人才强校 - 中国农大商建英课题组在生物炭长期施用于农田增加深层土壤无机碳固定领域取得重要进展

1月31日土地科学与技术学院李保国教授团队商建英课题组研究论文《在钙质表土上施用生物炭诱导深层土壤中无机碳累积》（Inducing Inorganic Carbon Accrual in Subsoil through Biochar Application on Calcareous Topsoil）被国际权威期刊《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）选为封面文章。该研究依托于中国农业大学上庄实验站生物炭的长期定位试验，研究表明生物炭长期施用于土壤后显著增加了深层土壤（1米以下）无机碳。

图1 Environmental Science & Technology封面文章

大气二氧化碳和其他温室气体水平继续增加，限制了全球实现《巴黎协定》将升温控制在2 以下目标的能力。土壤无机碳是一种重要的土壤碳形式，在干旱和半干旱地区的储量远大于相应的土壤有机碳储量。生物炭作为一种有机碳封存技术，可以增加表层土壤无机碳。然而，生物炭对深层土壤碳循环和碳储量的研究还处于空白。基于商建英教授课题组在2019年EST文章中2发现胶体级生物炭颗粒，尤其是田间老化的胶体级生物炭，在土壤中具有较强迁移能力。商建英教授课题组探索了生物炭长期施用农田后对深层土壤碳库的影响。本研究发现了田间生物炭施用30、60和90吨每公顷造成了土壤碳总量（0-2米）分别增加了71%、182%和210%，其中土壤无机碳的显著增加主要在深层土壤。在深层土壤主要增加的无机碳是碳酸钙，是添加生物炭中本身无机碳的100余倍。施用在表层土壤生物炭引起深层土壤无机碳大量累积的机制如下：（1）胶体级生物炭向下迁移，显著提高了深层土壤pH值，形成了有利于碳酸盐沉淀的土壤pH环境；（2）迁移到深层土壤的生物炭可以作为沉淀核，与水中的碳酸根离子形成大量碳酸盐沉淀（图2）。该研究成果对了解生物炭施用的长期效应和增加深层土壤储备碳的能力以及全球范围内土壤减少二氧化碳排放具有重要意义。

图2 长期施用生物炭引起深层土壤无机碳显著增加的机理图

商建英课题组博士后王洋为论文第一作者，商建英教授为论文通讯作者，中国农业大学为第一和唯一通讯单位。中国农业大学李保国教授、李贵桐教授、林启美教授、陈清教授、王祥副教授，美国康奈尔大学Johannes Lehmann教授、德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、澳大利亚新南威尔士大学Stephen Joseph教授、昆士兰大学Zhe H. Weng、新南威尔士第一产业部Lukas Van Zwieten研究员等都参与了本研究的部分工作。本研究得到国家自然科学基金（41771255，42177278），现代农业（大宗蔬菜）产业技术体系（CARS-23-B15）和俄罗斯人民友谊大学战略学术领导项目的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c06419

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b00583

供稿：土地科学与技术学院

供图：土地科学与技术学院

编辑：李杨

责编：武慧媛