生物质炭对农田土壤有机碳及其矿化影响的研究进展

张洪培，李秀云，沈玉芳，李世清

(1.西北农林科技大学 资源环境学院,陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌 712100)

在全球气候变化中，土壤碳所起的作用实际上是有机碳的生物地球化学循环对气候变化的控制作用，土壤中有机碳含量的变化，能够对全球生态系统产生潜在的巨大影响[1]，其动态变化已成为近年的研究热点[2]。土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程之一，直接关系到养分的释放以及土壤质量的保持等，同时影响到温室气体的产生[3]。农田土壤有机碳矿化释放的CO2在大气中存留寿命为5～200 a，对气候变化的影响尤其引人关注[4]。

生物质炭(Biochar)是生物质残体在缺氧或低氧环境中经热裂解生成的固体产物，具高度的芳香化、物理的热稳定性、较高的抵抗生物和非生物降解的能力，能够长期稳定地封存于土壤中[5]。近年来，生物质炭的农田生态系统效应研究受到越来越多的研究者关注[6]。国际生物质炭协会(IBI)通过综合分析也指出，生物质炭施加到土壤中具有较高的农业应用价值和环境效益[7]，甚至可以逆转气候变暖的趋势[8]。为此，本文围绕生物质炭对土壤有机碳含量、碳矿化效应及可能的机制进行阐述，并阐述值得探索的进一步研究的方向。

1 生物质炭的特性

生物质炭一般情况下含碳元素60%以上，还包括氢、氧、氮、钾、钠、钙、硅等元素；随着炭化温度升高，所制备的生物质炭中含碳量呈增加趋势，而其中氢和氧的含量反而降低。生物质炭理化性质受制备材料、制备温度和制备时间等的影响[9-11]，还与植物生长地的土壤类型、植物种类有关。

1.1 制备原料对生物质炭特性的影响

生物质炭的原材料能够在较大程度影响生物质炭的化学组成和理化性质。通常动物粪便和固体废弃物的生物质炭产率要大于作物秸秆和木质生物质材料[12]，这主要是由于动物粪便和固体废物含有大量的无机组分，因而制备成生物质炭之后他们的灰分含量也高于稻秆和木质生物质炭。如表1所示，300 ℃加热时间为1 h条件下，猪粪和牛粪与玉米秸秆相比，前者的pH、C/N比后者的低，而含氮量和灰分含量却相反[11,13-14]。制备温度同样为300 ℃时，木薯茎生物质炭，pH和C/N比最高，而小麦秸秆生物质炭的pH较低，有机碳最高[15-16]。同样制备条件下，木本植物生物质炭具有较低的pH、灰分含量和较高的含碳量，如玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭的pH较高，但C/N比却低于用道格拉斯冷杉制备的生物质炭(650 ℃下)[14,16-17]。研究发现，与一般生物质炭碱性不同，刺槐生物质炭pH仅为6.4，同油松混合制备的生物质炭pH增加为8.38[18]，总有机碳含量也大幅度提高到66.67%[19]。将牛粪添加秸秆后制成的生物质炭，在性质上也有较大的差异，pH从8.0提升至10.1，灰分含量从20.2%增加到38.3%，氮含量增加至0.3%，但是碳含量和C/N比有所降低[13]。因此可以得出，不同原材料以及不同原材料混合条件的改变对生物炭元素的组成及环境效应均会产生显著影响。

1.2 制备温度对生物质炭特性的影响

生物质炭的特性与炭化温度密切相关[11]。在限制供氧量的条件下，随着炭化温度的升高，植物生物质炭的pH、电导率、比表面积、孔体积、芳香碳含量、灰分含量等增加，氢和氧含量降低。同样用玉米秸秆作为炭化1 h，随制备温度从300 ℃升高到1 200 ℃[14,20-22]，生物质炭中的有机酸热解并不断生成灰分，导致生物质炭的pH也随之增大[23]，1 200 ℃制备生物质炭的pH达11.6。而总有机碳含量却不是温度越高越好，研究发现，在550 ℃条件下，玉米秸秆生物质炭中总有机碳含量和C/N比最高[20]，另外玉米秸秆生物质炭总氮含量与制备温度并无线性关系。一般来说，随裂解温度升高，比表面积增加。Keiluweit等[24]发现将制备木炭的温度从200 ℃增加到700 ℃，比表面积从2.3 m2·g-1增加到247 m2·g-1。Chun等[25]研究也发现，300 ℃小麦秸秆炭的比表面积为116 m2·g-1，700 ℃下增加到363 m2·g-1。

