生物黑炭减缓过量NH4+引起的耕地土壤酸化作用研究

由于NH4+发生硝化对土壤酸化的影响比SOx和NOx更严重，目前在化学合成氨基氮肥投入量和沉降NH4+数量持续增加的情况下，研究过量NH4+硝化导致耕地土壤酸化等问题和减缓酸化的有效对策很有必要！本项目拟以江西的红壤旱地和水稻土、江苏的黄棕壤旱地和水稻土等四种酸性或微酸性耕地土壤为研究对象，通过室内好气培养、模拟淋洗培养、盆栽和小区试验相结合的方法，研究外源NH4+硝化引起的土壤酸化对土壤化学性质的影响；研究稻麦等秸秆来源黑炭加入对NH4+转化、迁移的影响及黑炭适宜用量下减缓土壤酸化的效果和作用机制，为秸秆还田提供一条新的途径，达到土壤质量保育和农田对碳增汇减排作用的双赢效果。

在当前我国农业提高氮肥利用率、降低氮肥损失和环境风险的背景下，研究秸秆源黑炭长期还田土壤上氮素行为表现对于评估秸秆炭化还田技术作为固碳减排和土壤培肥的价值具有重要意义。本研究选择南北方主要农作区酸碱度不同的耕地土壤，通过室内培养+模拟淋洗结合15N示踪方法研究了稻秆黑炭施加对外源铵硝化、土壤酸化和氮淋失的影响；通过种植作物的盆栽试验研究了长期连续稻杆黑炭还田改良土壤的效果，并调查了长期黑炭还田土壤的硝化特征及硝化微生物群落结构。主要结果表明，1）黑炭施用可促进酸性土壤硝化作用，土壤pH值提高和AOA、AOB数量增加及种群变化是硝化作用提高的主要原因。因而，在过量氨基氮肥连续施入下，黑炭促进硝化的致酸（增加H+释放）可能会削弱黑炭改良酸性土壤本身的效果。2）促进的硝化并未增加，反而显著削减酸性或碱性土壤上硝态氮淋失量；增加的土壤氮固持和氮素的气态损失同为氮素淋失降低的主要原因；已证实，施用黑炭会提高旱地土壤通气性和pH值从而增加氨挥发。3）在相同充足施氮量（传统施氮量）下，每季黑炭施用不仅能全面改善南方红壤土壤性质从而提升生产力，而且能提高北方潮土P和K有效性而促进作物生长。且秸秆黑炭稳定性较高，不宜分解，显著增加的土壤有机碳/全氮比（C/N）并不会引发氮素生物固定和作物生长受阻。上述阶段性数据暗示，将秸秆炭化后还田兼具土壤改良、固碳减排和资源有效化“三赢”，但其对氮素循环的综合影响及“三赢”效应仍需坚持在我们已建设试验平台上进行长期观测。前期已发表SCI论文5篇，EI论文1篇，授权发明和实用新型专利各一项。