物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)和CO2排放的影響研究進(jìn)展

楊萌+李永夫+肖永恒+李永春+岳天+姜培坤+周國(guó)模

摘要：由于生物質(zhì)炭的碳化學(xué)結(jié)構(gòu)主要以芳香碳為主，具有高度的生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性，可長(zhǎng)期保存于土壤中而不被土壤微生物所分解，因此其在增加土壤碳庫(kù)容量、穩(wěn)定土壤有機(jī)碳庫(kù)以及維持土壤碳平衡方面發(fā)揮著重要作用。本研究綜述了生物質(zhì)炭輸入對(duì)活性有機(jī)碳、腐殖質(zhì)特性以及有機(jī)碳礦化特征的影響，較詳細(xì)地分析了生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤CO2通量的影響效果及其機(jī)制，最后展望了該方向今后的研究重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭；活性有機(jī)碳；土壤腐殖質(zhì)；土壤有機(jī)碳礦化；CO2排放

中圖分類號(hào)：S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）02-0205-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.02.002

全球氣候變暖已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，CO2作為全球氣候變暖的主要溫室氣體對(duì)其貢獻(xiàn)率高達(dá)50%～60%[1]。土壤作為全球最大的碳庫(kù)，通過(guò)呼吸的形式釋放到大氣中的CO2是化石燃料釋放的10倍以上[2-3]。因此，如何減少土壤呼吸所釋放CO2量成為減緩全球氣候變暖的關(guān)鍵所在。目前對(duì)土壤CO2減排的研究主要集中于土地利用方式、植被類型、水熱條件、施肥等因素的研究。生物質(zhì)炭因其高含碳量、難被分解、空隙多、比表面積大的特點(diǎn)，以及其在全球碳循環(huán)涉及到氣候變化和環(huán)境問(wèn)題而成為最近研究的熱點(diǎn)[4-5]。

生物質(zhì)炭是指植物或動(dòng)物生物質(zhì)在厭氧或部分厭氧條件下通過(guò)高溫?zé)崃呀庵苽涑傻亩嗫追枷泐惢瘜W(xué)物質(zhì)[6-8]。由于生物質(zhì)炭具有比表面積巨大，孔隙度豐富、高pH等特點(diǎn)，生物質(zhì)炭不僅對(duì)土壤性質(zhì)改良具有極大的益處，而且在溫室氣體減排方面具有極大的潛力。另外，生物質(zhì)炭的有機(jī)碳結(jié)構(gòu)主要以芳香碳為主，因此它具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，在土壤中可以存在上千年[9]，因此生物質(zhì)炭對(duì)土壤固碳具有重要的意義。為了深入理解生物質(zhì)炭施入對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)和土壤CO2排放的影響機(jī)制，本研究綜述了生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤活性有機(jī)碳庫(kù)、腐殖質(zhì)特性以及有機(jī)碳礦化特征的影響，較詳細(xì)地分析了生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤CO2排放的影響效果及其機(jī)制，最后展望了該方向今后的研究重點(diǎn)。

1 生物質(zhì)炭對(duì)有機(jī)碳庫(kù)的影響

1.1 生物質(zhì)炭輸入對(duì)活性有機(jī)碳庫(kù)的影響

土壤活性有機(jī)碳庫(kù)是土壤微生物活動(dòng)的能量來(lái)源和土壤養(yǎng)分變化的驅(qū)動(dòng)力，其動(dòng)態(tài)變化與土壤呼吸存在密切的關(guān)系，土壤活性碳具有移動(dòng)速度快、穩(wěn)定性差、易氧化分解等特點(diǎn)，具有較高的植物、動(dòng)物和微生物活性[10]。土壤活性有機(jī)碳雖然只占土壤總有機(jī)碳的一小部分，但卻能夠在土壤全球變化之前反應(yīng)出人類活動(dòng)對(duì)土壤所引起的微小變化，是土壤碳循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)力，對(duì)土壤碳收支平衡和全球氣候變化具有重要的意義[11]。土壤活性有機(jī)碳包括水溶性有機(jī)碳、微生物量碳、易氧化有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、熱水溶性有機(jī)碳、可礦化態(tài)碳等。其中土壤水溶性有機(jī)碳、微生物量碳和易氧化有機(jī)碳是土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的重要表征指標(biāo)[12]。