Bruun等[26]开展不同裂解条件下小麦秸秆制备的生物质炭的实验室短期培养试验，结果发现，随着裂解温度的升高生物质炭中的纤维素和半纤维素含量逐渐降低，生物质炭的矿化率也随之减小。Nguyen等[4]利用定量核磁共振分析350～600 ℃条件下制得的玉米秸秆生物质炭的稳定性，结果发现，生物质炭的芳香化程度随着制备温度的上升也从83%上升到90%，检测发现其炭层的发展排列变得更加有序。对于畜禽粪便生物质炭，高温裂解制备的生物质炭同样比低温条件下制备的稳定性高。500 ℃下制备的牛粪生物质炭的碳含量为300 ℃下制备的生物质炭中碳含量的约1/4，C/N比也仅为1/3[13]；而300 ℃低温制备的猪粪生物质炭与500 ℃下制备的生物质炭相比，有较高的土壤阳离子交换量(CEC)，可以有效降低营养盐和pH。总之，生物质炭制备温度对生物质炭特性有显著影响，高温制备的生物质炭具有更丰富的孔隙结构、比表面积，芳香化程度和稳定性、pH也会增加；而低温条件下制备的生物质炭，却具有较高程度的疏水性，其电导率、芳香碳含量、灰分含量也较高，比高温制备的生物质炭有更高的金属元素有效性[11]。

2 生物质炭对土壤有机碳含量及其稳定性的影响

2.1 不同原材料生物质炭对土壤有机碳含量及其稳定性的影响

生物质炭含碳40%～75%，施入土壤能够提高土壤有机碳含量，且土壤有机碳量随着生物质炭施用量的增加而增加[27-28]。研究发现，生物质炭能够显著(P<0.05)降低溶解在土壤中的有机碳(DOC)含量[21]，减弱DOC淋溶[29]，这可能主要是由于生物质炭的吸附作用，表明添加生物质炭有利于在短期内土壤有机碳的积累。周桂玉等[30]研究发现添加2%生物质炭45 d后使草甸黑土土壤总有机质的含量从1.62%增加到2.92%，同时胡敏酸的色调系数(ΔlgK)降低。

韩玮等[31]将生物质炭施入水稻土2 a后发现，水稻土有机碳的增加总量占投入碳总量的86.02%～91.77%，同时秸秆还田条件下，该比例仅为24.88%，这说明炭化的植物残体更有助于土壤碳的增加和长期稳定性。且随着生物质炭用量的增加，腐植酸等活性较高组分(包括胡敏酸和富里酸)的比例逐渐下降，而残留的黑碳和胡敏素等稳定有机物质显著增加[32]。但花莉等[33]试验结果却是添加不同量玉米秸秆炭后，黄土的活性有机质质量分数均增加。这可能受不同来源生物质炭芳构化程度和热稳定性差异性的影响。尚杰等[34]研究发现，在石灰性土壤(黄土母质)中施用果树枝条制成的生物质炭，显著提高土壤总有机碳和微生物碳含量。Domene等[35]研究同样发现，秸秆生物质炭对土壤微生物量有促进作用。但Dempster等[36]研究发现，添加木质生物质炭反而会减低土壤微生物碳含量。李明等[37]的研究结果则表明，添加水稻和玉米制备的生物质炭培养135d 后，土壤微生物碳含量受制备温度的影响。由此可见，不同原材料的生物质炭因其不同的性质，而对土壤有机碳含量影响不同，比如秸秆生物质炭的芳香化和稳定性较低，商业黑炭缩合程度和热稳定性较高，松枝类生物质炭则介于二者之间[30]，各类型生物质炭施入土壤后均能增加土壤有机碳含量，对土壤微生物碳含量影响趋势却不相同。

