施用生物炭是改良土壤结构、增加土壤碳汇的有效手段

为研究一次性施入玉米秸秆生物炭对棕壤团聚体的空间分布和有机碳含量的影响,于2013 年在辽宁沈阳棕壤区建立长期定位试验,试验共设置4 个处理,分别为C0(不施炭),C1(一次性施入玉米秸秆生物炭15.75 t·hm-2),C2(一次性施入玉米秸秆生物炭31.50 t·hm-2),C3(一次性施入玉米秸秆生物炭47.25 t·hm-2),分析土壤团聚体的空间分布及有机碳含量变化情况。

结果表明:与C0 相比,生物炭显著提高了耕层(0~20 cm)土壤有机碳含量,随着生物炭施用量的增加,C1、C2 和C3 处理耕层有机碳含量分别提高了6.81%、11.06%和41.62%。耕层土壤团聚体稳定性随着生物炭施用量的增加,呈现出先增加后降低的趋势,但C3 处理仍然显著高于C0 处理。20~40 cm 土层的土壤有机碳含量随生物炭施用的增加而显著提高,与C0 相比较,C1、C2 和C3 处理分别提高了92.36%、111.63%和123.25%,该土层微团聚体含量随着生物炭施用量的增加而显著降低,C3 处理的粉黏粒含量也显著降低,大团聚体含量随着生物炭施用量的增加而显著提高。C3 处理平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均显著高于其他处理。40~60 cm 土层中仅C3 处理显著提高了土壤有机碳含量,与C0 相比较,其提高幅度为4.67%,C3 处理也相应地提高了大团聚体含量和GMD

研究表明:一次性施用生物炭不仅提高了耕层土壤有机碳含量、大团聚体含量和团聚体稳定性,也会相应地提高耕层以下土层有机碳含量和团聚体稳定性。对土壤耕层而言,生物炭作为土壤改良剂有其最适宜施用量,在本研究中,最适宜的施用量为31.50 t·hm-2(C2 处理)。

生物炭对耕层以下土壤有机碳含量和团聚体稳定性的提高受生物炭施用量的影响,生物炭施用量越高,其对耕层以下土层的影响越大。

(1)一次性施入生物炭5 a 后,棕壤耕层(0~20 cm)大团聚体的含量显著提高,粉黏粒含量显著降低,棕壤团聚体的平均质量直径、几何平均直径均显著增加,分形维数显著降低。生物炭提高了团聚体有机碳的含量,并且提高大团聚体有机碳贡献率。对耕层土壤团聚性提升效果最好的生物炭量是31.50 t·hm-2

(2)在20~40 cm 土层,生物炭改变了土壤团聚体的分布,促进微团聚体及粉黏粒组分向大团聚体转化,进而提高了大团聚体的含量和团聚体的稳定性。

(3)在40~60 cm 土层中,仅有C3 处理显著增加了土壤有机碳含量、大团聚体含量和团聚体的稳定性。C1、C2 处理未提高40~60 cm 土壤有机碳含量,但C1、C2 提高了40~60 cm 土层大团聚体有机碳含量,并促进了土壤有机碳向大团聚体的分配。因此,棕壤施用生物炭是提高棕壤有机碳含量、改良土壤结构、增加土壤碳汇的有效手段。

来源:《农业环境科学学报》2022 年 11 期

作者:孙强1,2,3,杨旭1,2,3,孟军1,2*,兰宇1,2,韩晓日1,2,3*

单位:1. 农业农村部生物炭与土壤改良重点实验室;

2. 沈阳农业大学国家生物炭研究院;

3. 沈阳农业大学土地与环境学院农业资源与环境博士后流动站

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