中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2 0 2 2 2 7 2 2 0 2 2 1 3 J o u r n a l o f C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y h t t p z g n y d x x b i j o u r n a l s c n D O I 1 0 1 1 8 4 1 j i s s n 1 0 0 7 4 3 3 3 2 0 2 2 0 2 1 9 生物炭減緩農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤N2O排放的研究進(jìn)展 沈芳芳1 2 羅昌泰2 廖迎春2 房煥英1 周際海3 沈發(fā)興1 袁穎紅2 1 江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌3 3 0 0 2 9 2 江西省退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與流域生態(tài)水文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌3 3 0 0 9 9 3 重要生物資源保護(hù)與利用研究安徽省省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽蕪湖2 4 1 0 0 0 摘 要 為進(jìn)一步厘清生物炭在減緩農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤N 2 O排放的作用和機(jī)制 本研究基于C N K I S p r i n g e r W i l e y和S c i e n c e D i r e c t數(shù)據(jù)庫 以 生物炭 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) N 2 O 為關(guān)鍵詞 搜索2 0 0 8 2 0 2 1年相關(guān)文獻(xiàn) 并進(jìn) 行了總結(jié)和歸納 結(jié)果表明 土壤N 2 O可通過多種微生物過程產(chǎn)生 其中硝化作用和反硝化作用是主要過程 硝 化細(xì)菌反硝化 硝態(tài)氮異化還原成銨 化學(xué)反硝化等非生物過程也可產(chǎn)生N 2 O 生物炭添加對土壤N 2 O排放影響 的結(jié)論不一 多數(shù)研究認(rèn)為生物炭有利于減少土壤N 2 O的排放 少數(shù)認(rèn)為生物炭刺激了土壤N 2 O的排放或?qū)ζ錈o 影響 提出了生物炭減緩?fù)寥繬 2 O排放機(jī)制 生物炭本身理化性質(zhì)的差異 生物炭影響土壤理化性質(zhì)和氮轉(zhuǎn)化過 程 并分析了生物炭降低堆肥土壤N 2 O排放的潛力和生物炭促進(jìn)酸性土壤的植物生產(chǎn)力 最后 基于上述研究 提出三點(diǎn)展望 有必要建立生物炭特性數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)性的加強(qiáng)生物炭在N 2 O減排潛力的估算 進(jìn)行長期野外田間 試驗(yàn)的必要性 關(guān)鍵詞 生物炭 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 土壤N 2 O排放 硝化和反硝化 氮轉(zhuǎn)化過程 中圖分類號 S 1 4 7 2 文章編號 1 0 0 7 4 3 3 3 2 0 2 2 0 2 0 2 0 2 1 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 收稿日期 2 0 2 1 0 6 1 9 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 3 1 7 6 0 1 6 7 4 1 6 6 1 0 6 5 3 1 9 6 0 3 0 8 江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2 0 2 0年度開放基金 項(xiàng)目 第一作者 沈芳芳 講師 E m a i l s h e n f a n g f a n g n i t e d u c n 通訊作者 袁穎紅 副教授 主要從事土壤生態(tài)學(xué)研究 E m a i l y h y u a n n i t e d u c n ReviewonbiocharmitigatingthesoilN2Oemission fromagro ecosystems SHENFangfang1 2 LUOChangtai2 LIAOYingchun2 FANGHuanying1 ZHOUJihai3 