生物质炭输入对旱作土壤碳截获及有机碳矿化过程的作用效应研究

农田土壤有机碳矿化释放CO2是农业温室气体排放的重要途径，促进土壤碳截获对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物质炭具有改良土壤性质、促进土壤团聚体的形成、对土壤微生物生态具有调控作用等特性。因此，生物质炭对增强土壤碳截获能力及减少土壤CO2气体排放可能具有重要作用。本项目拟以农林生物质废弃物制备的生物质炭为试材，玉米－小麦轮作土壤为研究对象，通过实验室模拟和田间定位种植试验，研究土壤碳循环主要功能微生物数量、活性和群落结构对生物质炭输入的响应，揭示生物质炭输入对土壤微域特征、土壤有机碳分配与赋存形态以及CO2释放的影响；分析生物质炭与土壤腐殖质的作用关系及腐殖质碳累积能力的变化；在此基础上探讨生物质炭－作物－土壤－微生物相互作用对土壤碳转化和碳固定的影响，从而阐明生物质炭人为输入对旱作土壤碳截获及碳矿化过程的影响及作用机理，为旱作土壤生态系统CO2气体减排新技术的研发提供理论依据。

农田土壤有机碳矿化释放CO2是农业温室气体排放的重要途径，促进土壤碳截获对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物质炭具有改良土壤性质、促进土壤团聚体的形成、对土壤微生物生态具有调控作用等特性。因此，生物质炭对增强土壤碳截获能力及减少土壤CO2气体排放可能具有重要作用。本项目研究了生物质炭输入对土壤主要生理生化特型、微域特征、土壤有机碳分配与赋存形态变化以及CO2释放的影响；分析了生物质炭与土壤腐殖质的作用关系及腐殖质碳累积能力的变化。研究结果表明，生物质炭可以显著增加土壤有机碳含量，减少活性有机碳的组成比例，且随着培养时间的推移，活性有机碳量出现了减少的趋势，土壤有机质的稳定性明显增大。生物质炭的输入可以促进土壤腐殖质的形成，有利于提高土壤有机碳库的稳定。与对照相比，腐植酸、富里酸和胡敏酸含量均有所增加，且随着土样培养时间的推移，这一趋势更为明显。同时，生物质炭的添加可以改善土壤的微域结构，增加稳定性好的微团聚体的数量和比例，使土壤微域环境中粒间孔隙增多，比表面积增大，有助于促进土壤有机质的积累；提高了土壤养分，增加结合矿物质所需的元素；促进了粘粒、有机质等矿物质的形成，从而减缓了有机质的分解速率。另外，生物质炭的输入可以有效降低土壤CO2释放量，并且生物质炭的碳截留作用对于较贫瘠的土壤效果更为明显。生物质炭的输入还有利于土壤中营养成分的积累。因此可以初步认为，生物质炭具有很好的炭截留作用，并且其效果与施用量密切相关，合理用量的生物质炭施用，不仅可以改善土壤理化性质和生理生化指标，还可以有效降低土壤有机碳矿化水平和碳截留量，减少土壤碳系温室气体的排放。