生物炭输入对黄土中硫迁移转化和植物有效性的影响及其作用机制

Biochar is a carbonaceous solid material produced during pyrolysis, which is primarily thermal degradation of biomass feedstock under limited or no oxygen condition. It is indicated that biochar is of great potential to improve soil quality and crop yield. Sulfur is one of the essential nutrient elements for plant growth and its required amount is only less than those of nitrogen, phosphorus and potassium. However, the effects of biochar on migration, transformation and phtoavailabilty of sulfur in soils are not clear. This project aims to study i) the relationship between the content, form and bioavailabilty of sulfur in biochar, and the composition of biomass and pyrolysis condition; ii) the adsorption-desorption of sulfate and the relationship between the efficiency and stability of adsorption-desorption, and the composition and structure of biochar in biochar-loess soil system; iii) the ineraction between the biochars with various composition and structure and sulfur bacteria in loess soil, together with the effect of biochar on mineralization and immobilization of sulfur; iv) the effect of biochar on phytoavailabilty and the laws in uptake and accumulation of sulfur by plants in plant-loess soil system. The results obtained from the project would indicate the laws and mechanisms on the effects of biochar on migration, transformation and phytoavailability of sulfur in loess soil, which could provide the scientific reference for the biochar application, addition control of sulfur fertilizer, and high yield and quality of crops in the regional soils.

生物炭(Biochar)是生物质不完全燃烧或在缺氧条件下热解所产生的富含碳颗粒，在改善土壤质量和提高作物产量方面应用潜力巨大。硫是植物生长的必须营养元素之一，其需量仅次于氮、磷和钾。然而，生物炭输入土壤后对土壤中硫迁移转化和植物有效性的影响研究几乎为空白。本项目拟研究生物炭中硫含量、形态及生物可利用性与生物质组成和热解条件之间的关系；研究黄土-生物炭体系中硫酸盐的吸附-解吸作用，探明吸附-解吸效率、稳定性与生物炭组成和结构之间的关系；系统研究不同组成和结构的生物炭与黄土中硫转化菌的相互作用，搞清生物炭对黄土中硫的矿化和固持作用的影响规律；研究黄土-植物系统中，生物炭对硫的植物有效性的影响、植物吸收和累积硫的变化规律。试图揭示生物炭对黄土中硫迁移转化和植物有效性影响的规律和作用机制，为区域土壤生物炭应用、硫肥施用及调控、保障农产品产量与质量提供科学依据。

生物炭(Biochar)是生物质不完全燃烧或在缺氧条件下热解所产生的富含碳颗粒，在改善土壤质量和提高作物产量方面应用潜力巨大。硫是植物生长的必须营养元素之一，其需量仅次于氮、磷和钾。然而，生物炭输入土壤后对土壤中硫迁移转化和植物有效性的影响研究几乎为空白。.本项目拟研究生物炭中硫含量、形态及生物可利用性与生物质组成和热解条件之间的关系；研究黄土-生物炭体系中硫酸盐的吸附-解吸作用，探明吸附-解吸效率、稳定性与生物炭组成和结构之间的关系；系统研究不同组成和结构的生物炭与黄土中硫转化菌的相互作用，搞清生物炭对黄土中硫的矿化和固持作用的影响规律；研究黄土-植物系统中，生物炭对硫的植物有效性的影响、植物吸收和累积硫的变化规律。.研究发现，随着热解温度的升高，生物炭中可溶性硫酸盐含量占总硫含量的比例下降，而有机硫含量占总硫含量的比例增大，秸秆类生物炭较粪便类生物炭可释放更多硫酸盐；生物炭对硫酸盐的吸附作用主要是静电作用，生物炭并未增强黄土对硫酸盐的吸附作用，但可延长硫酸盐在土壤中的淋滤时间，减少淋滤损失；生物质炭施入土壤中，可增大土壤pH值、电导率、有机质含量和酶活性，各种形态硫的含量随生物质炭施加量不同而呈显著性差异；施加生物质炭后，土壤中微生物群落的多样性增大，其变化程度与生物质炭的来源、热解温度和施加量有关；低剂量生物炭对作物品质具有显著的提升作用，可促进作物对硫的吸收，其机制主要归因于生物炭改善了土壤的理化性质，提高了土壤硫素的有效性，以及提高了土壤微生物丰度和酶活性。研究结果揭示了生物炭对黄土中硫迁移转化和植物有效性影响的规律和作用机制，可为为区域土壤生物炭应用、硫肥施用及调控、保障农产品产量与质量提供科学依据。