SHENFaxing1 YUANYinghong2 1 JiangxiProvincialKeyLaboratoryofSoilErosionandPrevention Nanchang330029 China 2 KeyLaboratoryofDegradedEcosystemRestorationandWatershedEcologicalHydrology Nanchang330099 China 3 AnhuiProcincialKeyLaboratoryfortheConservationandUtilizationofImportantBiologicalResources Wuhu241000 China Abstract InordertofurtherclarifytheroleandmechanismofbiocharinmitigatingsoilN2Oemissionsfromagro ecosystems thisstudywasbasedonCNKI Springer Wiley andScienceDirectdatabaseswith biocharORagro ecosystems and N2OORnitrousoxide researchespublishedduring2008to2021 askeywords relatedliteratures weresummarizedandanalyzed Theresultsshowthat SoilN2Ocanbeproducedthroughavarietyofmicrobial processes amongwhichnitrificationanddenitrificationarethemainprocesses Non biologicalprocessessuchas denitrificationbynitrifyingbacteria dissimilationandreductionofnitratenitrogentoammonium andchemical denitrificationcanalsoproduceN2O ConclusionsontheimpactofbiocharadditiononsoilN2Oemissionsaredifferent MoststudiesbelievethatbiocharisbeneficialtoreducesoilN2Oemissions whileafewbelievethatbiocharstimulates orhasnoeffectonsoilN2Oemissions TwomechanismsonhowbiocharinvolvesinslowingdownsoilN2Oemissions 第2期沈芳芳等 生物炭減緩農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤N 2 O排放的研究進(jìn)展 areproposed includingthedifferenceinthephysicalandchemicalpropertiesofbiocharitselfandtheinfluenceof biocharonthephysicalandchemicalpropertiesofsoilandtheprocessofnitrogenconversion Thepotentialofbiochar toreduceN2Oemissionsfromcompostedsoilsandbiochartopromoteacidicsoilsplantproductivitywerealso analyzed Inconclusion itisnecessarytoestablishadatabaseofbiocharcharacteristics systematicallystrengthen theestimationofbiochar sN2Oemissionreductionpotentialandtoconductlong termfieldtrials Keywords biochar agro ecosystem soilN2Oemission nitrificationanddenitrification nitrogentransformation process 由溫室氣體如C O 2 N 2 O C H 4等排放增加引 起的氣候變化是人類長期面臨的巨大威脅 2 0 1 9 年舉行的聯(lián)合國氣候行動(dòng)峰會(huì)提倡在未來1 0年內(nèi) 將溫室氣體排放量減少4 5 到2 0 5 0年實(shí)現(xiàn) 凈零 排放 土壤作為溫室氣體的重要源和匯 對溫室效 應(yīng)的影響不容忽視 農(nóng)田土壤是重要的溫室氣體排 放源 農(nóng)業(yè)活動(dòng)在溫室氣體的人為排放總量中占據(jù) 重要部分 1 2 據(jù)世界氣象組織 W o r