施用生物炭后塿土土壤有機碳、氮及碳庫管理指數(shù)的變化

王月玲，耿增超，尚　杰，曹勝磊，耿　榮，趙　軍，林　云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌712100）

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施用生物炭后塿土土壤有機碳、氮及碳庫管理指數(shù)的變化

王月玲，耿增超*，尚杰，曹勝磊，耿榮，趙軍，林云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌712100）

摘要：通過2年4季的田間小區(qū)試驗，研究了添加0～80 t·hm(-2)果樹枝條生物炭后，土壤總有機碳（TOC）、全氮（TN）、pH、土壤活性有機碳（AOC）、土壤中活性有機碳（MAOC）、土壤高活性有機碳（HAOC）、土壤水溶性有機碳（WSOC）、碳庫管理指數(shù)（CPMI）的變化及各指標之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：在第四季作物收獲后，隨生物炭施用量的增加，TOC增加59.80%～180.52%、TN增加13.22%～20.92%、pH增加0.76%～1.28%；HAOC和CPMI均在生物炭用量為60 t·hm(-2)時達到最大，分別較對照增加70.36%和52.43%；AOC前兩季在生物炭用量為40 t·hm(-2)時達到最大，后兩季在生物炭用量為60 t·hm(-2)時達到最大，而整個試驗期內(nèi)各施炭處理分別比對照增加18.46%～73.42%；WSOC在前三季隨生物炭用量的增加而降低，且各施炭處理分別比對照低8.00%～42.77%。相關(guān)性分析表明，除MAOC外，上述各指標均與生物炭用量呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。研究認為，施用生物炭能提高土壤總有機碳、全氮含量和土壤碳庫管理指數(shù)，有利于改善土壤質(zhì)量，提高土壤肥力，為農(nóng)田土壤可持續(xù)利用和生物炭作為土壤改良劑的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和參考價值。

關(guān)鍵詞：生物炭；固碳減排；水溶性有機碳；碳庫管理指數(shù)

王月玲，耿增超，尚杰,等.施用生物炭后塿土土壤有機碳、氮及碳庫管理指數(shù)的變化[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2016, 35（3）：532-539.

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Marris 2006年在《Nature》的呼吁以及國際生物炭聯(lián)盟（IBI）的成立為生物炭在緩解全球氣候變化以及增匯減排方面的研究拉開了序幕[1-3]。生物炭俗稱黑炭，是生物質(zhì)在高溫厭氧條件下熱裂解生成的富碳產(chǎn)物，由于原材料和裂解條件的不同，其性質(zhì)有所差異[4]。生物炭具有良好的物理性狀，施入土壤后可以起到改土培肥的作用[5]。近年來，利用生物炭實現(xiàn)碳封存和減緩全球氣候變暖的策略引起了科學(xué)界的高度關(guān)注。生物廢棄物的廣泛存在加上生物炭較低的生產(chǎn)成本，使生物炭固碳技術(shù)成為一種非常有前景的、對生態(tài)友好安全的、可大面積推廣的碳減排技術(shù)[6]。

研究土壤有機碳和氮的變化規(guī)律為合理施肥，維持和提高土壤質(zhì)量，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了重要依據(jù)。在全球氣候變化的影響下，碳、氮循環(huán)尤其是和溫室氣體產(chǎn)生相關(guān)的碳氮組分的變化成為研究的熱點之一。Lefroy等[7]在測定不同活性的土壤活性有機質(zhì)的基礎(chǔ)上提出了土壤碳庫管理指數(shù)（CPMI）的概念。大部分學(xué)者認為CPMI是全面、靈敏監(jiān)測和反映土壤碳庫質(zhì)量變化和更新程度以及評價土壤管理的有效指標[8]，其值越大，表示有機碳越易于被微生物分解和被植物吸收利用[9-10]，碳庫活度和質(zhì)量也就越高。目前關(guān)于土壤總有機碳、全氮和碳庫管理指數(shù)變化的研究大多集中在不同農(nóng)藝措施下[11-13]，而關(guān)于生物炭不同用量條件下土壤有機碳、氮儲量和碳庫管理指數(shù)的變化鮮見報道，尤其在陜西關(guān)中塿土上的研究未見報道。因此，開展這方面的研究對于優(yōu)化土壤管理措施、廢棄生物質(zhì)資源化利用及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實踐價值。本文采用田間定位試驗，研究了兩年內(nèi)生物炭對陜西塿土土壤碳、氮和土壤碳庫管理指數(shù)的影響，以期為北方土壤資源有效利用和土壤養(yǎng)分提升提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

