外源生物炭在土壤中的矿化特征及其温度敏感性

Adding biochar into soil is one great way to improve soil carbon storage and mitigate climate change. It is important to study response of biochar mineralization to temperature changes and its soil enzymatic characters.Three kinds of Black soil in Songliao Plain of Jilin with different soil carbon content (high,medium and low) are selected as tested soils, biochar (carbornized temperature:350℃、700℃) made from corn stalks which were labeled by stable isotope 13C are served as the test objects. With laboratory incubation tests，under soil optimum temperature (25℃), this project will study mineralization characteristics of 13C labeled biochar in three soils, aim to analysis variation of biochar mineralization result from carbornized temperature, addtive amount and soil carbon content. From tests,we can clarify enzymatic characters among mineralization.Mineralization characteristics of 13C labeled biochar in 3 soils under the temperature gradient (10, 20, 30℃) will be carried out, to explore temperature sensibility of biochar mineralization in soil, to reveal soil enzymatic characters. On the basis of the above researches, this project will build theoretical basis for the agricultural applications of biochar.

向土壤中添加生物炭是提高土壤碳储量、缓解气候变化的重要途径，研究生物炭矿化特征及其对温度变化的敏感性具有重要意义。本项目选择3种不同有机碳含量的吉林松辽平原黑土（高、中、低）为供试土壤，以稳定性同位素13C标记的玉米秸秆制备的生物炭（350℃和700℃）为供试对象，采用室内模拟试验方法,设定土壤酶最适温度（25℃），选择4个施用量，研究不同来源、用量13C标记生物炭在不同有机碳含量土壤中的矿化特征，分析参与矿化的有关土壤酶学活性的变化特征；开展不同来源、用量13C标记生物炭在梯度温度（10、20、30℃）条件下在不同有机碳含量土壤中的矿化特征研究，探索生物炭土壤矿化的温度敏感性，揭示其土壤酶学特征变化。在上述研究的基础上，本研究可为生物炭农业应用提供理论基础。

近年来，生物炭基于“激发效应”影响土壤本源有机碳的矿化，其对碳素的截获能力已成为国内外的研究热点，但是目前研究结果仍然存在争议。生物炭的矿化及其与土壤内源有机碳之间的作用关系还有待探明。研究以不同SOC含量的黑土为供试土壤， 向其中添加两种温度（350℃和700℃） 制备的玉米秸秆生物炭，生物炭分别按 0.2%、1% 、 3% 和5% 的质量比）与土壤均匀混合，以不添加生物炭(CK) 为对照处理，每个处理重复 3 次，开展室内培养实验，探讨生物炭在土壤中的矿化和温度敏感性以及土壤酶活性随温度(5\15\25\35℃)的变化。 结果表明: 1.）在120 d 的培养期内，土壤 CO2 累计释放量均高于对照土壤 CK，但未形成显著差异，同位素分析结果显示，CK 处理土壤的内源SOC的 CO2 累计释放量最高，添加炭处理均明显低于对照处理，说明 2 种生物炭的添加均能抑制土壤内源SOC的矿化；处理低温炭3%添加的 CO2 累计释放量最大，说明较高添加量下，低温炭处理矿化快，高温炭3%处理的CO2累计释放量最小，高温炭降解慢。高量低温炭5%添加处理的CO2释放量低于低温炭3%，差异不显著。随培养时间延长，生物炭矿化速率减慢，对SOC的矿化呈负激发效应。短期内不同温度制备下的炭分解速率对于温度变化的响应不同，30天内低温炭处理下低温5℃下培养的碳损失量是在40℃下的33%，高温炭处理的低温5℃培养的CO2量是40摄氏度下的15.67%；生物炭的温度敏感性可能很大程度上被它内在的化学抵抗性所控制，升温没有导致其分解加速，不同温度下高温制备的生物炭分解速度差异不大；长期培养，不同温度制备炭的矿化速率都逐渐降低，对温度的响应趋势趋同，差异减小。有机质降解的温度系数不是连续的，随着温度的上升会不升反降。土壤有机碳含量影响生物炭的矿化速度。2.）土壤酶活性因温度变化有一定差异，但其变化幅度因酶种类不同而异。