等碳量添加秸秆和生物炭对土壤呼吸及微生物生物量 碳氮的影响

      作为从陆地生态系统到大气的第二大碳通量，土壤呼吸是生态系统碳循环过程中不可或缺的部分，更是调控全球气候变化的关键过程。 据估算，1965 ～ 2012 年间全球平均土壤呼吸( 以 C 计) 达到91Pg·a^-1 ，增速为 0.09 Pg·a^-1，这势必会影响全球变暖进程． 农田土壤固碳减排是应对全球气候变化和提高土壤有机碳的有效措施之一。如何在提高土壤肥力的情况下有效提升土壤固碳能力是现代农业可持续发展的关键问题。
     最近，生物炭的添加作为一种潜在的土壤修复技术得到了越来越多的关注，该技术不仅可以提高退化土壤的质量，还是土壤固碳减排的有效手段。生物炭是一种由植物等生物质材料在缺氧条件下经高温裂解产生的一类含碳量高的芳香化物质，在土壤中可以稳定存在几百年甚至上千年。由于生物炭自身的结构特点和理化性质，施入土壤后可改善土壤结构，提高土壤的保水保肥能力和微生物活性，已被认定为良好的土壤改良剂。 周震峰等的研究指出，添加花生壳生物炭显著提高了麦田土壤蔗糖酶和尿酶活性． Prayogo 等的研究发现，生物炭可以显著提高供试土壤中细菌和放线菌的数量． 而生物炭对土壤碳排放的影响不尽相同。Ventura 等的研究表明，生物炭施入土壤后可以与原土有机质相互作用，改变土壤有机质矿化速率，进而影响 CO₂的释放． 一方面，生物炭发达的孔隙结构和巨大的外表面积可以吸附和包封土壤有机质，降低有机质的矿化和碳排放。 另一方面，生物炭也可通过对土壤 CO₂的吸附减少与大气之间的碳通量。 然而，生物炭的减排效应经常被质疑． 有研究表明，生物炭自身的不稳定C输入将导致原土有机质的分解，增加微生物作用底物，促进碳排放。Song 等对61项研究进行荟萃分析发现，施用生物炭导致土壤二氧化碳排放量平均增加 19%， 这势必会挑战生物炭作为一种固碳减排材料在土壤中的长期应用。
      秸秆还田是当前重要的土壤改良途径之一。秸秆还田不仅可以充分利用农作物废弃资源和减少焚烧引起环境问题，还有利于土壤有机碳和活性有机碳的积累，增强农田生态系统的固碳能力。 王梦雅等的研究发现单施秸秆可以显著提高土壤活性有机碳中 DOC 和 ＲOC 的占比以及土壤养分含量，改善土壤有机碳库质量． 由于秸秆的施用引起土壤活性有机碳的增加，为微生物提供较多可利用 C源，微生物的数量增多，活性增强． 同时，多数研究表明秸秆还田会增强土壤呼吸作用，增加土壤温室气体排放。而 Naser 等的研究认为秸秆还田能减少 CO₂的排放． 可见，秸秆对碳排放的影响仍存在较大分歧． 近年来的研究主要从生物炭的类型、施用量以及秸秆的还田方式、还田量对土壤呼吸和微生物的作用方面着手，等碳量投入生物炭和秸秆对土壤呼吸以及土壤微生物的作用效果却鲜有报道，而在等碳量投入外源碳的情况下研究不同有机物料的固碳减排较为准确． 同时，生物炭与秸秆的交互效应尚不清楚． 因此，本实验在等碳量添加生物炭和秸秆的基础上，增加了秸秆与生物炭混施处理，目的为: ①研究生物炭和秸秆等碳量输入后土壤呼吸( 碳排放) 和有机碳含量的变化，评估生物炭和秸秆的固碳减排能力; ②研究生物炭和秸秆对土壤水热因子和微生物量的影响; ③评估生物炭和秸秆对土壤微生物和土壤呼吸的交互效应。

 结论
   ( 1) 等碳量添加秸秆和生物炭，显著增加土壤呼吸速率和 CO₂总排放量，表现为 T3 ＞ T2 ＞ T1 ＞CK． 单施生物炭对土壤呼吸的作用表现为前期促进，后期抑制。( 2) 添加生物炭和秸秆均能提高土壤微生物量和有机碳的积累，生物炭与秸秆配施表现出正交互作用，促进作用最为显著。秸秆和生物炭对功能菌群的作用不同，生物炭对固氮菌的促进作用显著，单施秸秆、秸秆与生物炭配施对细菌、放线菌、解钾菌和解磷菌的促进作用更显著。( 3) 单施生物炭和秸秆对土壤温度和水分的影响不大，而生物炭与秸秆配施显著增加 5cm土壤温度。 土壤呼吸与土壤温度存在极显著的指数相关性，与土壤水分的相关性不显著。