試驗地位于陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗田，北緯34°16'、東經(jīng)108°04'，海拔458.6 m。該地區(qū)屬溫帶大陸性易旱氣候區(qū)，年均日照時數(shù)2196 h，年均氣溫11～13℃，無霜期210 d，年均降雨量500～700 mm。土壤類型為褐土類，塿土亞類，紅油土屬，黃土母質(zhì)，系統(tǒng)分類為土墊旱耕人為土，屬石灰性土壤。研究所用生物炭為陜西億鑫生物能源科技開發(fā)有限公司在裂解爐、限氧環(huán)境下由廢棄果樹樹干、枝條熱裂解（450℃）所得，磨細過1 mm篩，備用。供試作物選用西北農(nóng)林科技大學(xué)選育小麥（小偃22號）和雜交玉米種（“正大12”）。

試驗開始時土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：總有機質(zhì)12.64 g·kg-1，全氮0.71 g·kg-1，全磷0.43 g·kg-1，全鉀19.64 g·kg-1，硝態(tài)氮18.20 mg·kg-1，銨態(tài)氮15.90 mg· kg-1，速效磷12.38 mg·kg-1，速效鉀193.00 mg·kg-1，pH 7.33（土水比為1：2.5），容重1.30 g·cm-3。生物炭基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：C 72.38%，N 1.19%，O 23.81%，H 2.62%，硝態(tài)氮0.52 mg·kg-1，銨態(tài)氮1.86 mg·kg-1，比表面積86.70 m2·g-1，pH 10.43（土水比為1：10）。

1.2試驗設(shè)計

生物炭于2012年4月一次性撒施于土壤表層并與耕層（0～20 cm）土壤混勻，其用量為5個水平：對照B0（0 t·hm-2）、B20（20 t·hm-2）、B40（40 t·hm-2）、B60 （60 t·hm-2）、B80（80 t·hm-2）。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積為1.35 m×3.50 m，小區(qū)之間設(shè)0.5 m的隔離保護帶。除生物炭用量不同外，氮、磷、鉀肥（分別為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀）均作基肥于每次種植前施入，用量為225 kg N·hm-2、180 kg P2O5·hm-2、150 kg K2O·hm-2。

試驗?zāi)壳肮策M行了兩年四季。于2012年4月至2014年6月進行夏玉米和冬小麥的輪作，玉米播種量為52 500株·hm-2，冬小麥播種量為150 kg·hm-2。在作物生長期間根據(jù)天氣及作物生長狀況適量灌水，以滿足作物正常生長發(fā)育所需。分別于2012年10月、2013年6月、2013年10月、2014年6月作物收獲后采集表層（0～20 cm）土樣測定相關(guān)指標。以試驗開始前土壤為參考土壤，其總有機碳質(zhì)量分數(shù)（TOC參考）為7.33g·kg-1，活性有機碳質(zhì)量分數(shù)（AOC參考）為2.03 g·kg-1。