l d M e t e o r o l o g i c a l O r g a n i z a t i o n 報(bào)告 大氣中N 2 O的含量已經(jīng)從1 9 世紀(jì)工業(yè)革命前的2 7 0 p p b增加到了2 0 1 7年的 3 2 9 9 p p b 1 中國是N 2 O排放大國 占全球排放 量的3 1 印度和美國分別居第二和第三 2 N 2 O是一種長壽命溫室氣體 百年內(nèi)的增溫潛勢大 約是C O 2的2 9 8倍 并導(dǎo)致平流層臭氧的破壞 3 4 土壤作為最大的N 2 O排放源 約占總排放量的 7 0 5 年N 2 O N排放量約為1 3 T g 其中人類活 動(dòng)通過在農(nóng)業(yè)中施用氮肥每年貢獻(xiàn)了7 T g 6 農(nóng) 業(yè)約占全球人為N 2 O排放量的6 0 農(nóng)業(yè)土壤 特 別是熱帶和酸性土壤 是大氣N 2 O增加的主要來 源 2 7 農(nóng)業(yè)管理措施如施用化肥和有機(jī)肥等能顯 著影響農(nóng)田土壤N 2 O的排放 其中 農(nóng)業(yè)N 2 O排 放多是由于肥料用量的增加 相當(dāng)一部分氮肥通過 微生物過程 主要是硝化和反硝化 轉(zhuǎn)化為N 2 O 8 聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織 F A O 預(yù)計(jì)到2 0 3 0年農(nóng)業(yè) 源排放進(jìn)入大氣中的N 2 O可能會(huì)增加3 5 6 0 因此 減少土壤N 2 O的排放任務(wù)緊迫 1 已有研究表明 生物炭用來減少土壤N 2 O的排 放 4 5 8 生物炭是一種難降解的富含C的穩(wěn)定固 體材料 是有機(jī)材料在限氧的環(huán)境中經(jīng)過熱化學(xué)轉(zhuǎn) 化產(chǎn)生 由于其具抗分解特性及對養(yǎng)分動(dòng)力學(xué)的影 響 多被利用作為土壤改良劑 9 1 1 生物炭作為調(diào) 節(jié)土壤氮循環(huán)和減少氮排放的潛力得到廣泛關(guān)注 國內(nèi)外相繼開展了大量的有關(guān)生物炭減少農(nóng)業(yè)生態(tài) 系統(tǒng)土壤N 2 O排放研究和應(yīng)用 為進(jìn)一步厘清生 物炭在減緩農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤N 2 O排放的作用和 機(jī)制 本研究擬以C N K I S p r i n g e r W i l e y和S c i e n c e D i r e c t數(shù)據(jù)庫為依據(jù) 以 生物炭 農(nóng)業(yè)生態(tài)系 統(tǒng) N 2 O排放 為關(guān)鍵詞 搜索2 0 0 8 2 0 2 1年的 相關(guān)文獻(xiàn) 并從土壤N 2 O產(chǎn)生途徑 生物炭對土壤 N 2 O排放的影響和減緩?fù)寥繬 2 O排放的機(jī)制等方 面 以及對有機(jī)堆肥處理土壤施用生物炭的N 2 O減 排潛力等相關(guān)研究進(jìn)行綜述總結(jié)和剖析 并對未來 的研究提出展望 以期為減緩?fù)寥繬 2 O排放及氣候 變化提供參考 1 土壤N2O的產(chǎn)生途徑 土壤N 2 O可通過多種微生物過程產(chǎn)生 長期 以來 硝化作用和反硝化作用被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)土壤產(chǎn) 生和排放N 2 O的主要過程 8 硝化細(xì)菌在有氧條 件下氧化N H 4 反硝化細(xì)菌在無氧條件下還原 N O 3 1 2 1 4 排放的大多數(shù)N 2 O歸于硝化過程的第 一步 反硝化作用是氮循環(huán)過程的最后一步 N 2 O 作為反硝化過程的中間產(chǎn)物 促進(jìn)N 2 O的排放 可 能發(fā)生不完全的反硝化作用 如環(huán)境的變化等 最終 導(dǎo)致N 2 O作為產(chǎn)物產(chǎn)生 1 4 隨著對N 2 O排放機(jī)制 的研究深入 發(fā)現(xiàn)硝化細(xì)菌反硝化 硝態(tài)氮異化還原 成銨 D N R A 化學(xué)反硝化等非生物過程也可產(chǎn)生 N 2 O 1 5 1 7 硝化細(xì)菌反硝化是氨氧化過程中產(chǎn)生的 N O 2在自養(yǎng)硝化細(xì)菌作用下進(jìn)一步還原為N 2 O和 N 2的過程 硝態(tài)氮異化還原成銨需要在嚴(yán)格厭氧 條件 高p H以及大量的易氧化態(tài)有機(jī)物存在的條 件下進(jìn)行 主要包含2個(gè)階段 第一個(gè)階段在硝酸鹽 還原酶作用下將N O 3還原成N O 2 第二個(gè)階段在 D N