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物质炭输入对土壤有机碳库和CO2排放的影响研究进展 　　摘要：由于生物质炭的碳化学结构主要以芳香碳为主，具有高度的生物化学和热稳定性，可长期保存于土壤中而不被土壤微生物所分解，因此其在增加土壤碳库容量、稳定土壤有机碳库以及维持土壤碳平衡方面发挥着重要作用。本研究综述了生物质炭输入对活性有机碳、腐殖质特性以及有机碳矿化特征的影响，较详细地分析了生物质炭输入对土壤CO2通量的影响效果及其机制，最后展望了该方向今后的研究重点。 　　关键词：生物质炭；活性有机碳；土壤腐殖质；土壤有机碳矿化；CO2排放 　　中图分类号：S153 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0205-06 　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.02.002 　　全球气候变暖已成为不争的事实，CO2作为全球气候变暖的主要温室气体对其贡献率高达50%～60%[1]。土壤作为全球最大的碳库，通过呼吸的形式释放到大气中的CO2是化石燃料释放的10倍以上[2-3]。因此，如何减少土壤呼吸所释放CO2量成为减缓全球气候变暖的关键所在。目前对土壤CO2减排的研究主要集中于土地利用方式、植被类型、水热条件、施肥等因素的研究。生物质炭因其高含碳量、难被分解、空隙多、比表面积大的特点，以及其在全球碳循环涉及到气候变化和环境问题而成为最近研究的热点[4-5]。 　　生物质炭是指植物或动物生物质在厌氧或部分厌氧条件下通过高温热裂解制备成的多孔芳香类化学物质[6-8]。由于生物质炭具有比表面积巨大，孔隙度丰富、高pH等特点，生物质炭不仅对土壤性质改良具有极大的益处，而且在温室气体减排方面具有极大的潜力。另外，生物质炭的有机碳结构主要以芳香碳为主，因此它具有极强的稳定性，在土壤中可以存在上千年[9]，因此生物质炭对土壤固碳具有重要的意义。为了深入理解生物质炭施入对土壤有机碳库和土壤CO2排放的影响机制，本研究综述了生物质炭输入对土壤活性有机碳库、腐殖质特性以及有机碳矿化特征的影响，较详细地分析了生物质炭输入对土壤CO2排放的影响效果及其机制，最后展望了该方向今后的研究重点。 　　1 生物质炭对有机碳库的影响 　　1.1 生物质炭输入对活性有机碳库的影响 　　土壤活性有机碳库是土壤微生物活动的能量来源和土壤养分变化的驱动力，其动态变化与土壤呼吸存在密切的关系，土壤活性碳具有移动速度快、稳定性差、易氧化分解等特点，具有较高的植物、动物和微生物活性[10]。土壤活性有机碳虽然只占土壤总有机碳的一小部分，但却能够在土壤全球变化之前反应出人类活动对土壤所引起的微小变化，是土壤碳循环的主要驱动力，对土壤碳收支平衡和全球气候变化具有重要的意义[11]。土壤活性有机碳包括水溶性有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、轻组有机碳、热水溶性有机碳、可矿化态碳等。其中土壤水溶性有机碳、微生物量碳和易氧化有机碳是土壤活性有机碳库的重要表征指标[12]。 　　生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响在不同类型土壤之间存在显著差异。如Durenkamp等[13]研究发现，在黏质土中添加生物质炭能够增加土壤微生物碳的含量，而在沙质土中添加则降低其含量。部分研究发现，生物质炭施入土壤对土壤活性有机碳的影响，还会随着生物质炭施入时间的长短而不同。如花莉等[14]研究发现，在土壤中施入椰壳炭初期能够提高土壤活性有机碳的含量，但随着时间的推移其含量逐渐降低，而土壤有机碳的总量则无显著变化，从而降低了土壤活性有机碳占土壤总有机碳含量的百分比。谢国雄等[15]研究发现，对土壤施入生物质炭会影响土壤微生物生物量碳、水溶性碳和易氧化碳的含量，随着施入时间的推移土壤微生物生物量碳和水溶性有机碳的含量逐渐减少。付琳琳[16]通过对水稻土施入生物质炭3年后的研究也发现了相同的结果。施用生物质炭初期能够增加微生物生物量碳，可能是由于生物质炭本身所携带的活性有机碳；后期随着生物质炭施入时间的增加，土壤和生物质炭中的活性有机碳被微生物所降解，从而降低了其含量。另外还有研究发现，生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响还会随着生物质炭制备温度和施入量的不同而不同。如赵世翔等[17]研究发现添加低温生物质炭能够增加土壤的呼吸速率、活性有机碳的含量，且随着添加比例的增加而增加，而在同一添加比例下，随着制备温度的升高而降低。金素素等[18]研究发现对土壤施入生物质炭能够增加土壤有机碳和活性有机碳的含量，但随着施炭量的增加，活性有机碳占总有机碳的百分比降低，并且随着时间的推移，活性有机碳的含量逐渐减少。花莉等[19]试验也发现向水稻土中添加生物质炭能够提高土壤的惰性碳库，从而降低活性有机碳占土壤有机碳的比例，并且随着施碳量的增加而降低。马莉等[20]通过盆栽试验发现，添加生