1.3試驗方法

土壤和生物炭的基本理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)化分析》常規(guī)方法測定[14]，其中：土壤總有機碳（Total organic carbon，TOC）采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法；土壤全氮（Total nitrogen，TN）采用混合催化劑-流動分析儀法；土壤活性有機碳（Active organic carbon，AOC）、中活性有機碳（Middle active organic carbon，MAOC）和高活性有機碳（High active organic carbon，HAOC）分別采用333、167、33 mmol·L-1高錳酸鉀氧化法測定[12，15]；土壤水溶性有機碳（Water-soluble organic carbon，WSOC）采用Ghani等[16]的方法；土壤容重（Bulk density，BD）采用環(huán)刀法；土壤pH采用pH計測定（水土比為2.5：1）。

土壤活性有機碳庫及碳庫管理指數(shù)計算方法如下[12，15，17]：

SC（Stable carbon，穩(wěn)態(tài)碳）=TOC（g·kg-1）-AOC （g·kg-1）

AC（Availability of active carbon，活性碳有效率）= AOC（g·kg-1）/TOC（g·kg-1）×100%

CPI（Carbon pool index，碳庫指數(shù)）=TOC（g·kg-1）/ TOC參考（g·kg-1）

A（Activity，碳庫活度）=AOC（g·kg-1）/SC（g·kg-1）AI（Activity index，碳庫活度指數(shù)）=A/A參考

CPMI（Carbon pool management index，碳庫管理指數(shù)）=CPI×AI×100

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)的整理以及圖表的繪制采用Microsoft Excel 2003，單因素方差分析和多重比較（最小顯著差法）采用SPSS 18.0。

2　結(jié)果與分析

2.1施用生物炭后土壤總有機碳、全氮含量及pH變化

由圖1可以看出，土壤TOC在四季作物收獲后呈現(xiàn)出一致的規(guī)律，均是隨生物炭施用量的增加而顯著增加。施炭處理的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ季作物收獲后，土壤TOC含量分別比對照B0顯著增加53.82%～198.97%、30.19%～132.90%、40.63%～179.00%、59.80%～180.52%，且隨時間的延長，TOC含量基本保持不變。說明一次性施入生物炭對土壤TOC具有直接的增加作用，而且這種作用比較穩(wěn)定。

施用生物炭對土壤TN的增加不顯著，但整體而言，施用生物炭也提高了土壤TN含量。第Ⅰ季B80處理比對照B0顯著增加23.35%，其余處理與對照相比沒有達到顯著差異；第Ⅱ季施炭處理與對照之間沒有顯著差異；第Ⅲ季B60處理比對照顯著增加了14.59%；第Ⅳ季施炭處理與對照相比均達到了顯著差異，比B0顯著增加13.22%～20.92%，其中B40和B60處理增加最顯著。這說明施用生物炭對土壤TN有增加作用，但增加作用不穩(wěn)定，有待進一步深入研究。

由于生物炭具有較高的pH，施用后會直接造成土壤pH的上升。在南方酸性土壤區(qū)，提高土壤pH可以緩解土壤酸化，改良土壤性狀，但在北方地區(qū)，土壤pH升高會影響土壤質(zhì)量，尤其是在石灰性土壤區(qū)。由圖1可以看出，施用生物炭的確造成土壤pH的升高，與對照相比達到了顯著性差異，但整體而言，從第Ⅰ季到第Ⅳ季，土壤pH呈下降趨勢。這說明在短期內(nèi)生物炭的施用會造成土壤pH的升高，但隨時間的延長，受耕作、施肥、灌溉等農(nóng)業(yè)措施和人為活動的影響，土壤pH可能會降低到原來的水平。

圖1　施用生物炭對土壤總有機碳、氮含量及pH的影響Figure 1 Effects of biochar on total soil organic carbon，total nitrogen and pH value

