生物炭对稻麦轮作生态系统土壤碳周转和温室气体排放的影响

生物炭储存在土壤中被认为是一项减缓气候变暖的潜在措施，但生物炭的减缓气候变暖潜力主要取决于生物炭的稳定性及其对土壤有机碳周转和温室气体交换的影响。本项目以我国主要农田生态系统之一的稻麦轮作生态系统作为研究对象。通过室内培养实验，探讨水分和温度对生物炭稳定性的影响以及不同水热条件下生物炭对土壤原有有机碳分解的影响。通过田间定位实验，分析生物炭在稻麦轮作农田土壤中截留量，估算生物炭对土壤固碳的贡献；并研究生物炭和土壤原有有机碳在不同土壤碳库中的分布和转移。基于田间定位试验，研究不同物料和不同裂解温度制备的生物炭对温室气体交换的影响，可以更准确的反映生物炭对稻麦轮作生态系统全球变暖潜势的影响。综合以上研究结果，全面评估生物炭在稻麦轮作生态系统的固碳减排潜力，为验证生物炭在稻麦轮作生态系统减缓气候变暖的可行性提供一些理论依据。

本项目通过开展生物炭对稻麦轮作农田作物产量、土壤性质、土壤碳周转、非CO2温室气体排放及碳足迹的影响相关研究，全面评估了生物炭在稻麦轮作农田的固碳减排潜力。研究发现：(1)生物炭非常稳定，生物炭碳在土壤中截留率高达92%以上，能够显著提升土壤的固碳能力，同时不影响土壤原有有机碳含量；(2)生物炭不影响作物产量甚至起一定的增产作用，因此生物炭还田不影响粮食安全性；(3)生物炭提高了稻麦轮作农田的土壤肥力；(4) 生物炭对稻麦轮作农田N2O和CH4排放均没有产生显著性影响，不同剂量及不同裂解温度生物炭的效应也无差异，但与秸秆还田相比生物炭还田显著降低了CH4排放，降低了全球变暖潜势；(5)在制备生物炭低能耗条件下，由于生物炭在土壤中碳截留率高和温室气体排放量低，生物炭还田的碳足迹强度远低于秸秆还田（降低17倍），可以显著提升稻麦轮作农田的固碳减排潜力。上述研究结果实现了我们的研究目标，验证了将秸秆转化为生物炭后还田提高稻麦轮作农田的固碳减排潜力是切实可行的农业措施。