LI-COR 應(yīng)用案例—生物炭- 糞便改變了灰泥的土壤碳礦化過程

生物炭被認(rèn)為是在溫帶草原生態(tài)區(qū)域進(jìn)行碳封存的一種前景途徑。它是通過在有限氧氣條件下，在低于700° C 的溫度下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行熱分解而產(chǎn)生的一種熱解碳。通過向土壤添加生物炭，即難降解的碳，已經(jīng)證明可以通過改變土壤的生化特性來減緩農(nóng)業(yè)溫室氣體排放，例如增加陽離子交換容量和減少微生物活動(dòng)。相對(duì)于更易降解的改良劑（如糞便和堆肥），生物炭穩(wěn)定了土壤有機(jī)物，因此產(chǎn)生了更高的土壤碳效益。將生物炭應(yīng)用于耕地還經(jīng)常與改善土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量相關(guān)聯(lián)；生物炭通常會(huì)提高土壤pH 值，并增加植物吸收的養(yǎng)分可利用性。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，將生物炭用于動(dòng)物飼料中可以降低反芻動(dòng)物產(chǎn)生的甲烷（CH₄）排放，從而擴(kuò)大了其
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景。類似地，生物炭- 糞便混合物也可以穩(wěn)定糞便有機(jī)物，在施用到耕地后產(chǎn)生的氨（NH₃）、氧化亞氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放量更少。Romero 等人（2021 年）證明，生物炭增加了糞便有機(jī)物的難降解性和整體碳封存潛力，但其對(duì)糞便有機(jī)物礦化的影響大多是未知的。

在草原土壤中，熱解碳可以占總土壤碳的20% 至65%。然而，在加拿大中部的耕地上，農(nóng)業(yè)活動(dòng)通過
抑制野火移除了熱解碳，從而改變了其在表層土壤中的循環(huán)。通過添加生物炭等手段恢復(fù)熱解碳水平可能會(huì)增加作物產(chǎn)量，特別是在灰泥中，這種土壤由于其固有的低pH 和養(yǎng)分供應(yīng)不足而經(jīng)常難以耕種。本研究的目標(biāo)是在64 天的室內(nèi)培養(yǎng)期內(nèi)確定糞便改良劑對(duì)土壤碳和氮礦化的影響。由于熱解碳的難降解性質(zhì)，研究者們假設(shè)一旦生物炭被圈養(yǎng)牛類排泄出來，它將保留一些性質(zhì)，從而限制微生物活動(dòng)及其相關(guān)的土壤碳和氮礦化。

本研究進(jìn)行了為期64 天的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，以量化糞便（RM）、生物炭- 糞便（BM）、原生生物炭（BC）、RM + BC 和BM + BC 改良劑對(duì)土壤碳（C）和氮（N）礦化的短期影響。結(jié)果顯示，糞便增加了CO₂-C 排放速率，RM + BC 觀察到了最高的累積CO₂-C 排放量。BM 處理可以停止土壤C 的礦化，表明糞便-C 的穩(wěn)定化。相比之下，RM 和BM 均不影響土壤N 的礦化。因此，長期來看，施用BM 可能有利于通過降低CO₂排放量來促進(jìn)土壤碳的封存。 土壤采集后，被放置在室溫下進(jìn)行空氣干燥，并通過2mm 篩除去植物殘?bào)w。然后，樣品被均質(zhì)化處理，并在室溫（22° C）下儲(chǔ)存30 天。隨后，樣品在25° C下被放入培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。兩組相同的200g（干重）空氣干燥土壤被稱重并放入500ml 的玻璃瓶中。一組保持不動(dòng)用于二氧化碳（CO₂）氣體濃度測(cè)量。第二組也保持不動(dòng)，但在采樣間隔會(huì)取出少量樣品用于無機(jī)氮分析。兩組都在60% 持水力WHC 下預(yù)培養(yǎng)7d，預(yù)培養(yǎng)后立即施加糞便/ 生物炭改良劑于土樣中。土壤瓶每周取下蓋子10min，以確保培養(yǎng)期間充足的通氣。樣品在此期間被稱重并添加水以保持60% WHC條件。CO₂-C 通量和無機(jī)N、硝酸鹽（NO3-N）和銨態(tài)氮（NH₄-N）濃度每3d 測(cè)量一次（首周），接下來2 周每周1 次，然后每2 周測(cè)量1 次，持續(xù)測(cè)量64 天。使用LI-COR LI-8150 多通道土壤溫室氣體通量測(cè)量系統(tǒng)（LI-COR, Lincoln, NE, USA）進(jìn)行瓶式測(cè)量，以量化CO₂-C 通量。