R A亞硝酸還原酶的催化下將N O 2還原成 N H 4 化學(xué)反硝化通常發(fā)生在低p H土壤 酸性土 壤 中 是指N H 4氧化為N O 2的過程中 產(chǎn)生的中 間化學(xué)分解或N O 2本身與有機(jī)胺類或無機(jī)化合物 的化學(xué)反應(yīng) 上述可產(chǎn)生N 2 O的3個(gè)非生物過程 過程中 都可能會(huì)有不止一個(gè)特定的N 2 O生產(chǎn)途 302 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2 0 2 2年第2 7卷 徑 此外 施肥受到人為活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾 使得農(nóng)業(yè) 土壤中N 2 O排放表現(xiàn)出巨大的時(shí)空變異 8 綜上 一旦氮進(jìn)入土壤 就會(huì)有生物或者非生物過程產(chǎn)生 N 2 O 人為的農(nóng)業(yè)活動(dòng)會(huì)干擾其中一些或全過程 N 2 O可由許多不同的微生物協(xié)同產(chǎn)生 與N 2 O 產(chǎn)生有關(guān)的微生物功能基因主要集中在氨氧化細(xì)菌 和氨氧化古菌的amoA基因 硝化酶 nas nirB 亞 硝酸鹽還原酶基因 nirK nirS 氧化亞氮還原酶 nosZ 基因 1 8 一般認(rèn)為 N 2 O排放與反硝化過程 中的基因 nirK nirS nosZ napA narG 相關(guān) 這些功 能基因成為溫室氣體通量潛力的關(guān)鍵指標(biāo) 1 3 1 9 2 生物炭對土壤N2O排放的影響及減排機(jī)制 2 1 生物炭對土壤N2O排放的影響 生物炭對土壤N 2 O排放的影響取決于生物炭 特性與土壤性質(zhì)兩者之間的相互作用 盡管越來越 多的證據(jù)表明 向土壤中添加生物炭可以影響N 2 O 排放速率 但生物炭添加對土壤N 2 O排放影響的結(jié) 論不一 表1 多數(shù)研究認(rèn)為生物炭有利于減少土壤N 2 O的 排放 2 0 2 3 在整合分析2 0 0 7 2 0 1 3年發(fā)表的相關(guān) 生物炭文獻(xiàn) 觀測試驗(yàn)數(shù)量n 9 3 3 的研究中發(fā)現(xiàn) 無論是田間試驗(yàn)還是室內(nèi)試驗(yàn) 生物炭平均可減少 5 4 6 土壤N 2 O排放 1 7 C a y u e l a等 2 4 通過進(jìn) 一步研究發(fā)現(xiàn)生物炭降低4 9 5 土壤N 2 O排 放 對比區(qū)分了室內(nèi)培養(yǎng)和野外試驗(yàn)條件下的N 2 O 排放降幅分別為5 4 5 和2 8 1 6 程效義 等 2 5 研究發(fā)現(xiàn) 棕壤玉米旱田中添加秸稈生物炭 2 0 t h m 2 能降低2 1 7 6 土壤N 2 O的排放量 生 物炭對不同類型 沙土 淤泥 壤土和黏土 土壤的 N 2 O減排效果以壤土最明顯 1 9 減排量可達(dá) 3 2 2 6 室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)表明 小麥秸稈生物炭顯著 降低黑鈣土N 2 O排放 降幅可達(dá)5 5 9 6 2 7 對比不同生物炭施入量對N 2 O減排的效果發(fā)現(xiàn) 小 麥秸稈生物炭 2 0和4 0 t h a施入鈣質(zhì)壤土后 N 2 O 排放量分別減少了1 0 7 和7 1 8 2 8 相比氮肥 處理 減少了3 1 2 9 隨著生物炭添加量的增加 土壤N 2 O排放量減少幅度增加 當(dāng)生物炭添加量為 4 0 t h a時(shí)效果達(dá)到最大 1 9 通過對比生物炭對酸 性和堿性土壤N 2 O排放的影響 發(fā)現(xiàn)玉米芯生物炭 可降低酸性土壤N 2 O排放的2 6 9 橄欖果肉生物 炭可降低酸性土壤6 8 4 及堿性土壤3 4 3 4 2 稻 草生物炭 2 改善酸性土壤可以通過提高土壤 p H值及nosZ和nirK基因豐度來控制土壤N 2 O的 排放 降幅達(dá)7 0 2 據(jù)估計(jì) 土壤添加生物炭有 可能使溫室氣體年排放量減少1 2 2 1 甚至 更多 1 9 另一方面 也有研究結(jié)果表明生物炭刺激了土 壤N 2 O的排放 8 2 8 3 0 3 1 與僅施用N P K處理相比 生物炭雖然改良土壤 但增加了水稻田土壤N 2 O的 排放 2 7 3 2 這源于水稻后期土壤硝態(tài)氮 N O 3 N 含 量或水稻早期土壤銨態(tài)氮 N H 4 N 含量的增 加 2 7 在土壤水分 2 0 5 0 條件下 添加云杉 碎屑制成的生物可導(dǎo)致種植豆科植物土壤的N 2 O 排放量增加 2 8 此外 如果熱解合成氣未凈化 生 物炭生產(chǎn)過程也可能是N 