蔗叶与蔗叶生物炭还田下其C、N协同归还研究

The burning of sugarcane trash in Guangxi caused the nutrient loss and environment pollution. Sugarcane trash incorporated directly or proceed into biochar make great contribution to soil fertility. The reuse of trash-derived N by sugarcane and its effect on total C and total N content in soil were widely studied. However, the process concerning the trash/biochar - derived C and N return to soil - plant - atmosphere and its relative mechanism are still less known, which restricted the trash recycling efficiently. Therefore, field micro-plot trials were set up to investigate the decomposition dynamic of trash/biochar- derived C and N by 3 consecutive years monitor of 13 C and 15 N in 13C15N-labelled trash and 13C15N- labelled biochar using combination of 13C and 15N labeled technology, analysis the C、N return pattern of sugarcane trash and biochar, improve our better understanding the role of trash and biochar in soil-sugarcane system with the change of soil fertility and the difference of sugarcane growth. Our study can provide insights into promising resource utilization patterns and reducing fertilizer application for the sugarcane sustainable production.

广西甘蔗生产上的大多数蔗叶被焚烧处理，造成养分流失和环境污染等问题，而将蔗叶直接或加工成生物炭还田是培肥土壤的有效措施。以往研究侧重于蔗叶氮素再利用及其对土壤碳氮总量的培肥效应，对蔗叶和生物炭源碳氮归还土壤-植株-大气过程及机制不清楚，制约了蔗叶的高效利用。本研究利用稳定同位素13C和15N共标记技术及大田微区试验，连续3年监测还田蔗叶及蔗叶生物炭中的13C、15N在土壤-甘蔗-大气系统中的去向与分配，探明蔗叶和蔗叶生物炭源C、N的协同归还规律，同时结合土壤肥力变化和甘蔗生长差异，在理论上丰富蔗叶与蔗叶生物炭对土壤的培肥机理。本项目为蔗叶的高效资源化利用及甘蔗进一步减量施肥提供科学依据。

将秸秆还田是增加农田土壤有机碳，改善土壤质量的重要途径之一。本项目系统性开展蔗叶的不同利用形式（蔗叶/蔗叶生物炭）和不同还田方式下的C、N归还规律研究，及蔗叶/蔗叶生物炭不同还田方式对土壤肥力和甘蔗生产的影响。（1）研究了蔗叶/蔗叶生物炭还田对土壤肥力和甘蔗生长的影响，表明蔗叶/蔗叶生物炭还田均提高甘蔗土壤肥力，同时提高甘蔗抗旱能力；施用生物炭提高了土壤有效氮钾养分，改变了土壤微生物群落结构，增强了宿根甘蔗抗稍腐病能力，生物炭应用促进甘蔗增产8%-17%。在此基础上逐步摸索成熟了基于生物炭的甘蔗抗旱技术。（2）开展了蔗叶/蔗叶生物炭13C、15N在土壤-甘蔗植株-大气系统中的示踪研究。蔗叶生物炭还田或蔗叶以覆耕方式还田能提高甘蔗对肥料氮的吸收利用。甘蔗对蔗叶氮的利用高于对蔗叶生物炭中氮的利用，其中，蔗叶氮的利用又以翻耕方式还田利用较高。土壤碳氮丰度以及蔗叶或蔗叶生物炭的C、N向土壤的分配量结果表明，蔗叶还田或生物炭还田提高土壤δ13C和δ15N。13C分配量以生物炭处理最高，为0.8455 g/kg，说明生物炭还田较蔗叶还田方式更提高土壤对有机物碳的固定。生物炭还田均较对照降低了10.4%的土壤CO2排放量。（3）研究了蔗叶及其有机碳所引起的土壤有机碳激发对甘蔗氮素吸收来源的控制:13C和15N双同位素三源分配。翻耕和覆耕蔗叶后均表现出正SOC正激发，比无有机改良剂的对照组有机碳矿化分别增加72.3 和78.3 CO2-C m-2。相比之下，生物炭处理与对照组（负激发）相比机碳矿化降低了62.9 g CO2-C m-2。蔗叶生物炭(18.9 g CO2-C m-2)的累积矿化率显著低于(P<0.05)覆耕蔗叶(50.1 g CO2-C m-2)和翻耕蔗叶(71.9 g CO2-C m-2)。甘蔗系统蔗叶覆盖导致有机碳积累不足的原因可能是有机碳的正向激发，部分是由蔗叶的碳氮比(73:1)和有机碳积累所需的不平衡营养化学计量所引起的，但生物炭却能稳定土壤有机碳，将蔗叶生物炭回归甘蔗种植系统可以提高化肥-N的利用效率。