,对土壤C㊁N循环和温室气体排放产生重要影响[7-9]㊂通过整合分析方法(m e t a-a n a l y s i s)对我国农田土壤生物质炭的研究[10]表明,生物质炭施用显著降低了农田土壤N2O排放量㊁稻田C H4排放量和GW P,平均降低幅度分别为14%,15%,16%㊂生物质炭中存在一些易降解的有机碳成分,为产甲烷菌提供了底物,施用生物质炭增加了稻田C H4排放[7]㊂腐殖质是动植物遗骸经过微生物的分解和转化,以及地球化学的一系列过程积累起来的一类有机物质,其对土壤有机质和作物产量具有重要影响[11-12]㊂陈佳等[11]在盐碱地的试验结果表明,与对照相比,单施腐殖质㊁复合肥和腐殖质配施土壤有机质分别增加了35%,61%㊂张沁怡等[12]研究发现,腐殖质添加显著增加了水稻产量,当腐殖质用量为1,10,100k g/ h m2时,水稻产量分别增加了10%,13%,8%㊂农田土壤添加腐殖质的研究多集中于其对作物生长和产量的影响,但腐殖质施用对稻田土壤温室气体排放的研究较少㊂少数农田土壤腐殖质添加的研究[13]表明,腐殖质添加促进了土壤N2O排放,对C H4排放没有显著影响㊂本文以浙江临安潜育性水稻土的稻田系统作为研究对象,研究生物质炭与腐殖质单独施用与配合施用对稻田土壤C H4和N2O气体排放以及水稻产量的影响,为进一步探讨稻田土壤固碳减排提供数据支撑和理论依据㊂1材料与方法1.1研究区概况试验地点为浙江省杭州市临安区於潜镇,地处浙江省西北部,属于亚热带季风性气候㊂全年平均降水量约为1614mm,降雨大多发生在4 10月,年平均降水日158天,全年平均气温16.6ħ,年平均无霜期241天,年日照时间达1900h以上,土壤类型属于潜育性水稻土,试验开始前的种植制度为稻麦轮作㊂试验期间(2020年7 11月)累积降水量777 mm,月平均气温25.7ħ㊂试验前0 20c m耕作层土壤理化性质为:p H(H2O)5.61,有机碳和全氮分别为19.2,1.34g/k g,碱解氮㊁速效钾㊁有效磷分别为100.03,131.04,19.50m g/k g,容重1.02g/c m3,阳离子交换量(C E C)13.3c m o l/k g㊂生物质炭购自江苏华丰农业生物工程有限公司,为工厂储存的水稻秸秆生物质炭,温度为600ħ热解炭化得到,其基本性质为:p H(H2O)8.51,有机碳140.9g/k g,全氮5.9g/k g,容重为0.26g/c m3,C E C 为25.3c m o l/k g㊂腐殖质购自安徽无为县花卉肥料厂,其p H(H2O)7.71,有机碳含量32.5g/k g,腐殖质含量20%~40%㊂生物质炭和腐殖质在施加前均过2mm筛处理㊂1.2试验设计本试验为2因素(生物质炭和腐殖质)不同添加水平的田间小区试验㊂生物质炭添加水平分别为0, 20t/h m2,腐殖质添加水平分别为0,0.6,1.2t/h m2㊂6个处理分别为:B0F0(对照,不添加生物质炭和腐殖质);B0F1和B0F2(不添加生物质炭,腐殖质添加量分别为0.6和1.2t/h m2);B1F0㊁B1F1和B1F2(生物质炭添加量均为20t/h m2,腐殖质添加量分别为0, 0.6,1.2t/h m2),每个处理3次重复㊂试验共18个小区,每个小区大小为5mˑ5m,随机排列㊂为了防止串水串肥,小区田埂用黑色塑料膜包裹,每个小区设963第1期陈峰等:生物质炭和腐殖质对稻田土壤C H4和N2O排放的影响独立的灌排水口㊂供试水稻品种为嘉丰优2号 ,水稻于7月12日移栽,行㊁株距为24c mˑ24c m,11月15日收获㊂水稻生长前期保持淹水,分蘖期后排水晒田,晒田期为8月16 31日,之后恢复灌溉,保持土壤湿润,后期逐渐排干水分㊂所有处理的施肥量㊁施肥方式㊁田间病虫害管理措施同当地农户习惯常规管理一致㊂水稻施氮肥(以N计)㊁磷肥(以P2O5计)㊁钾肥(以K2O 计)分别为270,75,150k g/h m2,基肥(7月11日)和分蘖肥(7月24日)的氮肥用量均为135Nk g/h m2,基肥采用当地农民常用复合肥(NʒP2O5ʒK2O为17ʒ10ʒ17),追肥采用尿素(含氮量46%)和氯化钾㊂基肥撒施于土壤表层并均匀翻耕,追肥均匀撒施于土壤表层㊂生物质炭和腐殖质于7月11日一次性施加到土壤0 20c m耕作层,手工充分混匀㊂1.3样品采集与测定采用静态箱气相色谱法对稻田土壤C