生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響在不同類型土壤之間存在顯著差異。如Durenkamp等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在黏質(zhì)土中添加生物質(zhì)炭能夠增加土壤微生物碳的含量，而在沙質(zhì)土中添加則降低其含量。部分研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭施入土壤對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響，還會(huì)隨著生物質(zhì)炭施入時(shí)間的長(zhǎng)短而不同。如花莉等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中施入椰殼炭初期能夠提高土壤活性有機(jī)碳的含量，但隨著時(shí)間的推移其含量逐漸降低，而土壤有機(jī)碳的總量則無(wú)顯著變化，從而降低了土壤活性有機(jī)碳占土壤總有機(jī)碳含量的百分比。謝國(guó)雄等[15]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤施入生物質(zhì)炭會(huì)影響土壤微生物生物量碳、水溶性碳和易氧化碳的含量，隨著施入時(shí)間的推移土壤微生物生物量碳和水溶性有機(jī)碳的含量逐漸減少。付琳琳[16]通過(guò)對(duì)水稻土施入生物質(zhì)炭3年后的研究也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果。施用生物質(zhì)炭初期能夠增加微生物生物量碳，可能是由于生物質(zhì)炭本身所攜帶的活性有機(jī)碳；后期隨著生物質(zhì)炭施入時(shí)間的增加，土壤和生物質(zhì)炭中的活性有機(jī)碳被微生物所降解，從而降低了其含量。另外還有研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響還會(huì)隨著生物質(zhì)炭制備溫度和施入量的不同而不同。如趙世翔等[17]研究發(fā)現(xiàn)添加低溫生物質(zhì)炭能夠增加土壤的呼吸速率、活性有機(jī)碳的含量，且隨著添加比例的增加而增加，而在同一添加比例下，隨著制備溫度的升高而降低。金素素等[18]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤施入生物質(zhì)炭能夠增加土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳的含量，但隨著施炭量的增加，活性有機(jī)碳占總有機(jī)碳的百分比降低，并且隨著時(shí)間的推移，活性有機(jī)碳的含量逐漸減少?；ɡ虻萚19]試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)向水稻土中添加生物質(zhì)炭能夠提高土壤的惰性碳庫(kù)，從而降低活性有機(jī)碳占土壤有機(jī)碳的比例，并且隨著施碳量的增加而降低。馬莉等[20]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加生物炭可以顯著提高灰漠土易氧化態(tài)有機(jī)碳和微生物生物量碳的含量。這可能是因?yàn)樘砑由镔|(zhì)炭能夠提高作物的生物量，特別是能夠提高根系的生物量，這樣就增加了土壤新鮮有機(jī)碳的輸入量，從而增加了土壤易氧化有機(jī)碳和微生物生物量碳的含量。

1.2 生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤腐殖質(zhì)的影響

土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)重要的物質(zhì)組成，主要指除未分解和半分解動(dòng)、植物殘?bào)w及微生物體以外的有機(jī)物質(zhì)的總稱[21]，其含量及其動(dòng)態(tài)變化特征是反應(yīng)土壤質(zhì)量的重要標(biāo)志，作為土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)土地的健康循環(huán)利用具有重要的意義。由于腐殖質(zhì)在土壤中不易被分解，所以它是土壤有機(jī)碳庫(kù)中重要的穩(wěn)定組成部分，其含量的多少對(duì)土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定具有重要意義。土壤腐殖質(zhì)包含富里酸、胡敏酸、胡敏素三部分，其中胡敏素溶解性最差，穩(wěn)定性最強(qiáng)[22]。

