pH对土壤生物炭固碳效果的影响及机制

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土壤生物炭固碳是当前最具潜力的温室气体减排技术之一。研究发现生物炭不仅能固定生物质中的有机碳,减少温室气体排放,还能增加土壤肥力,缓解土壤酸化,吸附重金属及有机污染物。迄今对土壤中加入生物炭后CO2释放变化尚存在争议,pH作为土壤重要的参数,能够对生物炭投加后土壤的物理化学及生物过程产生作用,从而影响生物炭固碳减排效应。目前有关pH对土壤生物炭固碳减排效应影响及微观机制的研究较少。为此本文模拟旱地条件,在测定不同pH的六种土壤加入生物炭后的CO2排放的基础上,通过同位素分析及高通量测序的方法,研究了 pH对无机碳释放、生物炭降解、有机质稳定性及微生物群落的影响,试图探明pH影响生物炭固碳减排的微观机制,为提高土壤生物炭固碳减排效率及潜力估算提供科学依据。论文取得了一些有价值的结果:(1) 土壤pH可以通过改变生物炭中碳酸盐溶解、表面官能团构成及有机质溶出影响生物炭的降解。在4.34-7.91范围内,土壤pH越低,生物炭中碳酸盐更易溶解形成CO2,且表面基团中的C-O及OH结构增多,更易被老化。酸性土壤(pH<7)中加入生物炭后CO2释放量明显增加,而碱性土壤(pH>7)加入生物炭后CO2释放量减少,且增加和减小的幅度随生物炭的投加量增加而增长。(2) 土壤pH是影响土壤微生物结构及CO2排放最重要的因素,且与其他因素有很强的相关性。生物炭能通过增加酸性土壤pH及其有机质的微生物可利用性,降低细菌生长底物限制,促进富营养菌的增长,从而促进其CO2排放,生物炭热解温度降低,促进作用越强。而在碱性土壤中由于生物炭对易降解有机质的吸附作用,贫营养菌微弱增加,微生物量减小,抑制土壤CO2排放。长期固碳过程中,有机-矿物结合重要性逐渐突出,且随pH减小有机质稳定性更强。(3)生物炭降解率、生物炭对土壤有机质降解的激发效应与土壤的C-/G+呈负相关。土壤G-/G+越小,微生物偏向于利用芳环类有机质,生物炭降解增加。我国酸性土壤占总耕作土壤的27%左右,这类土壤在实际的农业过程中的生物炭固碳潜力被高估,可以通过配合添加秸秆或添加生石灰等方式,加强生物炭的固碳减排效果。
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