表1 生物质炭的种类及特性Table 1 Types and characteristics of biochar

2.2 不同温度制备生物质炭对土壤有机碳含量及其稳定性的影响

韩玮等[31]向中层砂浆水稻土(pH为7.6)中添加等量(6 t·hm-2)玉米秸秆和300、400、500 ℃温度下制备的生物质炭，种植2 a水稻和冬小麦后测定轻重组有机碳和微生物量碳，发现生物质炭和秸秆都能在一定程度上增加土壤微生物碳，添加秸秆的处理微生物碳含量最高，生物质炭处理土壤微生物碳提高，不同温度间差异不显著；对土壤轻组有机碳含量的影响也表现随生物质炭裂解温度的升高而增加，500 ℃生物质炭处理含量最高，且发现总有机碳含量与轻组有机碳含量之间显著正相关。这同管天玉[42]的研究结果相一致。李明等[37]向红色黏土(pH为 5.32)中分别添加300、400和500 ℃制备的水稻和玉米秸秆生物质炭，培养135 d，测定发现 300 ℃下制备的2种生物质炭对微生物碳含量没有显著影响，500 ℃下制备的2种生物质炭对其影响却达到显著水平，可能是由于高温制备的生物质炭具有更好地改良土壤理化性质的效应[43]。而Maestrini等[44]利用同位素标记手段，在培养158 d后测定发现，仅有0.4%的生物质炭组分在微生物体中被鉴定。因此得知，随着生物质炭制备温度的升高，土壤有机碳含量有所提高，土壤微生物碳含量和轻组有机碳含量也会有所增加。生物质炭可能通过改变土壤的理化性质，对土壤微生物产生间接的影响，但具体的影响机制还需要进一步研究[45]。

3 生物质炭对土壤有机碳矿化的影响及激发机制

在农田生态系统中，土壤有机碳积累水平主要依赖于输入(如田间作物残体和外源有机物料添加等)与输出(土壤原有有机质分解)之间的平衡，即土壤中有机质的腐殖化与矿化之间的平衡[46]。已有研究认为生物质炭比较稳定，其本身碳的残留时间可超过千年。但尽管它具有较强的稳定性，在自然界中生物质炭仍可与土壤原有有机质间产生相互作用[28]，存在一定激发效应[47]。生物质炭作为外源有机物料添加到土壤以后，能够通过改变土壤中有机质腐质化、稳定性和呼吸速率等，产生正或负激发效应，提高或抑制土壤有机碳的分解，从而加速或减少土壤炭的分解释放[48-50]，如表2所示，向土壤中添加生物质炭，对土壤原有有机碳产生正激发效应或负激发效应，目前研究结论尚不一致，不同的生物质炭性质、试验土壤条件、试验周期等均会影响施用生物质炭以后土壤有机碳的矿化行为。

3.1 生物质炭特性的影响

Liang等[51]通过培养试验发现，生物质炭添加量越高，土壤CO2释放量反而越少。Purakayastha等[52]研究也表明，施加玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭，可以抑制土壤自身有机碳的降解。Sigua等[38]用柳枝稷为原料，分别在250 ℃和500 ℃温度下制作生物质炭，添加到典型的高岭湿润老成土(红壤，pH为5.6)中进行培养后，发现与柳枝稷直接还田相比，生物质炭处理减少CO2累积排放量和排放速率；与250 ℃的生物质炭相比，500 ℃的生物质炭更低，说明生物质炭能够降低红壤的碳矿化，高温制备的生物质炭比低温制备的抑制效果更好。Ameloot等[53]发现350 ℃制备的猪粪生物质炭处理增加CO2排放量，而700 ℃生物质炭处理CO2排放量与对照处理无显著差异；高温热解炭有利于多聚环芳香结构更稳定，不易发生碳的矿化和分解等。Zhao等[54]比较新制备的生物质炭和放置一段时间(在密闭黑暗中放置4个月和10 a)后的生物质炭的矿化，发现新制备的生物质炭和放置4个月的生物质炭可促进贫瘠土壤短时间内的碳矿化，而放置10 a的生物质炭则没有影响。因此可以看出，新制备的生物质炭本身含有可以矿化的易分解碳，施入土壤能被微生物分解利用，提高土壤肥力。