2 O排放的潛在來源 排放 量約為原料含氮量的2 4 1 9 此外 極個(gè)別研究表明生物炭添加對土壤N 2 O 通量沒有影響 3 3 3 5 對于有機(jī)碳含量低 5 g k g 的土壤 生物炭對土壤N 2 O排放的影響較小且不顯 著 這是因?yàn)楫愷B(yǎng)過程可用碳量很少 增加了低有機(jī) 碳土壤的硝化作用 1 9 由糞便制成或在低于3 5 0 溫度下熱解的生物炭對土壤N 2 O排放的減少作 用微不足道 這歸因于生物炭較弱的芳族環(huán)結(jié)構(gòu)和 較低的表面積 較低的導(dǎo)電能力和較少的表面官能 團(tuán) 1 9 生物炭的施用不會(huì)影響短時(shí)期 2年 火山灰 土的N 2 O累積排放量 這與火山灰具有較高的p H 緩沖能力和總陽離子交換量有關(guān) 3 2 總之 生物炭對土壤N 2 O排放影響取決于研究 區(qū)土壤和氣候條件 試驗(yàn)條件 室內(nèi) 野外 及持續(xù)時(shí) 間 生物炭類型 物料來源 施用量及熱解條件 等 1 7 2 0 2 8 生物炭具有減緩?fù)寥繬 2 O排放的潛力 其中生物炭類型 生物炭添加量和氣候帶是影響生 物炭對土壤N 2 O排放影響的重要調(diào)控因素 且野外 試驗(yàn)中生物炭對N 2 O的減排效果常低于室內(nèi)控制 試驗(yàn) 2 2 生物炭減緩?fù)寥繬2O排放的機(jī)制 多數(shù)研究將研究焦點(diǎn)集中于生物炭如何降低土 壤N 2 O排放速率機(jī)理上 由于N 2 O產(chǎn)生途徑多而 復(fù)雜且高度時(shí)空變異 2 0 使得農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤 N 2 O的減排具挑戰(zhàn)性 生物炭改良劑作為減少 N 2 O的長期方法的適用性尚不確定 目前有關(guān)生 物炭減緩?fù)寥繬 2 O排放的機(jī)制主要有以下2點(diǎn) 圖1 402 第2期沈芳芳等 生物炭減緩農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤N 2 O排放的研究進(jìn)展 書書書 G21 G21 G21 G22 G23 G24 G25 G26 G27 G28 G29 G2A G22 G23 G24 G2B G2C G2D G2E G2F G21 G22 G23 G24 G25 G26 G21 G27 G28 G29 G24 G2A G25 G28 G2B G25 G2C G29 G23 G2D G2C G2B G2E G22 G2F G22 G30 G25 G28 G31 G30 G25 G28 G32 G2C G28 G33 G2C G2D G24 G34 G35 G36 G25 G30 G2D G33 G33 G2D G2C G28 G21 G22 G23 G24 G25 G37 G2D G2C G2B G2E G22 G2F G29 G25 G25 G31 G33 G32 G2C G2B G38 G26 G27 G28 G29 G21 G39 G3A G3B G2F G2C G24 G3B G33 G2D G33 G32 G25 G30 G3C G25 G2F G22 G32 G2A G2F G25 G2A G2B G2C G3D G3C G3C G24 G2D G2B G22 G32 G2D G2C G28 G22 G30 G2C G2A G28 G32 G2D G2E G2F G30 G3E G2C G2D G24 G32 G3B G3C G25 G34 G35 G36 G31 G32 G2C G33 G34 G35 G29 G3F G2E G22 G28 G40 G25 G33 G2D G28 G34 G35 G36 G25 G30 G2D G33 G33 G2D G2C G28 G36 G37 G38 G39 G21 G3A G3B G3C G3D G41 G22 G23 G2C G2F G22 G32 G2C G2F G3B G2D G28 G2B G2A G23 G22 G32 G2D G2C G28 G21 G42 G2D G25 G24 G31 G25 G43 G3C G25 G2F G2D G30 G25 G28 G32 G3E G3F G40 G41 G44 G25 G29 G25 G2F G25 G28 G2B G25 G33 G42 G43 G44 G45 G44 G2D G2B G25 G33 G32 G2F G22 G45 G46 G47 G47 G26 G48 G22 G35 G48 G42 G43 G49 G46 G47 G48 G49 G22 G4A G4B G2D G4A G35 G48 G21 G4B G47 G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G4A G47 G31 G25 