生物炭影響農(nóng)田溫室氣體排放的研究進(jìn)展

吳樂詩, 李冬琴, 黎華壽, 陳桂葵,*

生物炭影響農(nóng)田溫室氣體排放的研究進(jìn)展

吳樂詩1,2, 李冬琴3, 黎華壽1,2, 陳桂葵1,2,*

1. 廣東省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510642 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 廣州 510642 3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)測技術(shù)研究所, 廣州 510640

針對(duì)生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫室氣體排放的影響問題, 論文綜述了近幾年有關(guān)生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2、CH4和N2O三種主要溫室氣體排放的影響研究, 發(fā)現(xiàn)生物炭總體上可以減少溫室氣體的排放, 但其實(shí)際效果受生物炭種類、土壤理化性質(zhì)和微生物活性與豐度等多種因素的影響。為此, 本文進(jìn)一步總結(jié)了生物炭影響農(nóng)田系統(tǒng)溫室氣體排放的作用機(jī)理。提出了三條可能機(jī)制: (1)生物炭疏松多孔, 具有吸附性, 依靠自身的吸附作用吸收土壤中的溫室氣體; (2)生物炭能改變土壤理化性質(zhì), 使土壤疏松, 團(tuán)聚體和固體物含量提升, 抑制土壤礦化, 固碳能力提升, 吸附性增強(qiáng); (3)生物炭能改善土壤微生物的生存環(huán)境, 提高土壤微生物的豐度和活性, 微生物活動(dòng)增強(qiáng), 可以更多地固定土壤中的氮, 影響溫室氣體的排放。通過生物炭途徑可助力農(nóng)業(yè)碳減排。

生物炭;溫室氣體;碳減排;農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng); 作用機(jī)理

0 前言

溫室效應(yīng)是21世紀(jì)全球面臨的最大環(huán)境問題, 其主要原因是人類活動(dòng)向大氣中排放過量溫室氣體導(dǎo)致全球變暖, 全球變暖已引起國內(nèi)外學(xué)者高度重視[1]。根據(jù)2018年公布的《中華人民共和國氣候變化第三次國家信息通報(bào)》顯示, 我國農(nóng)業(yè)活動(dòng)排放的溫室氣體主要是二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O), 排放總量達(dá)8.28億噸, 占全國總排量的7.9%, 其中CH4的排放量為4.71億噸, 占CH4總排放量的40.5%, N2O的排放量為3.58億噸, 占N2O總排放量的65.4%。因此, 抑制農(nóng)業(yè)溫室氣體排放, 提高土壤固碳能力, 對(duì)緩解全球變暖有極其重大的意義。

生物炭是由植物或各種廢棄的原料通過高溫炭化制成的固體材料[2[3],最早是作為土壤改良劑用于環(huán)境中, 可以起到提高作物產(chǎn)量和土壤肥力,減少化肥使用的作用[4]。主要的生物炭類型包括污泥、糞污、殼類、秸稈和木質(zhì), 含碳量由前往后依次增加, 木質(zhì)生物炭含碳量大多為60%—85%, 秸稈生物炭為40%—80%[5]。研究表明, 生物炭能有效控制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的排放[6], 隨著全球變暖的加劇, 有關(guān)生物炭在控制溫室氣體排放方面的研究成為了眾多學(xué)者的研究焦點(diǎn)。

目前, 有關(guān)施加生物炭對(duì)土壤溫室氣體排放和相關(guān)影響的研究有很多, 生物炭種類、土壤類型、使用方式等各有不同。生物炭可以固碳減排基本已成定論, 但在不同條件下生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響會(huì)有所差異, 很多學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了研究。因此, 我們進(jìn)一步探究生物炭影響溫室氣體排放的因素和作用機(jī)理, 為實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰, 2060年碳中和的目標(biāo)提供理論基礎(chǔ)。本文總結(jié)了近年生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放影響和機(jī)理的研究進(jìn)展, 并對(duì)生物炭在控制溫室氣體排放方面值得進(jìn)一步探討的問題進(jìn)行了展望。