3.2 试验周期的影响

Weng等[41]在暗红色铁铝土中添加柳桉木生物质炭(450 ℃，40 min，3%)，种植黑麦草，利用同位素13C进行为期388 d的实地研究，试验发现，施入生物质炭后，前期阶段(0～62 d)，促进CO2的排放，表现为正激发效应，从第62 天以后到培养结束，表现为负激发效应，说明生物质炭施入土壤后的培养周期对碳矿化有重要影响。Zhao等[54]在42 d的短期培养试验中土样发现生物质炭促进土壤有机碳矿化。Luo等[55]在英国洛桑试验站旱地土壤的试验结果也表明添加生物质炭初期会促进农田CO2排放。生物质炭含有的部分可溶性有机碳，分解较快，在培养前期就能被微生物分解利用应该是增加矿化排放的主要原因[56]。Bruun等[57]认为，生物质炭本身还会含有部分碳酸盐，它们可以在生物和非生物作用下很快发生分解释放CO2。因此，试验时间的长短对土壤有机碳矿化也会有明显影响，生物质炭添加到土壤中后的正激发效应会随着时间的延续逐渐减弱，田间施加生物质炭4 a后，土壤有机碳的矿化速率则会显著降低[58]，表现为负激发效应。

3.3 土壤原有性质的影响

Naisse等[59]将生物质炭(550 ℃)分别添加到森林土壤和草原土壤，培养336 d后发现，生物质炭添加到森林土壤中引起很小的正激发效应，而在草原土壤中则引起超过生物降解的负激发效应。说明激发效应可能与土壤中原有有机碳含量等土壤性质有关。在评定生物质炭对土壤碳的影响时，应当考虑土壤参数。Lu等[21]也发现，生物质炭对碳的激发效应与土壤微生物和土壤原有有机质有关。Knoblauch等[60]研究也表明，向沼泽土添加生物质炭以后提高碳矿化率，而向草地中添加生物质炭对碳矿化率并无明显影响。Ahmed等[40]研究发现，向钙质砂质土壤中添加聚合果属木质废弃物生物质炭，与家禽粪便还田和植物废弃物还田相比，生物质炭的添加，CO2的排放量微不足道。但胡雲飞等[61]向黄棕壤中添加茶树枝条制作的生物质炭后，与未添加生物质炭的土壤相比，土壤碳矿化明显增强。Keith等[8]用同位素标记方法研究生物质炭对3种土壤(红砂土、始成土和铁铝土)根际激发效应的影响结果发现，将500 ℃下制备的蓝色小桉树生物质炭添加到土壤后，种植植物处理的土壤总呼吸速率明显高于无植物种植的对照处理；在红砂土中，有无生物质炭都会产生负的根际激发效应；在始成土中，生物质炭增加负的根际激发效应；而在铁铝土中，生物质炭较小程度影响根际碳矿化。由此得出，生物质炭对土壤有机碳矿化的影响与土壤原有性质有关，但与之相关的土壤因素还未明确，土壤原有有机碳含量与生物质炭用量的比率，对土壤有机碳矿化的影响情况仍未系统的研究结果，其影响的具体途径尚不明确，生物质炭带入土壤的可溶性物质或大分子物质对土壤环境的影响也未报道，这些都需要进一步的研究与探索。

表2 生物质炭和土壤对有机碳矿化的影响Table 2 Effects of biomass carbon and soil on mineralization of organic carbon

4 生物质炭对中国农田土壤的固碳减排前景

随着全球气候变化，中国越来越重视温室气体减排的重要性，同时中国面临很大的压力。Metting等[64]利用DNDC模型计算中国农业土壤碳库的变化，发现中国农业土壤有机碳库以每年7.38×1013g(按碳计算)的速度在消减，而美国则以每年7.24×1013g(按碳计算)的速度递增。高鹏飞等[65]利用MARKAL-MACRO模型对2010-2050年中国的碳边际减排成本进行系统的研究，结果表明：当温室气体减排率在0～45%时，碳边际减排成本在0～250美元·t-1，这说明中国未来CO2减排成本是相当高的。面对2020年单位GDP的CO2排放量比2005年下降40%～45%的承诺，中国发展低碳经济迫在眉睫。