H4和N2O排放通量进行测定㊂样品的采集从水稻移栽开始至水稻收获,约1周采集1次样品,追肥后相应地增加取样频率㊂水稻插秧前每个小区布置1个静态箱底座㊂静态箱为组合式,由顶箱㊁箱体和基座3部分组合而成,制作材料为P V C硬塑料板,顶箱的尺寸为0.5mˑ0.5mˑ0.5m,在顶箱侧面中心有采气孔,采样前用橡胶塞进行密封;基座的尺寸规格为0.5mˑ0.5mˑ0.2m㊂气体采样时间安排在上午9:00 11:00㊂采样前1天,检查气袋的密封性,并对气袋进行抽真空㊂每次采样前将底座注满水防止采样时底座漏气,接着将顶箱放入基座凹槽中㊂然后利用60m L注射器从橡胶密封塞处插入静态箱中进行气体的采集,采样时间分别为盖上顶箱后的0,10, 20,30m i n,抽取好气样后立即注入气袋㊂后期等到水稻长到一定高度,每次采样前先将箱体放入基座凹槽中,然后将顶箱放入箱体凹槽中采气㊂为确保箱体内气体密度均匀,顶箱内部装有个小风扇,取样前10 m i n开启使箱内气体混匀㊂采样结束后,利用岛津G C-2014气相色谱仪(S H I MA D Z U,G C-2014,日本)对气体样品的浓度进行测定,C H4由火焰离子化检测器(F I D)分析,温度为200ħ,载气为高纯氢气和氧气㊂N2O由电子捕获检测器(E C D)分析,温度为250ħ,载气为高纯氮气㊂每次采集气体样品的同时,采集0 20c m土层的土壤样品,带回实验室后,先除去可见的石块和根系,放在4ħ冰箱备用㊂参考鲁如坤[14]的试验方法,对样地土壤基本性质进行测定:分别采用p H计法(土水比1ʒ2.5)㊁重铬酸钾外加热法㊁碱解扩散法㊁H C l-N H4F浸提钼锑抗比色法㊁乙酸铵浸提火焰光度计法㊁环刀法㊁凯氏定氮法㊁乙酸铵交换法测定土壤p H㊁土壤总有机碳㊁土壤碱解氮㊁土壤有效磷㊁速效钾㊁容重㊁全氮㊁阳离子交换量㊂2020年11月15日水稻收获,每个小区实打实收,人工收割脱粒,测定含水量,计算水稻产量(k g/h m2)㊂1.4数据处理土壤N2O和C H4排放通量的计算公式为:F=ρV A P PT0Td C td t式中:F为C H4㊁N2O的排放通量(m g/(m2㊃h));ρ为标准状态下C H4㊁N2O气体的密度(m g/m3);A为静态箱的底面积大小,即采集土壤表面积(m2);V为静态箱内的空间体积(m3);d C t/d t为单位时间静态箱内C H4㊁N2O气体浓度的变化量(μL/(m3㊃h)); T0为标准状态下的空气的绝对温度(ħ);P0为标准状态下的气压(k P a);T为取样时静态箱内空气的绝对温度(ħ);P为大气压(k P a)㊂土壤N2O和C H4累积排放通量的计算公式为: M=ðni=1(F i+1+F i)/2ˑ(t i+1-t i)ˑ24ˑ10-5式中:M为C H4㊁N2O累积排放量(k g/h m2);F为土壤C H4㊁N2O排放通量(m g/(m2㊃h));i为采样次数;t为采样时间;n为总测定次数;t i+1-t i为2次采样时间的间隔天数(d)㊂在100年时间尺度上,C H4和N2O的GW P分别为C O2的25,298倍[1],因此,全球增温潜势GW P (C O2-e q k g/h m2)计算公式为:GW P=M(C H4)ˑ25+M(N2O)ˑ298式中:GW P为综合温室效应(C O2-e q k g/h m2); M(C H4)为C H4水稻生长期累积排放量(k g/h m2); M(N2O)为N2O水稻生长期累积排放量(k g/h m2)㊂温室气体强度G H G I计算公式为:G H G I=GW P/W式中:G H G I为温室气体强度(C O2-e q k g/k g);W 为水稻产量(k g/h m2)㊂利用S P S S26.0软件进行统计分析,O r i g i n2017软件作图㊂不同处理及时间变化对温室气体排放通量的影响采用重复测量方差分析(r e p e a t e dm e a s u r e s A N O V A),生物质炭和腐殖质对C H4㊁N2O气体累积排放量㊁水稻产量㊁GW P和G H G I的影响采用双因素方差分析(T w o-w a y A N O V A),用L S D多重检验法检验不同处理间差异的显著性㊂本文中所有数据均是3次重复的平均值ʃ标准误差㊂除特殊说明外,显著性水平ɑ=0.05㊂073水土保持学报第36卷2结果与分析2.1C H4排放通量和累积排放量由图1可知,不同处理水稻生长周期内C