1 生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放影響的研究

生物炭在環(huán)境中的應(yīng)用是如今的熱點(diǎn)話題, 其加入土壤后對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的排放影響更是備受關(guān)注。目前國內(nèi)外有關(guān)生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫室氣體排放影響的研究有很多, 主要方向包括探究不同類型的生物炭對(duì)溫室氣體排放的影響, 生物炭對(duì)不同類型土壤溫室氣體排放影響以及生物炭與其他措施聯(lián)合處理對(duì)溫室氣體排放的影響。受不同因素的影響, 生物炭的最終作用效果也有所差異, 如表1所示。

由表1可知, 生物炭對(duì)農(nóng)田溫室氣體的影響并不是絕對(duì)的正相關(guān)或負(fù)相關(guān), 是多種因素共同作用的結(jié)果, 如生物炭種類, 土壤類型, 施用量等。為探究其背后規(guī)律, 本文將對(duì)生物炭對(duì)三種溫室氣體的效應(yīng)研究進(jìn)行闡述, 并根據(jù)影響溫室氣體排放的因素進(jìn)一步總結(jié)其作用機(jī)理。

1.1 生物炭對(duì)土壤CO2釋放的效應(yīng)研究

生物炭具有較好的碳匯能力, 施用生物炭能把大氣中的CO2固定并以穩(wěn)定的形態(tài)存儲(chǔ)在土壤中, 增強(qiáng)土壤的固碳能力[15[17]。但生物炭的施用和土壤CO2的排放量并有絕對(duì)的相關(guān)性, 還與生物炭種類, 土壤的類型、理化性質(zhì)和土壤微生物等多方面因素有關(guān)[18]。目前, 對(duì)于生物炭的使用對(duì)土壤CO2排放量的影響尚未有定論。

生物炭比表面積大, 具有高度的芳香化結(jié)構(gòu), 含有酚羥基、羥基等含氧官能團(tuán)[19], 可以直接吸收大氣中的CO2, 減少CO2的排放。生物炭還可以通過有機(jī)碳的礦化, 即固定土壤中的有機(jī)碳來抑制土壤CO2的釋放, 并將其長期儲(chǔ)存于土壤中[20]。Liu等[9]研究表明, 不同種類、不同濃度的生物炭輸入均明顯抑制土壤的CO2釋放, 其抑制效果會(huì)因生物炭種類和土壤本身的理化性質(zhì)等因素而有所差異。

施用生物炭還可能會(huì)促進(jìn)土壤的CO2釋放。例如, 張浩東等[21]的研究發(fā)現(xiàn), 在菜地土壤中單獨(dú)施加生物炭, 會(huì)使CO2的累計(jì)排放量增加1.32倍, 與氮肥聯(lián)合處理會(huì)使CO2的累計(jì)排放量提升1.24倍; Kumputa等[22]研究表明不同溫度下的生物炭對(duì)土壤的CO2排放起促進(jìn)作用。造成土壤CO2排放量升高的原因有很多, 可能是生物炭的添加使土壤短期內(nèi)呼吸速率增加[23], 也可能是生物炭促進(jìn)了土壤中有機(jī)碳的分解, 最終使CO2的排放量增加[24]。

1.2 生物炭對(duì)土壤CH4釋放的效應(yīng)研究

雖然CH4在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中所占比例較少, 但仍是農(nóng)業(yè)溫室氣體的重要組成部分。施加生物炭對(duì)土壤CH4的影響效果也并非固定的, 大多數(shù)情況下會(huì)抑制CH4的排放。王冠麗等[25]在干旱區(qū)土壤農(nóng)田中施用不同濃度生物炭后發(fā)現(xiàn)CH4排放量明顯降低, 其中施加濃度為45 t·hm-2的生物炭效果最佳, 能降低81.36%的排放量; 王紫君等[26]通過研究椰糠生物炭對(duì)雙季水稻CH4釋排放的影響后, 發(fā)現(xiàn)施加生物炭后, 早稻季CH4的排放量減少, 而晚稻季CH4的排放量會(huì)增加; 也有研究表明生物炭對(duì)土壤的CH4排放沒有顯著影響[27]。