农业生态系统具有巨大的固碳减排潜力。研究表明，全球农业温室气体减排的总潜力按照CO2计算每年高达7.30×1015g[66]。Lehmann[67]认为，应用生物质炭技术在社会经济上的潜在可行增汇量可达到9.50×1015g。中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，每年农田秸秆年总产量达7亿t[68]，露天焚烧或腐烂处理，会造成可利用资源的浪费和对生态环境的污染。生物质炭制备和还田技术为秸秆有效利用、农田的固碳减排以及生态系统功能改善提供一条新途径。如果每年能够裂解炭化7亿t农林废弃有机物质，这相当于从大气中吸收10.22亿t CO2[69]，理论上可减少国家总体排放约13.8%的CO2。仅1996年到2013年间，焚烧中国3种主要粮食作物(水稻、小麦、玉米)的秸秆约相当于燃烧7.4亿t标准煤量。生物质炭的固碳效应还体现在通过增加生物量生产和减少肥料施用方面。生物生物质炭可以增加作物生物量，增加作物对大气CO2的固定和向土壤有机碳的输入；同时生物质炭可以代替或减少肥料的使用，减少化肥生产、运输和施用过程中能源消耗引起的碳排放。研究表明，每施用1 t生物质炭可以减少0.18 t碳因氮肥施用产生的温室气体排放[7]。因此，中国农田废弃资源的生物质炭化利用的固碳潜力巨大。

5 总结与展望

生物质炭具有丰富的碳含量和高度的稳定性，添加到土壤中可以增加土壤碳含量且能够切实降低碳排放效应。因此，在中国应用生物质炭固碳减排具有广阔的前景。但目前生物质炭研究还处于起步阶段，仍有诸多问题亟待进一步加强研究。

生物质炭制备方面。截至目前，国际上仍没有统一的标准，如温度的控制、保护气的选择、原材料的选择等方面；应加强生物质炭制备条件与生物质炭特性之间关系研究，以实现通过不同性质的原材料和制备条件组合得到目标需求的生物质炭。

生物质炭的农田土壤碳效应方面。国内外研究者针对生物质炭的稳定性及其对土壤碳库效应方面已经开展大量研究并取得一些进展，但目前对生物质炭在土壤中的稳定性和土壤有机碳影响的研究结果较多来源于短期试验，且不同研究结果之间尚存在争议。而与之相关的土壤因素还没有明确，土壤原有有机碳含量与生物质炭用量的比率，对土壤有机碳矿化的影响情况仍没有系统的研究结果，其影响的具体途径尚不明确，生物质炭带入土壤的可溶性物质或大分子物质对土壤环境的影响也没有报道，这些都需要进一步的研究与探索。因此，应注重全面系统的长期效应研究，加强对研究结果的可靠性和影响机制的探讨。

生物质炭的土壤—大气—植物体系效应研究。生物质炭农田碳效应受不同的气候条件、特定的土壤环境条件和作物的共同影响。高碳含量生物质炭施入土壤会引起土壤碳氮比的较大波动，可能会对土壤微生物群落结构和功能产生影响，进而影响土壤的碳矿化、碳排放和作物的碳固定功能，因此需要开展生物质炭—土壤—微生物—大气—作物统一连续体的长期作用研究。

另外，生物质炭施用的不可逆性，要求施用前必须充分评估可能的环境风险，并开展较长时间尺度的生物质炭与土壤及其生物环境之间的相互作用关系的研究，为生物质炭的未来规模化生产和应用提供科学依据。

参考文献Reference：

[1] 戴 慧.天童地区不同土地利用类型土壤的碳库特征[D].上海：华东师范大学,2007.

DAI H.The characteristic of soil carbon pools among different land use types in Tiantong [D].East China Normal University,2007.

[3] CHRISTOPHER D,WARDELL JOHNSON G W,HARPER R J.Carbon management of commercial rangelands in Australia:Major pools and fluxes [J].Agriculture,EcosystemsandEnvironment,2012,148:44-64.

[4] NGUYEN B T,LEHMANN J.Black carbon decomposition under varying water regimes [J].OrganicGeochemistry,2009,40(8):846-853.

[5] GLASER B,HAUMAIER L,GUGGENBERGER G,etal.The ‘Terra Preta’ phenomenon:a model for sustainable agriculture in the humid tropics [J].Naturwissenschaften,2001,88(1):37-41.

[6] LEHMANN J.Bio-energy in the black [J].FrontiersinEcologyandtheEnvironment,2007,5(7):381-387.

