摘要: 生物质炭对土壤碳库不同组分的影响是精确评价其在陆地碳汇中作用的重要前提。以往关于生物质炭对土壤碳库影响的研究大学多采用培养方法,不能反映田间条件下真实的土壤过程。本研究于2009年6月在中国农业大学学上庄长期定位试验站开展,分别向土壤中施用0,30,60和90t ha-1 400℃下裂解4小时废弃蘑菇培养基制备的生物质炭(记为CK,B30,B60和B90),结合小麦玉米秸秆还田,分析了 5年后土壤有机碳和无机碳含量,土壤有机碳δ13C,生物质炭在土壤中含量和性质的变化,以及7年后土壤理化性质和作物产量,结果表明:(1)长期施用生物质炭增加了土壤全碳含量,施用30,60和90 t ha-1生物质炭分别增加了土壤全碳含量的31.4%,65.7%和101.8%。不同用量生物质炭分别增加了土壤总有机碳含量为2.53,5.29和8.21 g kg-1,不同用量生物质炭分别增加了土壤总无机碳含量为0.12,0.26和0.38 g kg-1。针对土壤本身碳库,生物质炭降低了土壤本身有机碳含量的11.1%,21.4%和31.3%,但增加了土壤本身无机碳含量7.8%,20.2%和28.3%。(2)生物质炭施用5年后,显著降低了土壤活跃性有机碳的含量和来源于小麦的有机碳含量,但是对土壤稳定性有机碳和来源于玉米的有机碳含量没有影响。(3)生物质炭施用5年后对土壤含水量,溶解性有机碳含量和组分均没有显著影响。本研究也发现土壤溶解性有机碳含量与土壤含水量,以及溶解性有机碳的组分(还原糖,可溶性酚和芳香物质)含量呈显著正相关关系。(4)向0-20 cm 土壤中施用生物质炭5年后,该土层内生物质炭的损失率约为40%,损失率与添加量无关。通过测定其物理化学性质发现,与新鲜生物质炭相比,老化的生物质炭表面有新的小坑或小孔形成,孔隙通透性增强,表面更加光滑,比表面积增加为原来的2倍,孔隙总体积增大学,可能是物理侵蚀或生物分解的原因。但是,生物质炭的化学性质变化不显著。(5)长期施用生物质炭对土壤物理性质影响不显著,长期施用生物质炭仍然可以增加土壤有机碳和土壤有效钾含量,但是对其他土壤化学性质影响不显著。施用生物质炭对单季或短期内作物产量的效果不明显,但是生物质炭提高了 7年作物平均产量的6.5%。综上,本研究采用长期定位试验发现,施用生物质炭降低了小麦秸秆还田形成有机碳的积累,但是促进了土壤无机碳的形成。随着生物质炭的垂直或水平移动,以及生物质炭的老化进程,生物质炭对土壤含水量、溶解性有机碳含量和组分、土壤养分和作物产量无显著影响。本研究为正确评估生物质炭对潮土碳封存及理化性质的影响提供了有力证据。
关键词: 生物质炭;土壤有机碳;土壤无机碳;溶解性有机碳;老化;作物产量