生物質(zhì)炭可能是土壤腐殖質(zhì)的來(lái)源[23]，為了證實(shí)這一結(jié)果，研究者進(jìn)行了一系列的研究，如Haumaier等[24]通過(guò)核磁共振技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭和土壤腐殖質(zhì)具有相似的波譜特征。Kwapinski等[25]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭在一定條件下可以通過(guò)微生物轉(zhuǎn)化為土壤腐殖質(zhì)。付琳琳[16]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤施入生物質(zhì)炭能夠增加胡敏素含量，使其分子結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增加土壤腐殖質(zhì)的含量。周鑫[26]在不同用量的生物質(zhì)炭施入的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著生物質(zhì)炭施入量的增加，土壤胡敏素的含量也增加，并且隨著時(shí)間的增加而增加，但一年之后逐漸減低，當(dāng)生物質(zhì)炭施入量為48 t/hm2時(shí)，胡敏素的含量隨時(shí)間的變化一直在增加，但富里酸和胡敏酸的含量隨著生物質(zhì)炭施入量的增加而降低，這可能是由于生物質(zhì)炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙度，可以對(duì)分子量相對(duì)小的富里酸和胡敏酸產(chǎn)生吸附作用，生成分子結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的胡敏素。Wang等[27]在豬糞堆肥過(guò)程中添加生物質(zhì)炭，通過(guò)核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭的施入提高了烷基、烴基比率和芳香烴的含量，這都說(shuō)明生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化進(jìn)程；另外，通過(guò)對(duì)此生物質(zhì)炭的傅里葉變換紅外光譜分析認(rèn)為，腐殖質(zhì)的吸附作用和生物質(zhì)炭的化學(xué)氧化可能是加速芳香烴物質(zhì)形成的原因，但其中具體的作用機(jī)制還不是很清楚，有待于進(jìn)一步的研究。張葛等[28]在土壤中施入玉米秸稈生物質(zhì)炭的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的添加顯著地提高了土壤胡敏酸的縮合度和芳香化程度，降低了氧化度，從而增加了土壤腐殖質(zhì)的含量。孟凡榮等[29]在玉米秸稈生物質(zhì)炭對(duì)黑土腐殖質(zhì)和胡敏酸影響的研究中也發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的施入有助于胡敏酸脂肪鏈烴的形成，從而提高胡敏酸中芳香化結(jié)構(gòu)的比例，有利于胡敏酸向胡敏素的轉(zhuǎn)化。胡敏素作為土壤腐殖質(zhì)中最穩(wěn)定的組成成分，其含量的高低對(duì)土壤有機(jī)碳的固定具有重要的影響。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤中的腐殖質(zhì)不僅來(lái)源于動(dòng)植物殘?bào)w的分解，也可能來(lái)源于外界所添加的生物質(zhì)炭的轉(zhuǎn)化。生物質(zhì)炭添加到土壤中，由于其特有的理化性質(zhì)，一方面可以為土壤微生物提供合適的生活環(huán)境促進(jìn)其活性，從而影響生物質(zhì)炭向土壤腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化；另一方面，生物質(zhì)炭可以通過(guò)自身的芳香基團(tuán)和羰基等結(jié)構(gòu)，影響土壤腐殖質(zhì)中胡敏酸結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而影響生物質(zhì)炭向土壤腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

