生物质焦对潮土全碳库转化的影响及其机理分析

生物质焦(biochar)是当前全球气候变化研究的热点之一，但其科学基础尚不坚实。项目以我国北方农田潮土全碳库为核心，研究生物质焦对秸秆形成土壤有机碳和土壤碳酸盐转化平衡的影响。项目通过田间定位试验、模拟试验和系统分析等研究方法，采取田间连续原位观测、影响因素对比分析、同位素标记技术等手段，希望明确以下结果：1）生物质焦与秸秆还田方式的组合对秸秆分解速率和外源有机碳土壤截存比例的影响；2）生物质焦对土壤碳酸盐转化与剖面分布的影响；3）不同生物质焦施用方式下秸秆碳转化为土壤碳酸盐的比例；4）生物质焦种类与土壤干湿交替对秸秆分解的影响及两因素间的交互作用；5）土壤冻融交替过程对生物质焦/土壤碳酸盐体系行为的影响；6）生物质焦技术在冬小麦夏玉米体系降低碳排放中的作用及优化途径。总之，通过实验数据，项目结果有助于提高人们对生物质焦碳减排作用的认识，进而客观评价生物质焦的碳减排功能。

生物质焦(biochar)是当前全球气候变化研究中的热点之一，但其碳减排的意义仍缺乏坚实的科学研究基础。其中，生物质焦施入土壤后对土壤碳库平衡与转化的影响，直接决定了其是否能提高土壤的碳截存能力。因此，以我国北方农田典型土壤—潮土为研究对象，研究生物质焦对土壤有机碳和无机碳库平衡与转化的影响，可以明确生物质焦是否可增加供试土壤的碳截存能力，进而指导生物质焦在相关农田中的应用。.本项目主要以2009年设置的生物质焦长期田间试验为依托，主要研究：（1）生物质焦用量对土壤碳库的影响，包括对表层土壤有机碳含量、组成和团聚体分布的影响，对土壤无机碳和Ca2+、Mg2+剖面分布的影响，以及对土壤水溶性有机碳动态、组成及剖面分布的影响；（2）生物质焦用量对周期性小麦-玉米还田秸秆补充土壤有机碳的影响；（3）生物质焦对玉米-小麦产量及土壤性质的长期影响；（4）施入土壤5年后生物质焦性质的变化。.重要结果包括：（1）土壤施入生物质焦，虽然可提高土壤总有机碳的含量，但却降低了非生物质焦部分有机碳的含量，加速了土壤本身有机碳的矿化，消弱了秸秆还田补偿土壤有机碳损失的作用。施用30~90 t/ha生物质焦可减少土壤本身有机碳10-26%。（2）小麦、玉米秸秆周期性还田条件下，施用生物质焦主要减少了小麦秸秆进入土壤有机碳库的数量（5-10%）。（3）施用生物质焦可以增加石灰性土壤无机碳的数量，进而提高土壤截存碳的能力。施用30~90 t/ha生物质焦可提高土壤无机碳21-61%。（4）生物质焦主要提高大团聚体（>1000μm）的有机碳浓度和数量，增加土壤有机碳的分解活性。（5）石灰性土壤施用生物质焦可提高小麦多年平均产量7.2%、玉米产量6.1%，对主要土壤过程（养分供应、pH、水分动态）无显著影响。.上述结果的科学意义在于：（1）对生物质焦可增加土壤碳截存能力的论断需要重新评估。（2）生物质焦可以提高石灰性土壤作物的产量，而对土壤主要土壤过程（养分供应、pH、水分动态）无显著负面影响。