表1 生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響比較

土壤的CH4排放受產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌影響, 產(chǎn)甲烷菌會(huì)增加土壤CH4的排放, 甲烷氧化菌會(huì)抑制CH4的排放。產(chǎn)甲烷菌是厭氧型細(xì)菌, 在制備生物炭的過程中, 高溫使孔隙縮小, 開孔增多, 抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性[28]; 另外, 生物炭會(huì)減小土壤容重, 改善土壤通氣性[11], 為甲烷氧化菌提供良好的生存環(huán)境, 促進(jìn)了CH4的氧化, 最終表現(xiàn)為CH4的排放降低。部分生物炭自身的化學(xué)物質(zhì)會(huì)抑制甲烷氧化菌的活性[29], 或增加土壤中mcrA基因(產(chǎn)甲烷菌的底物之一)的豐度[30], 最終促進(jìn)CH4的排放。

1.3 生物炭對(duì)土壤N2O釋放的效應(yīng)研究

N2O是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)排放的主要溫室氣體之一, 主要來源于微生物活動(dòng)過程中發(fā)生硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)。由于生物炭大多呈堿性, 具有多孔性和顆粒結(jié)構(gòu), 因此生物炭能吸附土壤中的銨態(tài)氮, 減少反應(yīng)底物以降低硝化作用, 從而抑制土壤N2O的排放[31]。黃凱平等[32]研究了生物炭和氮沉降對(duì)毛竹林土壤N2O通量的影響, 只施用生物炭會(huì)使毛竹林土壤年平均N2O排放量降低21.7%, 生物炭和氮沉降聯(lián)合施用會(huì)使毛竹林土壤年平均N2O排放量降低12.7%; 劉椒等[33]通過施加不同量生物炭與蚯蚓互作探究對(duì)土壤N2O的影響, 結(jié)果顯示不管是否加入蚯蚓, 施加了生物炭的土壤N2O排放量均明顯降低, 且使用量越大, 效果越顯著。

生物炭對(duì)N2O排放影響與諸多因素相關(guān), 其一是生物炭可以通過物理方式或化學(xué)反應(yīng)固定土壤中的無機(jī)氮, 減少硝化細(xì)菌可利用的無機(jī)氮量; 其二是生物炭的施加會(huì)改變土壤硝化菌和反硝化菌的豐度和活性, 從而影響N2O的排放。N2O的排放量還與土壤的含氮量相關(guān), N2O的減排量會(huì)隨著施氮量的增加而降低[34]。另外, 生物炭種類, 施用量, 土壤類型和施肥情況等都會(huì)影響N2O的排放。

2 生物炭影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的因素及其作用機(jī)理

影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放因素主要可分為三個(gè), 分別是生物炭的種類, 土壤理化性質(zhì)和微生物群落活性和結(jié)構(gòu)多樣性。生物炭的施用可以改變以上三個(gè)條件, 從而影響溫室氣體的排放, 結(jié)合已有的研究結(jié)果, 生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響和作用機(jī)理主要包括以下幾點(diǎn), 如圖1所示。

2.1 生物炭種類的影響及作用機(jī)理

生物炭是一種穩(wěn)定難熔的、多孔的且高度芳香化的固體富C產(chǎn)物, 通過生物質(zhì)在限氧和低溫(<700 ℃)下熱解炭化得到[35], 其自身疏松多孔的顆粒結(jié)構(gòu), 使它能吸附土壤中的溫室氣體。制作生物炭可用枯枝落葉、動(dòng)物糞便、城市固體垃圾、污泥等作為原材料, 不同的生物炭制備時(shí)間和溫度等條件各不相同, 得到的生物炭理化性質(zhì)和生態(tài)效應(yīng)會(huì)有很大差異, 制成后包含氫、氧、氮、鉀、鈉、鈣、硅等元素和60%以上的C元素[36[37]。因此, 生物炭控制溫室氣體排放上的效果會(huì)因生物炭種類的區(qū)別而不同, 例如, 研究發(fā)現(xiàn)在水稻田中施加等量40%N活性稻殼生物炭和40%N活性棕櫚生物炭后, 40%N活性稻殼生物炭控制農(nóng)田溫室氣體的效果相比于40%N活性棕櫚生物炭的效果更佳[38]。