1.3 生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響

土壤有機(jī)碳是指存在于土壤中所含碳的有機(jī)物質(zhì)，包括動(dòng)植物的殘?bào)w、微生物體及其會(huì)分解和合成的各種有機(jī)質(zhì)，可以通過(guò)多種方式影響土壤向大氣中釋放CO2。土壤有機(jī)質(zhì)的礦化過(guò)程受到環(huán)境因子、理化性質(zhì)、微生物等因素的影響，直接關(guān)系到土壤溫室氣體的排放[15]，而生物質(zhì)炭施入能夠改變土壤溫度、水分、酸堿度等理化性質(zhì)，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用。土壤溫度通過(guò)影響土壤微生物和土壤酶活性而影響土壤有機(jī)碳的礦化。當(dāng)溫度較低時(shí)，升高溫度有利于促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化；而當(dāng)溫度較高時(shí)，升高溫度不但不會(huì)促進(jìn)礦化速率反而對(duì)其產(chǎn)生抑制作用[30]，而生物質(zhì)炭施入可以通過(guò)改變土壤顏色、土壤通氣性、含水量等因素而影響土壤溫度的變化。水分條件對(duì)土壤有機(jī)碳礦化速率的影響是復(fù)雜的，在旱地中水分條件是影響土壤有機(jī)碳礦化的重要條件，但當(dāng)水分含量達(dá)到一定值時(shí)，其對(duì)土壤礦化速率影響不大，所以對(duì)于水田等水分含量高的土壤來(lái)說(shuō)，水分條件就不是制約土壤有機(jī)碳礦化的關(guān)鍵因素，而添加生物質(zhì)炭可以通過(guò)改變土壤的含水量而影響土壤有機(jī)碳的礦化。如康熙龍等[31]在對(duì)旱地土壤施入生物質(zhì)炭的研究中發(fā)現(xiàn)，在添加相同量的生物質(zhì)炭下，土壤有機(jī)碳的礦化速率隨著水分含量的增加而提高。王戰(zhàn)磊等[32]在對(duì)板栗林施入竹葉生物質(zhì)炭的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，土壤含水量對(duì)土壤的CO2排放無(wú)顯著影響。由于生物質(zhì)炭是堿性物質(zhì)，對(duì)酸性土壤施入生物質(zhì)炭能夠改良土壤性質(zhì)，提高微生物活性，從而促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化。從目前的研究結(jié)果來(lái)看，生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)碳的礦化存在多種影響結(jié)果，有促進(jìn)作用的，有抑制作用的，也有沒(méi)有影響的[33-35]。

Liang等[36]研究發(fā)現(xiàn)高溫制備的生物質(zhì)炭能夠抑制土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用。花莉等[37]研究發(fā)現(xiàn)高溫制備的生物質(zhì)炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對(duì)土壤中的活性有機(jī)物質(zhì)起到一定的吸附作用，從而降低了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化。王英惠等[38]在土壤中添加不同溫度制備的生物質(zhì)炭研究中發(fā)現(xiàn)，隨著制備生物質(zhì)炭溫度的升高土壤有機(jī)碳礦化速率逐漸降低，土壤有機(jī)碳的含量增加，累計(jì)礦化量逐漸減少。以上研究結(jié)果表明，高溫制備的生物質(zhì)炭比低溫制備的生物質(zhì)炭更有利于土壤有機(jī)碳的封存。原因可能有：①在一定溫度范圍內(nèi)，制備生物質(zhì)炭的溫度越高，土壤有機(jī)碳的半衰期越長(zhǎng)[17]，從而減慢了土壤有機(jī)碳的礦化速率。②隨著制備生物質(zhì)炭溫度的升高，生物質(zhì)炭的芳香化結(jié)構(gòu)和致密性越高，生物質(zhì)炭的穩(wěn)定性就越強(qiáng)[39]，而土壤有機(jī)碳礦化的部分來(lái)源于生物質(zhì)炭本身，所以高溫制備的生物質(zhì)炭更有利于降低土壤有機(jī)碳的礦化速率。③生物質(zhì)炭可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，提高土壤碳庫(kù)的穩(wěn)定性，從而降低土壤有機(jī)碳的礦化速率[40]?？锍珂玫萚41]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)向紅壤水稻土中添加生物質(zhì)炭能夠降低土壤的呼吸強(qiáng)度，有機(jī)碳礦化率和累積礦化量。劉燕萍等[42]在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤施入生物質(zhì)炭，前期能夠促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化，后期則減緩了此過(guò)程。王蕾等[43]也發(fā)現(xiàn)了類似的試驗(yàn)結(jié)果。Hefa等[44]試驗(yàn)認(rèn)為生物質(zhì)炭含有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠吸附土壤中的有機(jī)質(zhì)，減少微生物和土壤酶與土壤有機(jī)質(zhì)的接觸，從而降低了土壤有機(jī)碳的礦化。趙次嫻等[45]在水田和旱地土壤中添加生物質(zhì)炭研究發(fā)現(xiàn)，添加生物質(zhì)炭對(duì)水田和旱地中的土壤有機(jī)碳的礦化都能起到抑制作用?？滴觚埖萚31]試驗(yàn)研究結(jié)果表明，對(duì)旱地土壤添加生物質(zhì)炭能夠抑制土壤有機(jī)碳的礦化，并且隨著生物質(zhì)炭施入量的增加而增強(qiáng)。