H4排放通量均呈现了显著的时间分异规律(P<0.01)㊂水稻生长期间B0F0㊁B0F1㊁B0F2㊁B1F0㊁B1F1和B1F2的C H4平均排放通量分别为10.76,7.84,5.49,8.74, 7.10,8.98m g/(m2㊃h)㊂生物质炭处理对土壤C H4排放通量没有显著影响(P>0.05),腐殖酸显著影响C H4排放通量(P<0.05)㊂各处理C H4排放的峰值均出现在水稻生长前期,B0F0峰值在7月31日出现,峰值为50.02m g/(m2㊃h),B0F1㊁B0F2和B1F1峰值均出现在8月7日,分别为33.67,26.03,33.34 m g/(m2㊃h),B1F0和B1F2的峰值均出现在8月14日,分别为39.70,33.56m g/(m2㊃h)㊂由表1可知,双因素方差分析的结果表明,生物质炭处理对C H4累积排放量没有显著影响(P> 0.05),腐殖质处理显著降低C H4累积排放量(P< 0.05),腐殖质和生物质炭之间对C H4累积排放量存在显著交互作用(P<0.01)㊂在B0水平下,添加腐殖质减少了C H4累积排放量,与B0F0相比,B0F1和B0F2的C H4累积排放量分别降低了22.8%,46.6%㊂在B1水平下,与B1F0相比,B1F1和B1F2的C H4累积排放量分别降低了20.3%,4.3%,B1F2与B1F0之间的差异未达显著水平(P>0.05)㊂在F0和F1水平下,施加生物质炭对C H4累积排放量均呈下降趋势,但处理间未达差异显著水平(P>0.05)㊂在F2水平下,与B0F2处理相比,B1F2处理的C H4累积排放量显著增加了59.5%(P<0.05)(图1)㊂注:误差线表示标准误差(n=3);T㊁F㊁B分别为采样时间㊁腐殖质处理㊁生物质炭处理;图柱上方不同大写字母表示同一生物质炭施用量水平下腐殖质施用量不同对甲烷累积排放量的影响差异显著(P<0.05);不同小写字母表示同一腐殖质施用量水平下生物质炭施用量不同对甲烷累积排放量的影响差异显著(P<0.05)㊂下同㊂图1生物质炭和腐殖质对稻田C H4排放通量和累积排放量的影响表1生物质炭和腐殖质对稻田C H4㊁N2O累积排放量㊁水稻产量㊁G W P和G H G I的双因素方差分析变量显著水平生物质炭腐殖质生物质炭ˑ腐殖质C H4累积排放量F2.65026.88320.561P0.130<0.01<0.01N2O累积排放量F0.7744.54720.318P0.396<0.05<0.01产量F0.7663.2790.554 P0.3990.0730.589GW P F2.22524.42918.470P0.162<0.01<0.01G H G I F0.5819.49210.579P0.461<0.01<0.012.2N2O排放通量和累积排放量由图2可知,不同处理水稻生长周期内N2O排放通量均显示了显著的时间分异规律(P<0.01)㊂水稻生长期间B0F0㊁B0F1㊁B0F2㊁B1F0㊁B1F1和B1F2的N2O排放通量的均值分别为0.018,0.044, 0.034,0.042,0.034,0.039m g/(m2㊃h),生物质炭和腐殖质处理对N2O排放通量均没有显著影响(P> 0.05)㊂各处理N2O排放主要出现在水稻生长前期,各处理N2O排放通量出现峰值的时间为:B0F0㊁B1F0和B1F2的峰值均出现在7月31日,分别为0.076,0.332, 0.367m g/(m2㊃h),B0F1和B0F2的峰值均出现在8月14日,分别为0.353,0.180m g/(m2㊃h),B1F1的峰值在7月27日出现,峰值为0.202m g/(m2㊃h)㊂由表1可知,双因素方差分析结果表明,生物质炭处理对N2O累积排放量没有影响(P>0.05),腐殖质处理显著影响了N2O的累积排放量(P<0.05),生物质炭和腐殖质对N2O累积排放量存在显著的交互作用(P<0.01)㊂在B0水平下,添加腐殖质增加了N2O 累积排放量,与B0F0相比,B0F1和B0F2的N2O累积排放量分别显著增加了164.9%,86.9%(P< 0.05);在B1水平下,添加腐殖质减少了N2O累积排放量,与B1F0相比,B1F1和B1F2的N2O累积排放量分别显著降低了28.9%,31.5%(P<0.05)㊂在F0水平下,施加生物质炭显著增加了N2O累积排放量(P<0.05),与B0F0相比,B1F0的N2O累积排放量173第1期陈峰等:生物质炭和腐殖质对稻田土壤C