2.2施用生物炭對不同土壤活性有機碳的影響

如圖2所示，施用生物炭后，不同活性有機碳均有不同程度變化，其中AOC在小麥季，施生物炭的處理顯著高于對照B0。與對照相比，B20、B40、B60和B80在整個試驗期內(nèi)AOC分別增加了13.6%～37.%、37.7%～121.8%、9.8%～75.1%和7.1%～61.3%，且在前兩季內(nèi)，B40處理顯著高于其他各處理，而后兩季B60處理含量最高。MAOC在小麥第一季B40顯著高于B0，其他處理之間無顯著差異，在另三季各處理之間均無顯著差異。HAOC在連續(xù)四季內(nèi)施炭處理均顯著高于對照B0，與對照相比，B20、B40、B60和B80在整個試驗期內(nèi)分別增加了23.6%～37.4%、17.9%～52.9%、35.9%～70.4%和18.8%～70%，且B60處理HAOC含量最高。這說明生物炭能夠提高土壤AOC的含量，且主要增加的是HAOC的含量，MAOC的增加不顯著。原因可能是生物炭施入土壤后使土壤土質(zhì)變松、通氣性變好、微生物活性增強，因此AOC含量增加。但由于生物炭的主要成分為穩(wěn)定的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的碳，不易被微生物分解利用，因此增加的主要為結(jié)構(gòu)簡單的高活性有機碳的量。

2.3施用生物炭對土壤水溶性有機碳含量的影響

如圖3所示，在連續(xù)四季內(nèi)，WSOC含量總體呈下降趨勢。前三季內(nèi)，施用生物炭的處理WSOC含量顯著低于對照處理，B20、B40、B60和B80分別比對照低8%～11.2%、25.2%～33%、26.8%～35.1%和31.9% ～42.8%，且與生物炭施用量呈反比關(guān)系，而第四季各處理之間差異不顯著。這說明施用生物炭降低了土壤中WSOC含量，但是隨著種植年限的增加，生物炭對土壤WSOC含量的影響逐漸減小。另外，從圖中可以看出，土壤WSOC含量呈下降趨勢，這可能與作物的連續(xù)吸收利用有關(guān)。

圖2　施用生物炭對不同土壤活性有機碳含量的影響Figure 2 Effect of biochar on active organic carbon

圖3　施用生物炭對土壤水溶性有機碳含量的影響Figure 3 Effect of biochar on soil water-soluble organic carbon

2.4施用生物炭后土壤碳庫管理指數(shù)的變化

土壤中AOC占TOC的百分比可以反映土壤有機碳質(zhì)量，AOC所占的比例越高，表示土壤質(zhì)量越好[15]。由表1可以看出，各施炭處理土壤AOC含量均高于對照，玉米季和小麥季分別比對照高13.60%～46.37% 和18.47%～73.42%，均為生物炭用量60 t·hm-2的含量最高。相關(guān)分析表明（表2），土壤AOC與生物炭用量呈極顯著相關(guān)（R2=0.520，n=30，P＜0.01）。隨生物炭施用量的增加，土壤AC顯著降低，玉米季和小麥季施炭處理分別比對照低19.22%～47.60%和26.15%～42.70%，且對照B0顯著高于施炭處理；土壤SC含量隨生物炭施用量的增加顯著增加，各處理間均達到顯著性差異；CPI和SC變化規(guī)律一致；在不同作物種植下，土壤A和AI均表現(xiàn)為B0＞B20＞B40＞B60＞B80，且對照B0顯著高于施炭處理；CPMI在玉米季表現(xiàn)為B60＞B40＞B80＞B20＞B0，在小麥季表現(xiàn)為B60＞B80＞B40＞B20＞B0，其與生物炭用量呈顯著相關(guān)（R2= 0.272，n=30，P＜0.05）。這說明生物炭還田不僅可以提高土壤活性有機碳，增加碳庫管理指數(shù)，而且能儲存更多的穩(wěn)態(tài)碳，增加土壤碳儲量。