G35 G26 G4C G4D G4E G4F G4D G50 G4D G51 G52 G53 G54 G4D G2D G43 G25 G31 G2E G22 G2F G31 G22 G28 G31 G33 G2C G29 G32 G4E G2D G2F G40 G2D G28 G45 G2C G2C G31 G27 G26 G47 G48 G55 G56 G57 G58 G4F G50 G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G26 G47 G59 G25 G26 G50 G26 G4C G4D G5A G5B G21 G23 G4C G4D G4D G5C G51 G43 G5D G24 G51 G5E G5F G60 G61 G52 G22 G2F G31 G45 G2C G2C G31 G33 G22 G45 G31 G2A G33 G32 G21 G23 G2E G22 G2F G31 G45 G2C G2C G31 G33 G22 G45 G31 G2A G33 G32 G51 G2F G2D G2B G25 G2E G2A G33 G38 G24 G51 G2B G2E G2D G2B G38 G25 G28 G30 G22 G28 G2A G2F G25 G2B G2C G30 G3C G2C G33 G32 G27 G53 G48 G2E G2D G35 G4B G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G26 G35 G47 G31 G25 G35 G4A G26 G62 G4D G21 G22 G23 G3A G2D G28 G25 G2B G2E G2D G3C G23 G2D G2C G2B G2E G22 G2F G53 G53 G47 G26 G47 G4D G40 G21 G2E G30 G35 G23 G47 G54 G53 G48 G24 G63 G64 G2E G2D G26 G47 G47 G48 G23 G51 G24 G3A G3B G3C G3D G35 G65 G25 G35 G4B G26 G66 G67 G5D G21 G22 G23 G55 G22 G24 G28 G2A G32 G33 G2E G25 G24 G24 G23 G2D G2C G2B G2E G22 G2F G50 G47 G47 G26 G47 G4D G40 G21 G2E G30 G35 G23 G47 G54 G53 G48 G24 G63 G64 G2E G2D G56 G56 G48 G21 G46 G53 G48 G23 G51 G24 G3A G3B G3C G3D G35 G65 G25 G35 G4B G26 G68 G69 G6A G3F G2C G2F G28 G2B G2C G23 G35 G53 G47 G50 G54 G4F G40 G4A G63 G2D G35 G46 G54 G50 G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G4A G47 G31 G25 G4A G35 G26 G6B G6C G6D G6E G36 G24 G2D G4E G25 G3C G2A G24 G3C G35 G53 G47 G50 G54 G4F G40 G4A G63 G2D G4E G6F G70 G2D G56 G4A G54 G56 G48 G21 G46 G4F G54 G4A G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G4A G47 G31 G25 G4A G35 G26 G4C G4D G23 G71 G28 G72 G73 G4E G74 G67 G22 G4D G23 G24 G52 G22 G2F G31 G45 G2C G2C G31 G23 G22 G33 G2E G22 G2C G22 G38 G22 G28 G31 G2B G2E G25 G2F G2F G3B G22 G37 G2C G31 G29 G22 G2F G2D G3F G2E G22 G2F G2B G2C G22 G24 G24 G26 G4F G47 G21 G4A G47 G47 G35 G48 G75 G2E G2D G50 G26 G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G4A G31 G25 G26 G4F G26 G4C G4D G21 G22 G23 G52 G22 G2F G31 G45 G2C G2C G31 G53 G47 G47 G35 G35 G54 G4A G4D G40 G21 G2E G30 G35 G76 G77 G2E G2D G53 G47 G48 G23 G4C G24 G3A G3B G3C G3D G56 G65 G25 