H4和N2O排放的影响显著增加了114.1%(P<0.05);在F1水平下,与B0F1相比,B1F1的N2O累积排放量降低了42.5%(P<0.05);在F2水平下,施加生物质炭对N2O累积排放量没有显著影响(P>0.05)(图2)㊂图2生物质炭和腐殖质对稻田N2O排放通量和累积排放量的影响2.3水稻产量由表1可知,生物质炭和腐殖质对水稻产量均没有显著影响(P>0.05),生物质炭与腐殖质对水稻产量没有显著交互作用(P>0.05)㊂B0F0㊁B0F1㊁B0F2㊁B1F0㊁B1F1和B1F2的平均产量分别为10307, 9197,9483,10148,9651,9875k g/h m2(图3)㊂图3生物质炭和腐殖质对水稻产量的影响2.4G W P和G H G I生物质炭对GW P没有显著影响(P>0.05),腐殖质处理显著降低了GW P(P<0.05),生物质炭和腐殖质对GW P存在显著的交互作用(P<0.05)(表1)㊂水稻生长期间B0F0㊁B0F1㊁B0F2㊁B1F0㊁B1F1和B1F2的GW P分别为5362,4363,3024,4923, 3902,4641C O2-e q k g/h m2(图4)㊂由图4可知,在同一生物质炭水平下,添加腐殖质有减少G W P的趋势㊂在B0水平下,与B0F0相比, B0F1和B0F2的G W P分别降低了18.6%,43.6%(P<0.05);在B1水平下,与B1F0相比,B1F1和B1F2的G W P降低了20.7%(P<0.05),5.7%,B1F2与B1F0的差异未达显著水平(P>0.05)㊂在F0和F1水平下,施加生物质炭有降低G W P的趋势,但处理间差异未达显著水平(P>0.05);在F2水平下,与B0F2处理相比, B1F2的GW P显著增加了53.5%(P<0.05)㊂生物质炭处理对G H G I没有显著影响(P> 0.05),腐殖质处理显著降低了G H G I(P<0.05),生物质炭和腐殖质之间对G H G I的影响存在显著交互作用(P<0.05)(表1)㊂水稻生长期间B0F0㊁B0F1㊁B0F2㊁B1F0㊁B1F1和B1F2的G H G I分别为0.52, 0.48,0.32,0.49,0.41,0.47C O2-e q k g/k g(图4)㊂由图4可知,在同一生物质炭水平下,添加腐殖质均有减少G H G I的趋势㊂在B0水平下,与B0F0相比,B0F2的G H G I降低了38.4%(P<0.05),B0F1没有显著影响(P>0.05);在B1水平下,与B1F0相比,B1F1的G H G I降低了17.3%(P<0.05),B1F2没有显著影响(P>0.05)㊂在F0和F1水平下,施加生物质炭有降低G H G I的趋势,但处理间差异未达显著水平(P>0.05),在F2水平下,与B0F2相比, B1F2的G H G I显著增加了46.4%(P<0.05)㊂图4生物质炭和腐殖质对G W P和G H G I的影响273水土保持学报第36卷3讨论3.1生物质炭和腐殖质对C H4排放的影响本研究中,在F0和F1水平下,生物质炭均呈现了降低C H4排放的趋势,但处理之间差异未达显著水平㊂蒋晨等[15]通过稻田试验研究了3种类型的生物质炭(稻秆炭㊁麦秆炭㊁竹炭)对C H4排放的影响发现,与对照相比,3种类型的生物质炭均显著降低C H4排放㊂刘成等[10]通过利用整合分析方法(M e t a-a n a l y s i s)对我国农田土壤生物质炭的研究表明,生物质炭施用显著降低了稻田甲烷(C H4)排放量,平均降低幅度为15.2%㊂生物质炭减少C H4排放的原因可能是既增加了产甲烷菌,也增加了甲烷氧化菌,并且对甲烷氧化菌的增高比例显著高于对产甲烷菌的增高比例,从而降低了C H4排放[16]㊂但在F2水平下,添加生物质炭显著增加了C H4累积排放量,说明生物质炭对C H4累积排放量受腐殖质输入水平的影响,当腐殖质用量增加时,C H4累积排放量增加㊂本研究中,双因素方差分析结果表明,腐殖质和生物质炭对土壤C H4排放存在显著交互作用,可能是较高量的腐殖质刺激并加强了微生物活性,但相关机理尚需进一步研究㊂腐殖质是动植物遗骸经过微生物分解㊁转化和地球化学形成的有机物质[12]㊂本研究中,在B0和B1水平下,添加腐殖质均降低了C H4累积排放量,其原因可能是腐殖质通常会作为电子受体限制C H4的排放[17]㊂也有少数相关研究[13]表明,尽管腐殖质的施用为C