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学术视点

李贵桐:生物炭耕地保育效果如何?长期田间试验来回答

发布日期:2020-06-24浏览次数:信息来源:土地科学与技术威尼斯人官网

生物炭(Biochar)是人类应对全球大气CO2浓度升高的一项备选技术,施入农田土壤具有十分广泛的作用。据统计,有关生物炭研究的科学文献已经超过10000篇,主要集中在生物炭的农学效应和环境效应方面。相对而言,生物炭的田间试验很少,不足全部研究的3%,平均研究时间只有100余天。 

生物炭对耕地的保育效果如何?这是生物炭在农业应用中的重要问题,对于我国面临的耕地质量的保持与提高尤为重要。长期以来,因为缺少田间试验,特别是缺少长期田间试验数据的支持,该问题尚无明确的答案。 

针对华北耕地主要的秸秆还田下冬小麦-夏玉米连作体制,我院土壤和水科学系于2009年6月在上庄实验站设置了“生物炭对潮土生产力与环境过程的长期影响”的长期田间试验,以期在真实生产条件下评价生物炭对华北典型耕地利用方式下土壤质量的影响。经过10年的艰苦工作,该长期田间试验已经取得了了重要研究结果,对于评价生物炭的耕地保育效果提供了重要的长期田间试验依据。 

第一,在每年均进行小麦、玉米秸秆还田的条件下,生物炭降低了秸秆转化为土壤有机质的比例,降幅为11-30%。显然,这不利于秸秆还田措施对耕地质量保育作用的发挥。该结果修正了生物炭对土壤碳库影响的评价,对于全面评价生物炭对土壤碳库的影响具有积极的指示意义,在国际上独具特色。 

第二,利用13C示源技术,证明了生物炭降低了小麦秸秆转化为土壤有机质的比例,降幅为15-42%。这回答了生物炭影响了哪类秸秆的转化问题,对于降低生物炭的负面影响提供了技术方向。 

第三,生物炭降低了土壤中活性有机碳的相对含量,降幅为11-48%,不利于土壤向异养微生物提供有效的碳源物质,降低了生物活性。 

第四,生物炭施用5年后,0-20cm表层土壤中只残留了60%的生物炭,其余的生物炭通过向下淋洗和地表风蚀而损失了。 

第五,生物炭对土壤团聚体中土壤本底有机碳分布具有深刻影响,揭示了生物炭在田间条件下影响其他来源有机碳转化的内在机制。 

第六,利用13C示源技术,首次在田间条件下证明了生物炭可以提高石灰性土壤中次生碳酸盐含量,增幅达13-34%,为全面评价生物炭对土壤碳库影响的研究开辟出一条新思路。 

第七,田间条件下施用5年后,生物炭对土壤可溶性有机碳的含量和季节动态均无显著影响。 

第八,生物炭对年度间作物产量无显著影响,但对8年总产量有显著影响。 

截止目前,参与该长期田间试验的人员包括董心亮、孙振才、梁丰、章征程、李贵桐、林启美、赵小蓉、朱堃等,已在Science of the Total Environment,Agriculture, Ecosystems and Environment,Soil & Tillage Research, Catena,Journal of Soils and Sediments,Soil Use and Management等期刊上发表论文7篇,在国际生物炭田间试验研究方面具有重要影响。 

文献检索发现,该长期田间试验是目前世界范围内设置较早、坚持开展系统研究的少数生物炭田间试验中的一个,同时以设置在石灰性土壤、在真实生产条件下开展研究、试验小区面积大而独具特色。坚守这个平台,开展新一轮的深入研究,相信可以为评价生物炭的耕地保育作用做出更大贡献。