生物质炭施用下表层土壤碳迁移对稻田深层土壤有机碳动态及稳定性影响

The dynamics and stability of soil organic carbon (SOC) in subsoil play a key role in climate change. However, little information is available on the effect of biochar on soil organic carbon in subsoil. Three typical paddy soils from South China will be selected as object in this research. With the stable isotope analysis, NMR, FTIR, PLFA and high-throughput sequencing etc., the dynamics of SOC fractions, SOC structure, stability, microorganism activity and community will be investigated to compare SOC accumulation and stability in subsoil with/without biochar amendment under field and incubation experiment. Furtherly, the mechanism of accumulation of SOC in subsoil will be revealed by this study. Finally, the results will provide scientific basis for comprehensive evaluation of carbon sequestration effect under biochar amendment in paddy soil.

深层土壤有机碳及其动态与稳定对减缓气候变化有重要意义，而生物质炭施用对深层土壤有机碳的影响还不清楚。本项目以不同类型的水稻土为对象，采用田间与室内试验相结合的方法，结合稳定同位素分析、核磁共振、FTIR、PLFA和通量测序等技术，通过分析碳组分及移动性特征、不同土壤深度有机碳的组分动态、结构变化、稳定性及微生物的活性与群落变化，对比研究施用与未施用生物质炭条件下深层土壤有机碳的积累特征与稳定性变化，揭示深层土壤有机碳积累的机理，进而为全面认识和评估生物质炭施用下稻田土壤的固碳效应提供依据。

项目以南方水稻土为对象，通过田间试验和室内试验相结合，采用同位素示踪、红外光谱、GC-MASS及高通量测序等分析技术，研究了生物质炭组分的组成特征、生物质炭施用下深层土壤碳库分配、分子组成及微生物群落与活性的变化、以及生物质炭施用对深层土壤有机碳稳定性及固碳潜力的影响。主要结果如下：（1）生物质炭原料和炭化温度显著影响生物质炭组分含量和特征，作物秸秆炭中的DOM含量显著高于木屑炭，而且缩合度较高；作物秸秆炭中DOM含量随温度升高而降低，而且组分在酸性条件下生物有效性较高，在碱性条件下有效性较低。（2）生物质炭施用降低土壤的有机碳分解，而在土壤中的长期老化可提高土壤有机碳的稳定性，并且增加土壤的降低微生物的代谢熵，提高微生物对外源碳的利用能力。（3）生物质炭施用不仅增加表层土壤有机碳含量，而且还改变深层土壤有机质分子组成，红外光谱和热裂解-质谱仪结果分析发现生物质炭在表层施用提高了深层土壤难降解性酚类及苯酚酯类的百分比含量，从而增加深层土壤有机碳的稳定性。（4）生物质炭与作物交互作用提高了表层与深层土壤有机碳的比值（即有机碳在表层和深层之间的分配）与深层土壤碳库的组成，而且表层施用生物质炭可通过提高表层土壤提高物理-化学保护及生物利用效率促进非生物质炭积累，而深层土壤通过增加团聚体物理保护和降低微生物活性降低有机碳的分解。（5）生物质炭施用改变养分在土壤剖面的分配，并降低深层土壤有机碳矿化强度及其对温度的敏感性，从而提高了其生物稳定性。（6）生物质炭施用可以改变深层土壤的微生物群落结构组成与活性。与未施炭相比，生物质炭施用降低了深层土壤的酶活性与微生物代谢商，增加了真菌/细菌与微生物对有机碳源的利用能力，表明生物质炭施用有助于提高深层土壤的固碳潜力。因此，本项目的研究结果为深入理解生物质炭施用下稻田深层土壤有机碳的固碳效应及稻田固碳技术选择提供了依据。