秸秆生物炭对西藏林芝农田土壤有机碳氮的影响效应

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随着全球气候变化的日益加剧,西藏作为生态脆弱区域,其农田碳氮循环过程及其污染物排放备受关注。增加土壤碳、氮养分的贮存,降低养分损失的技术措施有利于缓解西藏农业发展和环境保护间的矛盾。生物炭(Biochar)是目前理想的土壤改良剂,其可有效提高土壤pH值,增加土壤有机碳含量和降低土壤氮损失,而被广泛研究和应用。其生产、生态效应(如提高土壤碳储量、减少温室气体排放以及氮素淋洗等)在许多领域均有报道,但面对西藏特殊的环境条件,生物质炭的添加对土壤碳储量,有机碳活性及其矿化,有机氮矿化和无机氮转化、迁移和淋洗特征却少有报道。因此,研究生物炭对土壤氮素固持转化以及土壤碳矿化的激发效应,成为提高农田氮素利用率、减少氮素流失量和有效固碳而奠定理论基础。本研究采用田间小区试验,研究通过不同生物炭施用量下(CK、10、20、40 t/ha)对农田土壤有机碳和易氧化有机碳的影响进行分析;采用不同添加浓度室内模拟试验,研究不同生物比例炭(CK、2%、4%、8%、16%)下生物质炭的室内土柱模拟淋溶实验,对土壤氨态氮和硝态氮的保蓄能力;并采用室内模拟培养试验,研究生物炭对不同有机碳含量土壤基础呼吸的影响,以期为生物炭施用下的增加土壤碳含量、降低土壤氮损失提供科学依据和可行途径。(农田和森林土壤)在3种温度(10、15和25℃)下的有机碳氮矿化特征,分析有机碳氮矿化对温度变化的响应特征。结果表明:  (1)生物炭能有效提高土壤总有机碳、易氧化有机碳含量,同时可降低不同等级活性的易氧化有机碳在总有机碳的比例;有机碳与高活性易氧化有机碳相关性显著强于中活性和低活性有机碳。  (2)添加生物炭一定程度上能促进森林和农田土壤有机碳的呼吸速率;在不同温度培养下,温度为25℃时,对土壤呼吸速率较10℃和15℃时强,且施入高浓度生物炭的土壤呼吸速率对温度的敏感程度大于低浓度,从而加快土壤碳库的分解速率。  (3)在2%生物炭处理下的森林和农田土壤温度敏感性系数Q10值低于其他处理,且森林的Q10值相对农田较高,对温度的敏感性较强。  (4)不同温度下施用生物炭后,森林和农田土壤氨态氮和硝态氮含量逐渐升高,其中农田氨态氮峰值的出现要早于森林硝态氮,而森林土壤的氨态氮含量显著高于农田,而农田的硝态氮含量高于森林,且对农田及森林土壤氮矿化的影响并不明显,但生物炭各处理与对照之间均无显著差异。  (5)基于室内模拟土柱淋溶试验,探讨了不同生物炭添加量对土壤中氮素淋溶损失的影响。  结果表明:比例为8%的生物炭可有效降低土壤的氨态氮淋失风险,16%的生物炭对硝态氮的固持效果强于其他处理,且对硝态氮吸附的保蓄效应强于氨态氮。
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