[7] SOHI S,LOPEZ-CAPEL E,KRULL E,etal.Biochar,climate change and soil:a review to guide future research [J].CSRIOLandandWaterScienceReport,2009,5(10):17-31.

[8] KEITH A,SINGH B,DIJKSTRA F A.Biochar reduces the rhizosphere priming effect on soil organic carbon [J].SoilBiologyandBiochemistry,2015,88:372-379.

[9] LUA A C,YANG T.Effects of vacuum pyrolysis conditions on the characteristics of activated carbons derived from pistachio-nut shells [J].JournalofColloidandInterfaceScience,2004,276(2):364-372.

[10] GUNDALE M J,DELUCA T H.Temperature and source material influence ecological attributes of ponderosa pine and Douglas-fir charcoal [J].ForestEcologyandManagement,2006,231(1):86-93.

[11] ZORNOZA R,MORENO-BARRIGA F,ACOSTA J A,etal.Stability,nutrient availability and hydrophobicity of biochars derived from manure,crop residues,and municipal solid waste for their use as soil amendments [J].Chemosphere,2016,144:122-130.

[12] ENDERS A,HANLEY K,WHITMAN T,etal.Characterization of biochars to evaluate recalcitrance and agronomic performance [J].BioresourceTechnology,2012,114(3):644-653.

[14] WANG X B,ZHOU W,LIANG G Q,etal.Characteristics of maize biochar with different pyrolysis temperatures and its effects on organic carbon,nitrogen and enzymatic activities after addition to fluvo-aquic soil [J].ScienceoftheTotalEnvironment,2015,538:137-144.

[15] KONGTHOD T,THANACHIT S,ANUSONTPORNPERM S,etal.Effects of biochars and other organic soil amendments on plant nutrient availability in an ustoxic quartzipsamment [J].Pedosphere,2015,25(5):790-798.

[16] SUN J A,WANG B CH,XU G,etal.Effects of wheat straw biochar on carbon mineralization and guidance for large-scale soil quality improvement in the coastal wetland [J].EcologicalEngineering,2014,62(1):43-47.

[17] IQBAL H,GARCIA-PEREZ M,FLURY M.Effect of biochar on leaching of organic carbon,nitrogen,and phosphorus from compost in bioretention systems [J].ScienceoftheTotalEnvironment,2015,521-522:37-45.

[18] ABUJABHAH I S,BOUND S A,DOYLE R,etal.Effects of biochar and compost amendments on soil physicochemical properties and the total community within a temperate agricultural soil [J].AppliedSoilEcology,2016,98:243-253.

[19] HAN F P,REN L L,ZHANG X CH.Effect of biochar on the soil nutrients about different grasslands in the Loess Plateau [J].Catena,2016,137:554-562.

[20] HERATH H M S K,CAMPS-ARBESTAIN M,HEDLEY M,etal.Fate of biochar in chemically- and physically-defined soil organic carbon pools [J].OrganicGeochemistry,2014,73(3):35-46.

[21] LU W W,DING W X,ZHANG J H,etal.Biochar suppressed the decomposition of organic carbon in a cultivated sandy loam soil:A negative priming effect [J].SoilBiologyandBiochemistry,2014,76(1):12-21.

[22] VENTURA M,ALBERTI G,VIGER M,etal.Biochar mineralization and priming effect on SOM decomposition in two European short rotation coppices [J].GlobalChangeBiologyBioenergy,2015,7(5):1150-1160.

[23] 兖少锋.雷竹叶生物炭制备及其对微囊藻毒素MCLR吸附作用[D].浙江：浙江大学,2014.

YAN SH F.Adsorption of microcystin-LR on the leaves-Phyllostachyspraecox-derived biochar and its preparation [D].Zhejiang:Zhejiang University,2014.

[24] KEILUWEIT M,NICO P S,JOHORSON M I,etal.Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon(Biochar) [J].EnvironmentalScienceandTechnology,2010,44(4):1247-1253.

[25] CHUN Y,SHENG G Y ,CARY T C,etal.Compositions and sorptive properties of crop residue-derived chars [J].EnvironmentalScienceandTechnology,2004,38(17):4649-4655.

[26] BRUUN E W,HAUGGAARD-NIELSEN H,IBRAHIM N,etal.Influence of fast pyrolysis temperature on biochar labile fraction and short-term carbon loss in a loamy soil [J].BiomassandBioenergy,2011,35(3):1182-1189.