H4产生提供了丰富的底物,但由于试验样地较高的盐分含量抑制了C H4排放,导致腐殖质施用对C H4排放没有影响㊂3.2生物质炭和腐殖质对N2O排放的影响生物质炭的施用可通过改变土壤的孔隙性和微生物活性,从而影响N2O的排放㊂本研究中,在F0水平下,添加生物质炭显著增加了N2O累积排放量,这与已有的研究[18]结果一致㊂S h e n等[18]通过湖南长沙典型的双季稻田研究发现,与对照相比,添加小麦秸秆制成的生物质炭增加了N2O排放㊂N2O排放增加的原因可能包括:(1)生物质炭能增加土壤氨氧化菌的数量,从而促进土壤硝化过程及相应的N2O 产生[19];(2)生物质炭改善土壤的通气性,更多的O2可能干扰到N2O还原酶,从而导致N2O增加[18]㊂但在F1和F2水平下,添加生物质炭则降低了N2O 累积排放量,说明生物质炭对N2O累积排放量受腐殖质加入水平的影响,可能是生物质炭和腐殖质对N2O累积排放量存在交互作用,使得反硝化作用的底物减少,从而降低N2O的排放,其作用的机理需要进一步研究㊂少数腐殖质添加的研究[13]表明,腐殖质增加了N2O排放量,在无氮肥施用下,添加腐殖质增加了N2O累积排放量35%;在氮肥施用条件下,添加腐殖质增加了N2O累积排放量4%㊂本试验中,在B0水平下,添加腐殖质显著增加了N2O累积排放量,原因是腐殖质施入后增加了土壤氧化还原电位,土壤氧化还原电位与N2O排放呈显著正相关[13]㊂在B1水平下,由于受腐殖质和生物质炭交互作用的影响,添加腐殖质则降低了N2O累积排放量,也说明腐殖质对N2O累积排放量受生物质炭加入水平的影响㊂3.3生物质炭和腐殖质对水稻产量的影响产量是水稻生长的重要指标,可直观体现肥料肥效㊂本试验中,生物质炭和腐殖质处理对水稻产量均没有显著影响,这与已有研究[20-21]结果一致㊂张斌等[20]通过稻田试验发现,在施氮肥处理下,施用生物质炭对水稻产量没有显著影响㊂曲晶晶[21]通过早晚稻试验研究发现,与不添加生物质炭C0(0t/h m2)相比,施用2种水平的生物质炭C1(20t/h m2)㊁C2(40 t/h m2)对早稻产量均无显著影响㊂L i u等[22]根据整合国内外已经发表的试验数据发现,生物质炭对水稻产量的影响受到作物类型㊁土壤性质㊁生物质炭类型等因素的控制,与小麦和玉米相比,生物质炭施用对水稻增产作用非常有限㊂由于当地土壤肥力较高(土壤略呈微酸性,有机质和有效钾较丰富)[20]㊁水肥条件好㊁外源物质(生物质炭和腐殖质)不易产生增产效应㊂3.4生物质炭和腐殖质对G W P和G H G I的影响GW P常被用来比较不同温室气体对气候的潜在效应,G H G I表示农业中生产单位产量的粮食对气候的影响[23]㊂本研究中,在F0和F1水平下,生物质炭有降低GW P和G H G I的趋势,F2水平下,生物质炭显著增加了GW P和G H G I,表明生物质炭对GW P和G H G I的影响受腐殖质处理的影响,二者之间存在显著交互作用㊂但综合生物质炭和腐殖质双因素的方差分析结果表明,生物质炭对G H G I和GW P没有显著影响,腐殖质显著降低了GW P和G H G I与已有研究[13,24]结果一致㊂蓝兴福等[24]通过稻田研究发现,与对照相比,添加8t/h m2的生物质炭对早晚稻的GW P没有显著影响㊂S u n等[13]通过稻田试验研究发现,氮肥配施腐殖质能在一定程度上降低G H G I㊂本试验中,B0F2处理的G W P和G H G I均最低,表明单施腐殖质处理(腐殖质用量为1.2t/h m2)时稻田土壤的减排效果和环境效应最好㊂373第1期陈峰等:生物质炭和腐殖质对稻田土壤C H4和N2O排放的影响4结论稻田生态系统作为重要的农业温室气体排放源,单独施用生物质炭和腐殖质或生物质炭与腐殖质配施均降低了土壤C H4累积排放量,增加了土壤N2O 累积排放量,在一定程度上减少了单位水稻产量的温室气体排放强度㊂单独添加腐殖质处理(腐殖质用量为1.2t/h m2)对GW P和G H G I降低幅度最大,因此,在今后的研究中应更加关注腐殖质对稻田土壤固碳减排效果和环境效应,为实现我国农业碳中和碳达峰提供参考㊂参考文献:[1] S t o c k e rTF,Q i nD,P l a t t n e rG K,e t a l.T h eP h y s i c a lS c i e n c eB a s i s.C o n t r i b u t i o no f W o r k i n g G r o u pΙt ot h eF i f t hA s s e s s m e n tR e p o r to f t h eI n t e r g o v e r n m e n tP a n e lo n C l i m a t e C h a n g e[M].U K:C a m b r i d g e U n i v e r s i t yP r e s s,2013:e1535.