稻草焚烧残留黑碳与土壤易降解有机碳耦合矿化对土壤固碳的影响

农作物秸秆焚烧产生稳定性极强的黑碳进入土壤，对农业土壤碳循环和碳贮量产生重要影响，是当前土壤固碳研究的热点和重点问题之一。但是目前黑碳的土壤固碳效应研究多关注黑碳自身的稳定性，对土壤有机碳与黑碳之间的耦合作用认识较少。鉴于此，本项目以长江中下游平原水稻种植区为实验材料来源地，利用室内模拟培养实验，结合同位素示踪技术，研究稻草田间焚烧残留黑碳与土壤易降解有机碳在矿化释碳过程中的耦合作用，具体分析稻草黑碳在土壤中的矿化以及易降解有机碳在其中的影响，揭示土壤有机碳在稻草黑碳影响下矿化过程的变化，客观评价黑碳在维持土壤有机碳库稳定性中的作用，最终评估稻草焚烧残留黑碳在土壤固碳中的综合效应。通过开展本项目研究，不仅可以丰富土壤碳循环和土壤固碳研究理论，而且能够为土壤有机碳管理和农作物秸秆处理提供科学依据。

本项目针对国内农业生产实际情况，研究稻草田间焚烧残留黑碳在土壤碳循环中的作用及机理，特别关注黑碳与土壤易降解有机碳之间耦合矿化作用，以期丰富土壤碳循环和土壤固碳研究理论。通过开展项目，得到以下主要结果：（1）田间残留黑碳与实验室内人为制备的生物质炭在理化性质和微观表面特征上存在较为明显的差异，主要体现在田间残留黑碳的碳含量和碳氮比相对较低、无机元素含量较高、孔隙结构较发达；（2）长期模拟培养实验数据显示，黑碳对土壤碳排放的影响是双向的，既有增加碳排放的过程，也有抑制排放的过程。在培养实验期间，黑碳自身发生了一定程度的降解，降解量因黑碳种类而异，在1.7-9.8 mg CO2-C/g BC之间，另一方面，黑碳添加后抑制了土壤中原有的有机碳矿化，抑制率在5.1%-8.3%之间。从总的效应来看，黑碳添加有利于减少土壤碳排放。（3）对上述正反两方面的影响机理均做了相应探讨，从黑碳自身性质出发，认识到其携带的不稳定碳组分利于增加碳排放，而其携带的有害物质多环芳烃则可能会抑制碳排放。黑碳中含有一定量的水提取碳（3.01-16.52 mg/g）和重铬酸钾氧化碳（10.28-94.62 mg/g）等形式的不稳定碳组分，黑碳水提取物成分红外光谱分析显示，其主要官能团有羟基、羰基、醛基和羧酸根等相对易被微生物利用组分，没有发现难降解的芳香成分。黑碳中检测出了一定量的多环芳烃（5.96-62.27mg/kg），且在模拟土壤溶液中生物可给性可高达26.3%。（4）深化了对包括黑碳在内的土壤有机碳组分的认识，将土壤有机碳库分为易于降解的活性有机碳、与土壤矿物成分结合的稳定有机碳、以及自身具有化学惰性的黑碳等三个组分，并建立了一套从土壤中连续提取矿物结合态有机碳和黑碳的实验方法。