生物黑炭对滨海盐土碳固定过程的影响研究

The prospect of using biochar to sequestrate carbon and reduce carbon emission has received worldwide attention, while little work has been done on its potential use in C sequestration of China's coastal solonchaks. This project deals with the effects of biochar amendment on C (mainly referring to non-black soil organic carbon here) sequestration of coastal solonchaks, in terms of soil C stabilisation and decomposition processes. To study how biochar influences soil C stabilisation, biochar made with C4 plants will be applied to coastal solonchaks (with C3 isotopic signature) in the field. Soil physical fractionation and stable isotopic analysis of C fractions will be conducted to understand the association between biochar and C fractions. Meanwhile, soils under field treatments will be collected, added with 14C-labelled plant leaves and incubated for 2 years. The incubated soils will also be fractionated and 14C signal in C fractions can indicate the stabilisation of new C input in soil fractions. To understand how biochar influences C decomposition, soil respiration will be monitored and soil-respired CO2 collected for stable C isotope analysis; during laboratory incubation, both stable and radioactive C isotope signatures of CO2 produced will be analyzed to quantify the contribution of biochar itself, external C input and native soil C to total soil C decomposition. This project can provide necessary scientific basis for future application of biochar in C stock enhancement of coastal solonchaks.

生物黑炭的固碳减排潜力普遍受到国际关注，但其对我国滨海盐土固碳的意义则研究很少。本项目从碳稳定和碳分解两个角度，研究生物黑炭对滨海盐土碳（主要指黑炭之外的土壤有机碳）固定的影响。为研究生物黑炭对土壤碳稳定的影响，在田间向滨海盐土（C3同位素特征）施加C4植物制造的生物黑炭，进行土壤物理分组及碳稳定同位素分析，了解生物黑炭对土壤碳组分的影响；同时，采集田间各处理下土壤（已施黑炭）并添加放射性14C标记的植物叶片，进行为期2年的室内培养，对培养土壤进行碳分组并分析其14C信号，了解生物黑炭如何影响新输入碳向土壤碳组分的转化过程。为研究生物黑炭对土壤碳分解的影响，在田间监测土壤呼吸并分析其CO2碳稳定同位素特征；室内培养中分析CO2的稳定、放射性碳同位素特征，研究生物黑炭影响下黑炭本身、外源新碳输入及土壤旧有碳三个碳源对土壤总碳分解的贡献。本项目将为应用生物黑炭提升滨海盐土碳汇提供必要科学依据。

滨海盐土是我国沿海地区一类贫瘠、低产的土壤。生物黑炭（Biochar）在提升滨海盐土固碳潜力和有机质水平、促进该种土壤熟化方面可能具有广阔的前景。本项目从碳稳定和碳分解两个角度，研究了生物黑炭施加对滨海盐土区水-旱轮作农田碳固定的影响，以期为我国滨海盐土的开发利用、农业秸秆管理等提供决策依据。..对土壤碳分组及碳稳定机制的研究显示：1）生物黑炭在水-旱轮作农田中的施加，未显著改变土壤各物理组分的百分比，且因频繁的灌溉-排水而发生了严重流失。2）大部分存留于土壤中的黑炭呈游离态或松散附着于团聚体、矿质颗粒表面；仅有少部分被土壤微团聚体（>50μm）所包裹，或与<20μm粉-粘粒相对紧密地结合。总之，生物黑炭的施加暂未明显促进土壤团聚体或有机-无机复合体的形成，土壤碳稳定机制尚未发生明显改变。..对施加生物黑炭后的水-旱轮作农田CO2、CH4排放的监测表明：（1）生物黑炭施加后一年内，降低了农田土壤CO2排放，但对CH4排放的影响不显著。（2）对田间土壤CO2的同位素分析表明，生物黑炭施加后约1月内，其活性成分发生了快速分解，对土壤碳分解可能存在短期激发效应；但4个月后黑炭的分解已难以检测到。..为了解生物黑炭如何影响土壤不同碳组分分解的复杂过程，成功地运用13C、14C双同位素示踪法，分析了室内添加生物黑炭后三个碳源（黑炭本身、外源碳输入（玉米秸秆）及土壤原有碳（SOM））在土壤培养过程中的动态。结果表明：（1）生物黑炭加入含有秸秆的土壤降低了SOM的矿化，却促进了秸秆的分解。（2）生物黑炭与秸秆的混合，降低了黑炭本身的分解。（3）相比向土壤中单独添加秸秆，单独添加生物黑炭对SOM的激发效应要小得多。..本项目的研究推进了对于生物黑炭影响下土壤碳固定过程的科学认知。项目结果启示，生物黑炭对土壤碳稳定过程的促进可能是一个长期而缓慢的过程。但短期内，将农田秸秆部分炭化并配合剩余秸秆的还田，可能是一种可行的降低SOM分解（其激发效应与单独添加生物黑炭类似）、促进固碳减排、提升土壤质量的农田碳管理方式。