[2]尉海东.稻田甲烷排放研究进展[J].中国农学通报,2013,29(18):6-10.[3]薛建福,濮超,张冉,等.农作措施对中国稻田氧化亚氮排放影响的研究进展[J].农业工程学报,2015,31(11):1-9. 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农业废弃物生物质炭在土壤有机污染治理中的应用-PPT汇报

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第１１卷第４期　２０１６年ｌ２月　版　亚热带资源与环境学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｖ０１．１　１　Ｎｏ．４　

Ｄｅｃｅｍｂｅｌ－　２０１６　

Ｉ　ｉｕ　Ｙａｎ，Ｙｉｎ　Ｙｕｎ—ｆｅｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｚｈｉ　ｗｅｉ，ｅｌ　ａ１．Ｉｎ）ｐａｃｔｓ　ｏｆｂｉｏｅｈａｒｓ　ｏｎ　ｓｏｉｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌａｂｉｌｅ　ｃａｒｂｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎ，ｎｅｎｌ，２０１６，１１（４）：９－１４，３６．［刘岩，尹云锋，陈智伟，等．不同生物质炭对土壤有机碳矿化及其活性碳的影响　［Ｊ］．亚热带资源与环境学报，２０１６，１１（４）：９－１４，３６．］　

不同生物质炭对土壤有机碳矿化及其活性碳的影响　刘　岩　，尹云锋　，陈智伟　，尹　艳　，马红亮　，高　人　（１．福建师范大学地理科学学院，福州３５０００７；　２．福建省湿润亚热带山地生态重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地，福州３５０００７）　

摘　要：通过室内培养实验，研究了２种木本材料（木荷和杉木）在３种热解温度下（３５０　℃、５５０℃、７５０℃）制备的生物质炭对土壤有机碳矿化和微生物生物量碳（ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｃａｒｂｏｎ，ＭＢＣ）以及可溶性有机碳（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ）的影响。结果表明：２种　材料在不同热解温度下制备的生物质炭均显著增加了土壤ＣＯ，一Ｃ累积释放量，并且添加木荷　生物质炭处理的土壤ＣＯ　一Ｃ累积释放量为添加杉木生物质炭处理的１．０２～１．１３倍。同一材料　不同热解温度的生物质炭对土壤ＣＯ，．Ｃ累积释放量的影响同样存在显著差异，且热解温度越　低，累积释放量越高。此外，与对照土壤相比，生物质炭的加入显著降低了土壤ＭＢＣ含量，　但不同生物质炭处理之间土壤ＭＢＣ的差异并不显著。相同热解温度条件下，添加木荷生物质　炭的土壤ＤＯＣ含量显著高于杉木生物质炭的；而同种材料条件下，不同热解温度制备的生物　质炭对土壤ＤＯＣ含量的影响则呈现热解温度越高土壤ＤＯＣ含量越低的变化趋势。　关键词：生物质炭；土壤有机碳；矿化；水溶性有机碳；微生物生物量碳　中图分类号：Ｓ１５４　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３．７　１０５（２０１６）０４－１Ｘ￣３９－０６　