2.5各指標之間的相關(guān)分析

如表2所示，施用生物炭條件下，MAOC與所有指標均不相關(guān)；pH除了與生物炭施用量呈極顯著相關(guān)、與TN呈顯著負相關(guān)、與HAOC呈顯著正相關(guān)外，與其余各指標之間均不相關(guān)；WSOC除了與AOC之間呈顯著負相關(guān)外，與其余各指標之間均呈極顯著負相關(guān)；CPMI與生物炭施用量、TOC和TN之間呈顯著正相關(guān)，與AOC和HAOC之間呈極顯著正相關(guān)；其余各指標之間均呈極顯著正相關(guān)。這說明隨著生物炭施用量的增加，土壤TOC、TN、pH、 AOC、HAOC及CPMI均有顯著的增加，而WSOC顯著降低。

表1　不同生物炭用量對土壤碳庫管理指數(shù)的影響Table 1 Carbon pool management index under different rates of biochar

表2　各指標之間的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 2 Pearson correlation coefficients between indexes

3　討論

3.1生物炭對土壤有機碳、氮含量的影響

直接向土壤中輸入有機物質(zhì)是提高土壤有機碳含量的主要途徑之一[18-19]。施用生物炭向土壤中直接輸入了外源有機物質(zhì)，因此能夠顯著增加土壤有機碳含量。生物炭主要由高度濃縮的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)組成，表面含有羥基、羧基、羰基等官能團以及內(nèi)酯結(jié)構(gòu)[20]，這種結(jié)構(gòu)可以在很大程度上抵抗來自外界的物理、化學(xué)以及生物作用的影響，具有很強的穩(wěn)定性。Swift等[21]研究結(jié)果表明，生物炭在土壤中一般可以停留1000年，甚至長達10 000年，進一步表明了生物炭的穩(wěn)定性。本研究中生物炭對土壤有機碳含量具有顯著增加作用，并且這種增加作用比較穩(wěn)定。這是由于生物炭具有含碳量高和生物化學(xué)穩(wěn)定性較強的特征，施入土壤后難以被微生物所降解，因而長期存留于土壤并成為土壤有機碳的組成部分。

生物炭能夠防止養(yǎng)分流失[22]，因此可以降低氮素的淋失，提高氮肥利用率[23]。這主要歸功于生物炭具有巨大的比表面積等結(jié)構(gòu)特性和很強的離子吸附交換能力、較高的電荷密度等功能特性[3]。生物炭還增大了土壤C/N，抑制了微生物對土壤氮素的分解利用。另外，生物炭本身含有一部分氮素，施用量越大，對土壤氮素的貢獻越大。本研究發(fā)現(xiàn)施加高水平的生物炭后土壤全氮含量增加了，與郭偉等的[24]研究結(jié)果一致。Laird等[25]的研究結(jié)果表明，向典型農(nóng)業(yè)土壤中施加20 g·kg-1生物炭后土壤氮素淋失量減少了11%。這主要是由于生物炭的強吸附性將氮素吸附到土壤表面，使得土壤溶液中的無機氮減少。另外，生物炭的孔隙能為土壤微生物提供適宜的生存環(huán)境[26]，從而促進固氮細菌活性，提高固氮菌的固氮功效。

3.2生物炭對土壤pH的影響

土壤pH值是影響土壤養(yǎng)分有效率的重要因素。生物炭本身呈堿性，添加到土壤后對其周圍局域環(huán)境的pH產(chǎn)生了一定程度的影響，因此農(nóng)田土壤pH值隨著生物炭施用量的增加而升高。本研究還發(fā)現(xiàn)，隨種植次數(shù)的增加，生物炭對土壤pH的增加程度降低。這可能與土壤本身的緩沖性以及作物生長過程中分泌的有機酸有關(guān)。張祥等[27]研究表明在酸性土壤中施用生物炭可顯著提高土壤pH；Zwieten等[28]、陳心想等[29]的研究表明堿性或弱堿性土壤施用生物炭對pH影響不顯著；張雯等[30]對鹽土的研究表明，由于生物質(zhì)炭本身偏堿性，對鹽堿土的改良效應(yīng)與自身的堿性效應(yīng)相當，反而使pH較原土略有降低。