[27] ZIMMERMANN M,BIRD M I,WURSTER C,etal.Rapid degradation of pyrogenic carbon [J].GlobalChangeBiology,2012,18(11):3306-3316.

[28] 曾 爱,廖允成,张俊丽,等.生物炭对塿土土壤含水量、有机碳及速效养分含量的影响[J].农业环境科学学报,2013,32(5):1009-1015.

ZENG A,LIAO Y CH,ZHANG J L,etal.Effects of biochar on soil moisture,organic carbon and available nutrient contents in manural loessial soils [J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2013,32(5) :1009-1015.

[29] EYKELBOSH A J,JOHNSON M S,COUTO E G.Biochar decreases dissolved organic carbon but not nitrate leaching in relation to vinasse application in a Brazilian sugarcane soil [J].JournalofEnvironmentalManagement,2015,149:9-16.

[30] 周桂玉,窦 森,刘世杰,等.生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和腐殖质组成的影响[J].农业环境科学学报,2011,30(10):2075-2080.

ZHOU G Y,DOU S,LIU SH J,etal.The structural characteristics of biochar and its effects on soil available nutrients and humus composition [J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2011,30(10):2075-2080.

[31] 韩 玮,申双和,谢祖彬,等.生物炭及秸秆对水稻土各密度组分有机碳及微生物的影响[J].生态学报,2016,36(18)：5838-5846.

HAN W,SHEN SH H,XIE Z B,etal.Effects of biochar and straw on both the organic carbon in different density fractions and the microbial biomass in paddy soil [J].ActaEcologicaSinica,2016,36(18)：5838-5846.

[32] 黄 超,刘丽君,章明奎,等.生物质炭对红壤性质和黑麦草生长的影响[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2011,37(4):439-445.

HUANG CH,LIU L J,ZHANG M K,etal.Effects of biochar on properties of red soil and ryegrass growth [J].JournalofZhejiangUniversity(Agriculture&LifeSciences),2011,37(4):439-445.

[33] 花 莉,张 成,马宏瑞,等.秸秆生物质炭土地利用的环境效益研究[J].生态环境学报,2010,19(10):2489-2492.

HUA L,ZHANG CH,MA H R,etal.Environmental benefits of biochar made by agricultural straw when applied to soil [J].EcologyandEnvironmentalSciences,2010,19(10):2489-2492.

[34] 尚 杰,耿增超,陈心想,等.施用生物炭对旱作农田土壤有机碳、氮及其组分的影响[J].农业环境科学学报,2015,34(3):509-517.

SHANG J,GENG Z CH,CHEN X X,etal.Effects of biochar on soil organic carbon and nitrogen and their fractions in a rainfed farmland [J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2015,34(3):509-517.

[35] DOMENE X,HANLEY K,ENDERS A,etal.Short-term mesofauna responses to soil additions of corn stover biochar and the role of microbial biomass [J].AppliedSoilEcology,2015,89:10-17.

[36] DEMPSTER D N,GLEESON D B,SOLAIMAN Z M,etal.Decreased soil microbial biomass and nitrogen mineralisation with eucalyptus biochar addition to a coarse textured soil [J].PlantandSoil,2012,354 (1/2):311-324.

[37] 李 明,李忠佩,刘 明,等.不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响[J].中国农业科学,2015,48(7):1361-1369.

LI M,LI ZH P,LIU M,etal.Effects of different straw biochar on nutrient and microbial community structure of a red paddy soil [J].ScientiaAgriculturaSinica,2015,48(7):1361-1369.

[38] SIGUA G C,NOVAK J M,WATTS D W,etal.Impact of switchgrass biochars with supplemental nitrogen on carbon-nitrogen mineralization in highly weathered Coastal Plain Ultisols [J].Chemosphere,2016,145:135-141.

[39] MUKHERJEE S,TAPPE W,WEIHERMUELLER L,etal.Dissipation of bentazone,pyrimethanil and boscalid in biochar and digestate based soil mixtures for biopurication systems [J].ScienceoftheTotalEnvironment,2016,544:192-202.

[40] AHMED H El-NAGGAR,ADEL R A USMAN,ABDULRASOUL Al-OMRAN,etal.Carbon mineralization and nutrient availability in calcareous sandy soils amended with woody waste biochar [J].Chemosphere,2015,138:67-73.