Ｉｍｐａｃｔｓ　ｏｆ　Ｂｉｏｃｈａｒｓ　ｏｎ　Ｓｏｉｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｌａｂｉｌｅ　Ｃａｒｂｏｎ　ＬＩＵ　Ｙａｎ　，ＹＩＮ　Ｙｕｎ—ｆｅｎｇ　一，ＣＨＥＮ　Ｚｈｉ—ｗｅｉ’，ＹＩＮ　Ｙａｎ　，ＭＡ　Ｈｏｎｇ—ｌｉａｎｇ！一，ＧＡＯ　Ｒｅｎ　＇　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｆｕｊｉａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｅｅｏｈ）ｇｙ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｆｕｊｉａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｆｕｎｄｅｄ），Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｂｉｏｃｈａｒ　ａｄ—　ｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂ０ｎ　ａｎｄ　ｓｏｉｌ　ｌａｂｉｌｅ　ｅａｒｂｏｎ（ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｃａｒｂｏｎ．　ＭＢＣ；ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ）．Ｂｉｏｃｈａｒｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｓｃｈｉｍａ　ｓｕｐｅｒｂａ　ａｎｄ　Ｃｕｎｎｉｎｇ—　ｈａｍｉａ　ｌａｎｃｅｄａｔａ　ｌｉｔｔｅｒ　ａｔ　３５０℃．５５０℃ａｎｄ　７５０　ｑＣ．　ｒｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｂｉｏｃｈａｒ　ａｄｄｉｔｉｏｎｓ　ｓｉｇｎｉｆｉ—　ｃａｎｔｌｙ　ｉｎｅｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ＣＯ，一Ｃ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｏｉｌ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ａ—　ｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ＣＯ．一Ｃ　ｉｎ　Ｓｃｈｉｍａ　ｓｕｐｅｒｂａ　ｂｉｏｃｈａｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｗａｓ　１．０２～Ｉ．１　３　ｔｉｍｅｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ　ｆｎｎｃｅｄｒｚ　ｎ　ｂｉｏｃｈａｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．　ｔｈｅ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ＣＯ，一Ｃ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ＣＯ，一Ｃ　ｇｅｎｅｒａｌｌｙ　ｏｃｃｕｌｔｅｄ　ａｔ　ｌｏｗｅｒ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｂｉｏｃｈａｒ　ａｄｄｉｔｉｏｎｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ＭＢＣ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｏｉｌ，ｂｕｔ　ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｍｏｎｇ　ａｌｌ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｂｉｏｃｈａ￣ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ＤＯＣ　ｗｉｔｈ　Ｓｃｈｉｍａ　ｓｕｐｅｒｂａ　ｂｉｏｃｈａｒｓ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉ：　