3.3生物炭對土壤活性有機碳、水溶性有機碳含量的影響

AOC是易受環(huán)境影響的土壤有機質(zhì)組分，易被土壤微生物分解礦化，對土壤養(yǎng)分、土壤理化性質(zhì)、植物生長以及全球氣候變化都有重要影響。生物炭由于疏松多孔，施入土壤后能疏松土壤質(zhì)地，促進植物根系生長。有研究表明，在沙土和沙壤土中施用生物炭不僅可以增加根生物質(zhì)量，而且還可以改良根系結(jié)構(gòu)[31]，使根系分泌物增多、微生物活性增大，從而使土壤AOC含量增加。本研究所施用的生物炭由于氧化不完全，本身含有部分活性有機碳，對土壤AOC含量的增加有一定的貢獻。本研究結(jié)果與馬莉等[32]的研究結(jié)果一致，均表明生物炭對土壤AOC有提高作用。但張杰等[33]在潮土上的研究表明，施用生物炭后土壤AOC含量無明顯變化，可能和生物炭原材料、裂解條件以及土壤類型有關(guān)。

WSOC是一種非常活躍的有機碳組分，主要來源于土壤腐殖質(zhì)的淋濾和微生物的分解[34]，雖然含量較少，但是可以被微生物直接利用，由于其對環(huán)境變化比較敏感，在一定程度上可以作為檢測土壤肥力的重要指標。生物炭的特殊結(jié)構(gòu)使其具有較強的吸附能力，施入土壤后增加了土壤對有機碳分子的吸附作用，而且這種吸附作用與生物炭施用量之間具有正比關(guān)系，導(dǎo)致了土壤WSOC含量的下降。另外，生物炭中含有大量的鈣離子[35]，能夠絡(luò)合土壤WSOC[36]，也是土壤溶液中WSOC含量下降的一個重要原因。邢英等[37]、章明奎等[38]的研究結(jié)果與該研究結(jié)果一致，但馬莉等[32]的研究結(jié)果表明，生物炭低施用量能夠顯著提高土壤WSOC含量，而高施用量與對照之間差別不大。這種結(jié)果的不一致性可能和生物炭原材料、裂解條件以及土壤類型有關(guān)。因此，關(guān)于生物炭對土壤WSOC含量的影響還需要進一步研究。

3.4生物炭對土壤碳庫管理指數(shù)的影響

Lefroy等[7]提出的土壤碳庫管理指數(shù)可以作為評價土壤有機碳質(zhì)量的指標，反映有機碳被微生物和植物利用的難易程度，其值越大表示越容易被利用，同時，碳庫活度和質(zhì)量也就越高[9-10]。楊旭等[39]在沈陽黃土母質(zhì)上發(fā)育的棕壤上的研究表明，秸稈炭化還田可以有效提高土壤碳庫管理指數(shù)，與本研究結(jié)果一致。這可能是秸稈生物炭中含有較多活性有機碳的原故[40]。本研究表明，施用生物炭顯著提高了土壤有機碳含量以及碳庫管理指數(shù)，且在本研究所施用的生物炭含量范圍內(nèi)，其與生物炭施用量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。一方面，說明施用生物炭能夠提高塿土土壤肥力；另一方面，對生物炭在固碳減排、減緩溫室效應(yīng)、提高肥料利用率等方面的研究具有一定的啟示意義。另外，在小麥季和玉米季，生物炭對土壤碳庫管理指數(shù)的影響有所差異。有研究表明[41]，種植作物不同，免耕以及秸稈還田對土壤碳庫管理指數(shù)的影響不同，說明作物類型對土壤碳庫管理指數(shù)具有重要的影響，但關(guān)于生物炭還田下作物類型對土壤碳庫管理指數(shù)影響的研究尚未見報道。這可能與作物根系結(jié)構(gòu)、根系分布狀況以及生物炭對不同作物根系生長的影響有關(guān)，具體原因?qū)⒃谝院蟮难芯恐猩钊胩骄?。本研究通過兩年連續(xù)種植作物的田間試驗研究了生物炭對塿土土壤碳氮含量、碳庫管理指數(shù)以及碳氮組分的影響，但農(nóng)田土壤碳、氮的變化及其效應(yīng)是一個長期的過程，對其影響機理及其效應(yīng)還需要進一步深入研究。