此外, 制備生物炭時(shí)溫度的高低是否影響溫室氣體的排放也是探究熱點(diǎn)之一, 炭化溫度的升高會(huì)使得生物炭的比表面積增大[39], 吸附能力更強(qiáng)。因此, 在一定范圍內(nèi), 生物炭炭化溫度越高, 減排效果越佳[40-[41], 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn), 高溫?zé)峤?500—900 ℃)的生物炭對(duì)CH4和N2O的減排作用最顯著[42]。生物炭施用量的多少亦會(huì)影響溫室氣體的排放, meta分析顯示[43], 施用量較低時(shí)對(duì)CO2的排放影響較大, 施用量較高時(shí)對(duì)N2O的排放影響較大, 30 t·hm-2是最適宜的生物炭用量, 此時(shí)作物產(chǎn)量不變, 溫室氣體排放量顯著減少。

當(dāng)前關(guān)于改性生物炭對(duì)控制溫室氣體排放效果與普通生物炭效果的區(qū)別研究較少。生物炭可以經(jīng)過物理、化學(xué)或生物方法改性, 改性后生物炭能顯著減少溫室氣體的排放, 效果比普通生物炭顯著[44-[45]。在今后的研究當(dāng)中, 應(yīng)該更關(guān)注改性生物炭對(duì)溫室氣體排放的影響, 充分發(fā)揮生物炭固碳減排的潛力。

2.2 土壤理化性質(zhì)的影響及作用機(jī)理

不同類型的土壤通透性和水分含量不同, 因此土壤發(fā)生的硝化作用、反硝化作用以及溫室氣體的產(chǎn)生及擴(kuò)散均有差異。施加生物炭會(huì)改變土壤的容重和孔隙率、田間持水量、pH以及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)等性質(zhì)[46]。一般容重低、孔隙率高的土壤透氣性較好, 更有利于土壤與大氣間氣體交換, 提高好氧微生物活性[47], 而生物炭自身疏松多孔的結(jié)構(gòu)在與土壤混合后, 將會(huì)極大地降低土壤容重, 提高土壤孔隙率, 進(jìn)而調(diào)節(jié)控制土壤中溫室氣體排放量。

圖1 生物炭影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的因素及其作用機(jī)理

Figure 1 Factors and mechanism of biochar affecting greenhouse gas emission in farmland ecosystem

土壤的酸堿性會(huì)影響施加生物炭的效果, 生物炭一般呈堿性, 能改變土壤的酸堿性, 提升其緩沖能力, 有效改良酸性土壤[48]。Liu等[49]研究表明生物炭在中性(pH, 6.6—7.5)土壤中會(huì)抑制CO2的排放, 在中度酸性(pH, 5.0—6.5)土壤中會(huì)促進(jìn)CO2的排放, 而對(duì)酸性(pH<5.0)和堿性(pH>7.5)土壤的CO2的排放無明顯影響。即在偏酸性的土壤中施加生物炭, 抑制溫室氣體排放的效果會(huì)優(yōu)于在偏堿性的土壤中施加生物炭。

土壤有機(jī)碳的礦化是土壤中重要的生物化學(xué)過程, 其變化對(duì)大氣中CO2濃度有重大影響[50-[51]生物炭可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成, 尤其是大團(tuán)聚體, 大團(tuán)聚體中儲(chǔ)存的碳可以增強(qiáng)土壤對(duì)有機(jī)質(zhì)的物理保護(hù), 從而抑制有機(jī)碳的礦化, 降低CO2的排放, 在一定程度上固存了土壤中的碳[51]。由于不同的土壤類型自身有機(jī)碳含量差異, 加入生物炭后對(duì)礦化作用的影響也不同。李怡安等[52]認(rèn)為, 在活性有機(jī)碳含量較高的土壤中施加生物炭, 會(huì)增加可礦化有機(jī)碳含量, 促進(jìn)有機(jī)碳的礦化, 而有機(jī)質(zhì)較高的土壤土壤本身已有較充足的可礦化有機(jī)碳, 因此施加生物炭會(huì)抑制有機(jī)碳的礦化。另外, 不同土壤含水量也會(huì)影響溫室氣體排放, 土壤含水量的多少與和N2O的排放通量呈正相關(guān)[53]。