G35 G47 G26 G78 G79 G44 G45 G55 G2E G25 G22 G32 G33 G32 G2F G22 G45 G4A G53 G47 G26 G54 G46 G4F G48 G7A G7B G2D G53 G53 G48 G21 G50 G46 G48 G23 G4C G24 G36 G37 G38 G39 G26 G47 G47 G31 G25 G56 G26 G26 502 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2 0 2 2年第2 7卷 書書書 G21 G21 G21 G22 G22 G23 G24 G25 G26 G27 G22 G23 G24 G25 G26 G27 G28 G29 G2A G2A G2B G2C G2D G24 G25 G2E G28 G29 G2A G2B G23 G2F G30 G31 G28 G24 G32 G31 G2C G23 G2C G2D G2A G33 G34 G2A G28 G27 G2D G35 G28 G2A G2C G2D G2E G36 G34 G34 G32 G23 G25 G27 G2D G23 G24 G37 G27 G33 G24 G35 G37 G2D G2F G30 G31 G32 G38 G24 G23 G32 G2D G31 G34 G2A G39 G3A G3B G33 G34 G2E G35 G36 G37 G2B G3C G26 G27 G37 G3D G2A G2C G23 G37 G39 G3A G3B G2A G33 G23 G2C G2C G23 G24 G37 G38 G39 G3A G3B G23 G3C G3D G3E G3F 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且隨熱解溫度的提高而升 高 3 6 生物炭的石灰效應(yīng) 生物炭含有堿性物質(zhì) 主 要為表面有機(jī)官能團(tuán) 碳酸鹽 有機(jī)陰離子和其他無 機(jī)堿 并且具有較高的p H 可用作修正土壤酸度的 改良劑 3 7 生物炭的原料和熱解條件會(huì)影響生物 炭的堿度 如豆科植物比非豆科植物生產(chǎn)的生物炭 含有更高的堿度 3 8 隨著熱解溫度的升高 生物炭 的堿度增加 表現(xiàn)在碳酸鹽含量的增加 3 9 生物炭的化學(xué)結(jié)構(gòu) 生物炭的H C O C和 N O C是表征生物炭芳香性 親水性和極性大 小的重要指標(biāo) 三者越高 分別表示芳香性越低 親 水性越大和極性越大 與生物炭的穩(wěn)定性和潛在吸 附能力有關(guān) 3 6 其中生物炭的H C在減緩N 2 O 排放的潛力發(fā)揮了重要作用 一般低H C的生物炭 往往具有更強(qiáng)的N 2 O減緩能力 相反 H C越高 其減緩能力越弱 這是因?yàn)檩^低的H C通常具有更 高的聚合度和芳族環(huán)結(jié)構(gòu) 2 4 試驗(yàn)進(jìn)一步研究表 明 H C 0 5 的生物炭N 2 O降低了4 0 1 6 2 4 生物炭隨時(shí)間的老化 生物炭對土壤N 2 O排 放的減緩能力還取決于生物炭在田間條件下的老化 情況 3 1 4 0 生物炭的性質(zhì)會(huì)隨時(shí)間變化發(fā)生老化 如稠環(huán)結(jié)構(gòu)的大小發(fā)生改變導(dǎo)致生物炭表面的官能 團(tuán) 羧基 羰基 羥基和酚基等 增加 表面積和孔體 積的降低導(dǎo)致生物炭的吸附能力降低等 4 1 隨著 時(shí)間的推移 生物炭可能會(huì)失去其石灰效應(yīng) 如老化 過程中生物炭表面的氧化可能產(chǎn)生酸性或較低的土 壤p H 2 0 生物炭老化可能會(huì)影響分解后土壤有機(jī) 碳的殘留率 研究表明 生物炭老化提高了微生物碳 的利用效率 但減少了生物質(zhì)周轉(zhuǎn)時(shí)間 4 1 2 生物炭影響土壤理化性質(zhì)和氮轉(zhuǎn)化過程 生 物炭通過影響土壤理化性質(zhì)引起土壤養(yǎng)分的變化從 而導(dǎo)致土壤N 2 O排放量的直接和 或間接減少 4 2 生物炭施入后 土壤的物理結(jié)構(gòu) 孔隙度 容重 團(tuán)聚 體 水分或持水能力等 化學(xué)性質(zhì) p H和養(yǎng)分狀況 等 和生物過程 氮循環(huán)和氮轉(zhuǎn)化過程等 均發(fā)生改 變 4 3 4 4 生物炭對土壤養(yǎng)分的影響主要體現(xiàn)在對土 壤無機(jī)氮 N O 3 N和N H 4 N 的有效性產(chǎn)生增加 減少或無影響 驅(qū)動(dòng)這些變化的機(jī)理被認(rèn)為是非生 物的 吸附或解吸 或與生物相關(guān)的氮轉(zhuǎn)化生物過 程 1 4 4 5 4 6 氮的有效性