但是，也有一些結(jié)果表明生物質(zhì)輸入對(duì)土壤有機(jī)碳礦化存在促進(jìn)作用或無(wú)顯著影響。Steinbeiss等[46]和Luo等[47]發(fā)現(xiàn)向土壤中添加生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化。Wardle等[48]研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭本身含有的有機(jī)物質(zhì)增強(qiáng)了土壤微生物的活性，因而促進(jìn)了土壤有機(jī)碳的礦化。Farrell等[49]在試驗(yàn)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤添加生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化。但是也有不少研究結(jié)果表明，施入生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化無(wú)顯著影響[50-52]。Hilscher等[53]發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤添加由松木制備而成的生物質(zhì)炭沒(méi)有增加土壤有機(jī)碳的礦化速率，而添加牧草制備的生物質(zhì)炭則增強(qiáng)了土壤有機(jī)碳的礦化速率。王戰(zhàn)磊等[32]研究發(fā)現(xiàn)向板栗林中施入生物質(zhì)炭?jī)H在第1個(gè)月增加了CO2的排放和微生物碳和水溶性碳的含量，但對(duì)土壤CO2的年累積排放量并無(wú)影響。施入生物質(zhì)炭初期促進(jìn)土壤CO2排放速率的原因可能是生物質(zhì)炭本身含有一些易被分解的有機(jī)碳而被土壤中的微生物所分解，后期土壤呼吸速率降低的原因可能是生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的吸附作用，減少了土壤有機(jī)質(zhì)與微生物的接觸機(jī)會(huì)，從而降低了土壤的呼吸速率[54]。Singh等[55]研究認(rèn)為，制備生物質(zhì)炭的溫度以及生物質(zhì)的差異，使得所制備生物質(zhì)炭的性質(zhì)有所不同，從而影響土壤有機(jī)碳的礦化。另外，生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化速率的影響也會(huì)因土壤有機(jī)質(zhì)含量的不同而不同。一般情況下是對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量特別低的土壤產(chǎn)生抑制作用，中等含量的產(chǎn)生促進(jìn)作用，含量較高的也產(chǎn)生抑制作用[15]。