收稿日期：２０１６－０８—１１　基金项目：教育部科学技术研究项目（２１３０１９Ａ）和国家自然科学基金项目（３１４７０６２８、３１０７０５４９）共同资助　作者简介：刘岩（１９８９一），女，黑龙江大庆人，硕士研究生，主要研究森林碳循环，　（Ｅ　ｍａｉｌ）ｌｉｕｙａｎａｌｉｓａ　＠１６３．ｔｏｍ。　通信作者：尹云锋（１９７５一），男，黑龙江哈尔滨人，教授，主要从事森林生态系统碳循环方面研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）　ｙｕｎｆｅｎｇｙｉｎ＠ｌ６３．ｃｏｒｎ。　１０　亚热带资源与环境学报　第１１卷　ｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｉｎ　Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ　ｌａｎｃｅｄａｔａ　ｂｉｏｃｈａｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｅｍｐｅｒａ—　ｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＤＯＣ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｍａｔｅｒｉａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｃｈａｒ；ｓｏｉｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ；ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｂｉｏ—　ｍａｓｓ　ｅａｒｂｏｎ　

０前言　土壤有机碳矿化是影响大气中温室气体形成的重要因素，土壤有机碳的数量也可通过多种途径影响　土壤向大气释放或固定大气中的ＣＯ　｜】Ｊ。因此，研究促进土壤中碳的固定以及将大气中的碳以一种极其　稳定的形式长时间隔离于土壤中的新方法至关重要＿２　Ｊ。近年来，生物质炭在土壤中的应用引起了国内　外学者的广泛关注。生物质炭是一种稳定的有机物质，生命周期可达数百至数千年　，它不仅促进了　土壤中碳的截留、提高土壤碳库储量＿４　Ｊ，同时在改善土壤性质、提高农作物产量、减缓温室气体排放　等方面也具有显著的影响　Ｊ。　生物质炭是生物质在完全或部分缺氧的条件下热解炭化所形成的富含碳的有机物质　。Ｊｏｓｅｐｈ　等＿８　研究表明生物质炭对土壤有机碳矿化的影响主要与生物质炭的原材料化学组成，制备条件、土壤　性质以及外界环境条件有关。生物质炭对土壤有机碳的影响是多因素综合作用的结果，因此研究比较不　同生物质炭在不同土壤环境中的作用效果十分必要，可为生物质炭的应用提供更充分的依据，从而达到　生态环境效益最大化　。　。目前国内外制备的生物质炭多数利用农作物秸秆为原料，而以木本材料制备　

的生物质炭对土壤有机碳矿化影响的研究报道较少。因此，以亚热带广泛分布的木荷（阔叶）和杉木　（针叶）凋落物为供试材料，研究不同热解温度的生物质炭输入对土壤有机碳矿化和土壤活性碳（ＤＯＣ　和ＭＢＣ）的影响，为该区域生物质资源管理以及生物质炭的合理利用提供理论依据。　

１材料与方法　１．１供试土壤　供试土壤采自福建师范大学旗山校区已连续种植１０　ａ以上的甘蔗地内，采样时间为２００９年９月，　采样深度０～１５　ａｍ，实验前将已采集的土样风干，去除植物残体，磨细过４　ｍｍ筛备用，土壤的基本性　质为：有机碳６．２６　ｇ・ｋｇ～，全氮０．９６　ｇ・ｋｇ～，Ｃ／Ｎ　６．５２，ｐＨ　４．６２。　１．２生物质炭的制备　将木荷和杉木凋落物洗净，放置于７０℃烘箱中烘至恒重，然后粉碎，各称取８０　ｇ分别放入锡箔纸　中。将包裹好的材料放置于ＫＴＦ系列管式真空气氛电阻炉中，抽真空并持续通人Ｎ　，从而保证无氧条　件，当温度升至预设温度后保持２　ｈ，待样品冷却至室温后取出称重。本实验所用生物质炭热解温度分　别为３５０　ｑＣ、５５０℃、７５０℃，制备的木荷生物质炭编号为ＭＢ３５０、ＭＢ５５０、ＭＢ７５０，杉木生物质炭编　号为ＳＢ３５０、ＳＢ５５０、ＳＢ７５０。各生物质炭的基本性质见表ｌ。　

表１不同生物质炭的基本性质　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｏｍｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｂｉｏｃｈａｒｓ　

１．３培养试验　将３５０℃、５５０℃、７５０℃的木荷和杉木生物质炭，以添加量为２０　ｇ・ｋｇ　土的标准，分别与５０　ｇ