生物炭改良巴西半干旱区退化旱地：碳储量提升与CO2减排的双重策略

这篇研究通过温室实验评估了热解生物炭（SPB和CBB）对退化旱地土壤有机碳（TOC）储量及CO2排放的影响。结果表明，5和40 Mg ha?1的SPB与CBB显著提升TOC和碳储量（CS），同时6.5–14 Mg ha?1的SPB和29.8 Mg ha?1的CBB可有效降低CO2通量。研究为半干旱区土壤修复与气候变化 mitigation 提供了科学依据。

　　

1 引言

全球气候变化背景下，巴西半干旱区土壤因过度放牧和恶劣气候面临严重退化。生物炭（Biochar）作为生物质热解产物，因其碳封存潜力与土壤改良功能备受关注。本研究聚焦两种生物炭——污水污泥与腰果修剪枝共热解产物（SPB）和腰果渣生物炭（CBB），探究其对退化旱地土壤碳储量（CS）及CO₂通量的调控机制。

2 材料与方法

实验采用完全随机设计，以PVC柱（20 cm×50 cm）装载砂质壤土（Planosol），设置2种生物炭（SPB/CBB）、4个剂量（5–40 Mg ha^?1）及对照，种植玉米（Zea mays L.）。通过气相色谱法测定CO₂通量，Walkley-Black法分析TOC，并计算CS。

3 结果

3.1 容重与有机碳

生物炭处理未显著改变土壤容重（BD），但5和40 Mg ha^?1的SPB与CBB使TOC提升59%–70%（图3）。SPB在40 Mg ha^?1时TOC最高，而CBB在8.1 Mg ha^?1效果最佳（图4a）。

3.2 碳储量

SPB5和CBB5分别增加CS达72%和59%，但中间剂量（10–20 Mg ha^?1）无显著差异（图5）。回归分析表明，SPB和CBB最优增碳剂量为5.7和8.4 Mg ha^?1（图4b）。

3.3 CO₂排放

SPB40在首次采样时CO₂通量最高（132.43 mg m^?2 h^?1），而CBB20在二次采样时最低（11.33 mg m^?2 h^?1）（表4）。6.5–14 Mg ha^?1的SPB和29.8 Mg ha^?1的CBB可显著减排（图6）。

4 讨论

4.1 剂量效应与机制

低剂量生物炭（5 Mg ha^?1）通过快速矿化提升TOC，而高剂量（40 Mg ha^?1）依赖顽固碳积累。CO₂通量波动与土壤微生物活性及玉米根系呼吸相关，生物炭通过调节孔隙结构和酶活性（如β-葡萄糖苷酶）影响排放。

4.2 环境意义

SPB和CBB在5 Mg ha^?1的经济剂量下即可实现碳增储，而特定剂量（如29.8 Mg ha^?1的CBB）能同步减排CO₂，为半干旱区“碳中性”农业提供实践路径。

5 结论

生物炭改良退化旱地可兼顾碳封存与减排，推荐SPB（5–14 Mg ha^?1）和CBB（29.8 Mg ha^?1）作为优化剂量。研究为全球类似生态区土壤修复策略提供了数据支撑。