2 生物質(zhì)炭對(duì)土壤CO2通量的影響

從以往的研究來(lái)看，土壤施入生物質(zhì)炭對(duì)土壤CO2排放既有激發(fā)效應(yīng)又有抑制效應(yīng)，或?qū)O2排放無(wú)顯著影響，這種影響效果會(huì)因生物質(zhì)炭類型和施用劑量、制備方法以及土壤類型等因素的不同而產(chǎn)生差異[56-58]。部分研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭的施入激發(fā)了土壤CO2的排放。如Luo等[47]研究了生物質(zhì)輸入對(duì)旱地土壤CO2排放的影響，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭處理顯著增加土壤CO2排放。這可能與生物質(zhì)炭本身含有部分可溶性有機(jī)碳有關(guān)，且這種可溶性有機(jī)碳的降解一般發(fā)生在添加生物質(zhì)炭36 h后[59]。Smith等[60]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤添加生物質(zhì)炭會(huì)促進(jìn)土壤CO2的排放。Singh等[34]也得到了同樣的研究結(jié)果，但CO2的來(lái)源并不是生物質(zhì)炭本身的有機(jī)碳，而是其促進(jìn)了土壤原有有機(jī)碳的降解，并且這種促進(jìn)作用隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減弱。有部分研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭的施入抑制了土壤CO2的排放，如花莉等[19]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)向水稻土中施入生物質(zhì)炭能夠顯著降低CO2的排放，但是在不同施碳量間沒(méi)有顯著差異。Lu等[57]在河南封丘的旱地土壤中研究發(fā)現(xiàn)，施加生物質(zhì)炭和氮肥可以顯著降低土壤CO2的排放速率。Karhu等[61]也發(fā)現(xiàn)向旱地土壤中添加生物質(zhì)炭能夠降低土壤CO2的排放。金素素[18]也得到了類似的研究結(jié)果。但也有少量研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的施入對(duì)土壤CO2的排放沒(méi)有顯著影響，如Yoo等[62]在豬糞生物質(zhì)炭輸入水稻田的研究中發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭施入水稻田后對(duì)土壤CO2排放沒(méi)有顯著影響。Zavalloni等[63]和Cheng等[64]在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，施入生物質(zhì)炭的土壤CO2排放與對(duì)照相比無(wú)明顯差異。Wang等[65]在竹葉及其生物質(zhì)炭輸入板栗人工林的研究中也發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭輸入對(duì)土壤CO2排放通量沒(méi)有顯著影響。

生物質(zhì)炭輸入能夠增加土壤CO2排放通量的原因可能是：①生物質(zhì)炭本身含有部分活性有機(jī)碳，在其施入土壤后使得土壤活性有機(jī)碳的濃度增加，從而促進(jìn)土壤CO2的排放[60]。②生物質(zhì)炭本身具有巨大的比表面積和孔隙度，且含有大量的營(yíng)養(yǎng)元素，因而為微生物的生長(zhǎng)提供了有力的生存環(huán)境，促進(jìn)了土壤CO2的排放[66-67]。③生物質(zhì)炭施入土壤后，能夠顯著提高土壤的pH、CEC值和土壤含水量，從而提高了土壤微生物的活性，促進(jìn)了土壤CO2的排放[68]。而生物質(zhì)炭施入能夠降低土壤CO2排放的原因可能有：①生物質(zhì)炭本身含有不利于土壤微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)，抑制了土壤微生物的活性，從而降低了土壤CO2排放[69]；②生物質(zhì)炭本身具有巨大的比表面積和孔隙度，可能對(duì)土壤中的微生物和酶產(chǎn)生吸附作用，從而使其失去活性，降低了土壤CO2的排放[70]；③生物質(zhì)炭能夠吸附土壤有機(jī)碳，隔絕了其與微生物的接觸，從而降低了土壤有機(jī)碳的分解[71]；④生物質(zhì)炭施入土壤能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，特別是微團(tuán)聚體的形成，而微團(tuán)聚體具有更高的穩(wěn)定性，從而減少了土壤有機(jī)碳的分解，降低了土壤CO2的排放[54]。

3 展望

生物質(zhì)炭對(duì)土壤活性有機(jī)碳庫(kù)和CO2排放的影響因生物質(zhì)炭的種類、施碳量、土壤類型等條件的不同而不同。生物質(zhì)炭施入能夠增加土壤活性有機(jī)碳的含量，但隨著施入時(shí)間的推移影響效果并不明顯，生物質(zhì)炭還能夠增加土壤腐殖質(zhì)的含量，但其中具體的轉(zhuǎn)化機(jī)制并不清楚。生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)碳的礦化和CO2的排放都存在激發(fā)、抑制、無(wú)影響三方面的作用。然而，目前對(duì)于生物質(zhì)炭與土壤腐殖質(zhì)之間的關(guān)系研究較少，也未曾對(duì)生物質(zhì)炭種類和施用量對(duì)土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)變化的影響作出探討。生物質(zhì)炭轉(zhuǎn)化為土壤腐殖質(zhì)的具體機(jī)制和對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)作用的微觀機(jī)理將是今后研究的重點(diǎn)。

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