4　結(jié)論

（1）施用生物炭可以顯著提高土壤總有機碳含量，且與生物炭施用量呈正相關(guān)關(guān)系；在整個實驗期內(nèi)，生物炭對土壤全氮含量具有一定增加作用，但是在第二季內(nèi)增加作用不顯著。

（2）北方石灰性土壤上施用生物炭可以提高土壤pH，但是隨著種植年限的增加，土壤pH有恢復(fù)到施炭前水平的趨勢。

（3）生物炭可以提高土壤活性有機碳含量，且小麥季效果最顯著；生物炭對于高活性有機碳，在連續(xù)四季內(nèi)均為施用量60 t·hm-2效果最好。另外，生物炭的施用顯著降低了土壤水溶性有機碳含量，且這種降低程度與生物炭施用量呈正相關(guān)關(guān)系。

（4）生物炭施用能夠顯著提高土壤碳庫管理指數(shù)，且生物炭用量為60 t·hm-2時效果最好。

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Soil organic carbon and nitrogen and carbon pool management index in Loess soil as influenced by biochar

WANG Yue-ling, GENG Zeng-chao*, SHANG Jie, CAO Sheng-lei, GENG Rong, ZHAO Jun, LIN Yun
（College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Key Laboratory of Plant Nutrition and Agri-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture, Yangling Shaanxi,712100, China）

Abstract：In recent years biochar has received widespread attention in soil improvement, pollution reduction, and carbon sequestration both at home and abroad. Total soil organic carbon（TSOC）, total nitrogen（TN）, pH, soil active organic carbon（AOC）, moderately active organic carbon（MAOC）, highly active organic carbon（HAOC）, water-soluble organic carbon（WSOC）, and carbon pool management index（CPMI）were investigated in a 2 year plot trial. Results showed that TSOC, TN and pH increased respectively by 59.80%～180.52%, 13.22%～20.92% and 0.76%～1.28% in a dose-effect manner after the fourth harvesting of crops, while HAOC and CPMI increased by 70.36% and 52.43% at biochar rate of 60 t·hm(-2)than in the control. AOC reached the maximum after the second season at 40 t·hm(-2)of biochar, but it was the highest in the third and forth seasons at 60 t·hm(-2)of biochar. During the experimental period, AOC was increased by 18.46% 73.42%, as compared with the control. During the first three quarters, WSOC was 8.00%～42.77% lower in biochar than in the control. There were significant correlation between all indexes and biochar rate（P＜0.05）, with an exception of MAOC. These findings indicate that applying biochar increases total soil organic carbon and total nitrogen as well as carbon pool management index, and also improves soil quality and soil fertility.

Keywords：biochar; carbon sequestration and emission cut; water-soluble organic carbon; carbon pool management index（CPMI）

*通信作者：耿增超E-mail:gengzengchao@126.com

作者簡介：王月玲（1990—），女，碩士研究生，主要從事廢棄物資源利用及土壤養(yǎng)分研究。E-mail: wangyueling1103@163.com

基金項目：楊凌示范區(qū)科技計劃項目“添加生物炭對塿土溫室氣體排放影響”（2015SF-03）

收稿日期：2015-09-16

中圖分類號：S153.6

文獻標志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）03-0532-08

doi:10.11654/jaes.2016.03.017