2.3 土壤微生物的影響及作用機(jī)理

研究發(fā)現(xiàn), 生物炭會(huì)促進(jìn)土壤微生物的生長, 土壤微生物量會(huì)隨著生物炭的施用量增加而增加, 這是由于生物炭為土壤微生物提供了足夠的碳源[54]。又因?yàn)樯锾康氖┘痈纳屏送寥赖睦砘再|(zhì), 土壤空隙變大, 更適合土壤微生物的生長, 導(dǎo)致微生物豐度增加, 呼吸作用增強(qiáng), CO2排放量提升。此外, 施加生物炭后土壤pH值升高, 也會(huì)改變微生物生理活動(dòng)和活性, 例如促進(jìn)微生物的反硝化過程, 使N2O還原為N2, 進(jìn)而減少了N2O的排放[49][55]; 在偏酸性土壤中加入生物炭可以提高甲烷氧化菌的活性, 土壤偏中性更適合甲烷氧化菌生長, 減少CH4排放[56]。但過多的生物炭會(huì)使土壤pH值過高, 抑制微生物的活性, 不利于微生物的生長活動(dòng)[57]。

土壤微生物是影響土壤氮循環(huán)的重要因素之一, 也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放源之一。微生物自身具有良好的固氮能力, 一般來說, 添加生物炭量越高, 土壤微生物固氮量越高[58], 排放的N2O越少。此外, Subedi[59]等發(fā)現(xiàn)生物炭能提高微生物活性及豐度, 提高酶活性, 促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化, 進(jìn)而影響溫室氣體的排放。生物炭還會(huì)影響微生物體內(nèi)的酶活性, 如過氧化氫酶、脲酶和堿性磷酸酶[60], 導(dǎo)致土壤CO2和N2O的排放量提高。也有研究表明單獨(dú)施加生物炭對(duì)土壤酶活性無明顯影響[61], 需要與土壤強(qiáng)還原聯(lián)合修復(fù)能顯著提高土壤酶活性, 并減少溫室氣體的排放。我們認(rèn)為施加生物炭會(huì)影響土壤氮循環(huán), 提高土壤微生物豐度與活性, 改變微生物酶活性, 最終對(duì)溫室效應(yīng)的影響受生物炭和土壤類型等因素控制。

綜上所述, 生物炭影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的因素和作用機(jī)理主要是: (1)生物炭自身種類的差異, 即制備生物炭時(shí)使用的原材料, 炭化時(shí)的溫度等條件不同導(dǎo)致最終制成種類、性質(zhì)不同的生物炭; (2)土壤理化性質(zhì)的差異, 即土壤通透性、酸堿度、礦化程度等理化性質(zhì)的差異, 除了土壤本身存在差別外, 施加生物炭會(huì)進(jìn)一步改變土壤性質(zhì), 從而影響土壤溫室氣體的排放; (3)生物炭會(huì)改善土壤微生物生存條件, 改變土壤微生物活性和豐度, 促進(jìn)能吸收轉(zhuǎn)化溫室氣體的有益微生物生長, 如甲烷氧化菌, 還能改變微生物酶活性。

3 總結(jié)與展望

隨著全球變暖加劇, 生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放影響研究備受關(guān)注, 本文對(duì)近年生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放影響及作用機(jī)理研究進(jìn)行了歸納總結(jié)。在實(shí)際生產(chǎn)中, 我們需要結(jié)合生物炭作用機(jī)理與現(xiàn)實(shí)情況, 選擇合適的原材料制備生物炭, 合理控制施炭量, 才能最大程度地發(fā)揮生物炭的減排效果。今后, 有關(guān)生物炭對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放影響的研究可以從以下幾個(gè)角度探究:

(1) 探究不同區(qū)域、不同類型的土壤使用何種生物炭, 如何準(zhǔn)確施用生物炭使減排效果最佳。目前有關(guān)生物炭對(duì)溫室氣體排放影響的研究較分散, 尚未有一個(gè)完整的體系, 能清晰地表明不同類型農(nóng)田對(duì)應(yīng)的最佳生物炭施用方法。

(2) 由于生物炭屬于較新的材料, 且具有穩(wěn)定性, 長期施用對(duì)土壤的影響尚不明確, 需要做長期定位實(shí)驗(yàn)深入探究其施入農(nóng)田后對(duì)土壤的長期效應(yīng), 了解老化后的生物炭對(duì)土壤碳氮循環(huán)的長期影響。

(3) 探究生物炭與其他改良土壤措施復(fù)合使用的效果, 如生物炭可以減少氮肥的施用[62], 那么混合施用和單獨(dú)施用效果有何差異, 能否產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng), 二者該如何結(jié)合施用才能使農(nóng)田產(chǎn)量提升的同時(shí)減排效果達(dá)到最佳。

(3) 考慮生物炭的負(fù)碳排潛力及其與其他減排措施相比的潛在優(yōu)勢, 應(yīng)該把這些減排手段納入科學(xué)國際研討會(huì)(IAMS)[63], 以便更進(jìn)一步探索其在控制溫室氣體排放, 減緩溫室效應(yīng)方面的潛力。

(5) 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)既是溫室氣體的排放源, 同時(shí)具有巨大的碳匯潛力, 是全球的重要碳庫。為響應(yīng)2021年兩會(huì)國家提出的在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰, 2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo), 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)充分發(fā)揮生物炭固碳減排的作用, 合理施用生物炭, 通過計(jì)算預(yù)測長期施用生物炭對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和的貢獻(xiàn), 在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起指引性作用。

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Research progress on the effects of biochar on greenhouse gas emissions in farmland

WU Leshi1,2, LI Dongqin3, LI Huashou1,2, CHEN Guikui1,2,*

1. Guangdong Provincial Key Laboratory of Eco-Circular Agriculture, Guangzhou 510642, China 2. College of Resources and Environmental Sciences, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China 3. Institute of Quality Standard and Monitoring Technology for Agro-Products, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China

In order to explore the impact of biochar on greenhouse gas(GHG) emissions in agricultural production, this review summarizes the effects of biochar on CO2, CH4and N2O in farmland ecosystem in recently years. It is found that biochar can reduce GHG emissions effectively, but the result is affected by various factors such as biochar type, physical and chemical properties of soil and microbial activity and abundance. Therefore, this review reveals the mechanism of biochar affecting GHG emissions in farmland system. Three possible mechanisms are proposed: (1) Biochar is loose, porous and absorbable. It can absorb the greenhouse gas in soil by its own adsorption. (2) Biochar can change soil physical and chemical properties, make the soil loose, increase the content of aggregates and solids, inhibit soil mineralization, improve the ability of carbon sequestration and enhance the adsorption. (3) Biochar can improve the environment for soil microbes, improve the abundance and activity of soil microorganisms. Enhanced microbial activity can fix more nitrogen in the soil and affect GHG emissions. The findings summarized in this review can help reduce agricultural carbon emissions.

biochar; greenhouse gas; carbon reduction; farmland ecosystem; mechanism of action

10.14108/j.cnki.1008-8873.2024.01.030

X16

A

1008-8873(2024)01-257-08

2021-12-26;

2022-03-21

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41877334); 廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201903010012)

吳樂詩(1998—), 女, 廣東中山人, 碩士研究生, 主要從事污染生態(tài)學(xué)研究, E-mail: 15521286897@163.com

通信作者:陳桂葵, 女, 博士, 教授, 主要從事污染生態(tài)學(xué)研究, E-mail:guikuichen @scau.edu.cn

吳樂詩, 李冬琴, 黎華壽, 等. 生物炭影響農(nóng)田溫室氣體排放的研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2024, 43(1): 257–264.

WU Leshi, LI Dongqin, LI Huashou, et al. Research progress on the effects of biochar on greenhouse gas emissions in farmland[J]. Ecological Science, 2024, 43(1): 257–264.