论文部分内容阅读
为探究生物炭对土壤的固碳减排效应,在河南农业大学许昌校区现代烟草科技园区,以烟田生态系统为研究对象,设置 CK(0t·ha-1·yr-1);T1(1.5t·ha-1·yr-1);T2(15t·ha-1·yr-1);T3(45t·ha-1·yr-1)4个生物炭施用水平,在为期5年(2013～2017年)的生物炭定位试验基础上,监测了不同用量生物炭施用下烤烟生长季土壤呼吸、土壤水热因子和土壤有机碳及其活性碳组分的动态变化特征。同时增设室内培养试验,设置CK(Og·kg-1)、T1(4g·kg-1)、T2(40g·kg-1)、T3(80g·kg-1)、T4(120g·kg-1)5个生物炭施用水平,对其短期内的土壤呼吸进行监测。分析了生物炭对土壤呼吸的短期效应和长期效应及长期施用生物炭对土壤碳库的影响,以期为生物炭的固碳减排效应提供数据支撑和理论依据。试验主要结果如下:1、施用生物炭显著影响了土壤呼吸速率。各处理烤烟生长季土壤总呼吸速率变化趋势均呈先增加后降低的趋势,各处理在大田烤烟生育期内土壤总呼吸速率表现为T3>CK>T1>T2。其中,T1和T2处理较CK降低了土壤呼吸速率,且T2处理达到了显著水平,T3处理显著增加了土壤呼吸速率。2、生物炭对土壤呼吸的影响在时间上存在阶段性差异。不同用量的生物炭在施入土壤初期(一个月内)均明显促进了土壤呼吸,但中、低剂量的生物炭施入量(即1.5t·ha-1·yr-1和15t·ha-1·yr-1)随时间的推移逐渐呈现出抑制土壤呼吸的效应,且T2处理达到了显著水平;高剂量(45t·ha-1·yr-1)的生物炭施用在整个生育期内均促进了土壤呼吸。室内短期培养试验证明:生物炭在施入土壤的短期内(3～4d)明显促进了土壤呼吸,随着培养时间的推移,处理间差异逐渐减弱,各处理土壤呼吸动态变化趋于一致。培养期内各处理平均土壤呼吸没有显著差异。3、施用生物炭显著影响了土壤呼吸组分。在烤烟生长季中,T2处理显著降低了土壤异养呼吸和土壤总呼吸中异养呼吸的比例,T3处理显著增加了土壤异养呼吸和土壤总呼吸中异养呼吸的比例。T1和T2处理明显降低了土壤自养呼吸,且T2达到了显著水平;T3处理显著增加了土壤自养呼吸。T1和T2处理显著增加了土壤自养呼吸的比例,T3处理显著降低了自养呼吸的比例。4、施用生物炭显著影响了土壤呼吸温度敏感性指数(Q10)。土壤5cm温度对土壤呼吸的影响可达55%～65%,两者之间呈极显著相关关系(P<0.01),土壤呼吸与土壤5cm湿度关系不明显。T1和T2处理显著降低了 Q10,T3处理显著增加了 Q10。5、施用生物炭显著影响了土壤有机碳组分及其比例。施用生物炭显著增加了土壤有机碳含量、土壤碳库指数和土壤碳库管理指数,且均随生物炭施用量的增加而增加。各处理微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)和易氧化态碳(ROC)均表现为T3>T1>T2>CK。生物炭处理在移栽后30d和90d显著增加了 MBC,各处理之间烤烟生长季平均MBC没有显著差异。T3处理显著增加了 DOC。施用生物炭显著增加了移栽后30dROC,显著降低了微生物熵(MQ)。T1和T2处理降低了土壤微生物代谢熵(qC02),T3处理增加了 qC02。施用生物炭对DOC/SOC和ROC/SOC没有显著影响。综上所述:不同施用量的生物炭均有利于土壤固碳,其中,中、低剂量的生物炭更有利于提高碳源利用率。同时,中、低剂量的生物炭施用可明显降低土壤碳排放,以中剂量减排效果最优。因此,根据本研究结果,建议生物炭施用量在1 5t·ha-1·yr-1,最有利于土壤固碳减排。