[41] WENG Z,ZWIETEN L V,SINGH B P,etal.Plant-biochar interactions drive the negative priming of soil organic carbon in an annual ryegrass field system [J].SoilBiologyandBiochemistry,2015,90:111-121.

[42] 管天玉.秸秆还田方式对土壤有机碳组分的影响[D].武汉：华中农业大学,2014.

GUAN T Y.Effect of straw manuring on soil organic carbon fractions [D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2014.

[43] AMELOOT N,SLEUTEL S,DAS K C,etal.Biochar amendment to soils with contrasting organic matter level:effects on N mineralization and biological soil properties [J].GlobalChangeBiologyBioenergy,2013,7(1):135-144.

[44] MAESTRINI B,HERRMANN A M,NANNIPIERI P,etal.Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil [J].SoilBiologyandBiochemistry,2014,69:291-301.

[45] MUHAMMAD N,DAI Z M,XIAO K C,etal.Changes in microbial community structure due to biochars generated from different feedstocks and their relationships with soil chemical properties [J].Geoderma,2014,226(1):270-278.

[46] 潘根兴,周 萍,李恋卿,等.固碳土壤学的核心科学问题与研究进展[J].土壤学报,2007,44(2):327-337.

PAN G X,ZHOU P,LI L Q,etal.Core issues and research progresses of soil science of C sequestration [J].ActaPedologicaSinica,2007,44(2):327-337 .

[47] GUENET B,NEILL C,BARDOUX G,etal.Is there a linear relationship between priming effect intensity and the amount of organic matter input? [J].AppliedSoilEcology,2010,46(3):436-442.

[48] SINGH B P,COWIE A L.Long-term influence of biochar on native organic carbon mineralization in a low carbon clayey soil [J].ScientificReports,2014,4(3):3687.

[49] FANG Y Y,SINGH B P,SINGH B.Temperature sensitivity of biochar and native carbon mineralisation in biochar-amended soils [J].Agriculture,EcosystemsandEnvironment,2014,191:158-167.

[50] FANG Y Y,SINGH B,SINGH B P.Effect of temperature on biochar priming effects and its stability in soils [J].SoilBiologyandBiochemistry,2015,80:136-145.

[51] LIANG B Q,LEHMANN J,SOHI S P,etal.Black carbon affects the cycling of non - black carbon in soil [J].OrganicGeochemistry,2010,41(2):206-213.

[52] PURAKAYASTHA T J,KUMARI S,PATHAK H.Characterisation,stability,and microbial effects of four biochars produced from crop residues [J].Geoderma,2015,239-240:293-303.

[53] AMELOOT N,NEVE S D,JEGAJEEVAGAN K,etal.Short-term CO2and N2O emissions and microbial properties of biochar amended sandy loam soils [J].SoilBiologyandBiochemistry,2013,57(3):401-410.

[54] ZHAO R,COLES N,WU J.Carbon mineralization following additions of fresh and aged biochar to an infertile soil [J].Catena,2015,125:183-189.

[55] LUO Y,DURENKAMP M,DE NOBILI M,etal.Short term soil priming effects and the mineralization of biochar following its incorporation to soils of different pH [J].SoilBiologyandBiochemistry,2011,43(11):2304-2314.

[56] JONES D L,MURPHY D V,KHALID M,etal.Short-term biochar-induced increase in soil CO2release is both biotically and abiotically mediated [J].SoilBiologyandBiochemistry,2011,43(8):1723-1731.

[57] BRUUN S,CLAUSON-KAAS S,BOBULSKA L,etal.Carbon dioxide emissions from biochar in soil:role of clay,microorganisms and carbonates [J].EuropeanJournalofSoilScience,2014,65:52-59.

[58] AMELOOT N,SLEUTEL S,CASE S D C,etal.C mineralization and microbial activity in four biochar field experiments several years after incorporation [J].SoilBiologyandBiochemistry,2014,78:195-203.

[59] NAISSE C,GIRARDIN C,DAVASSE B,etal.Effect of biochar addition on C mineralisation and soil organic matter priming in two subsoil horizons [J].JournalofSoilsandSediments,2015,15(4):825-832.

[60] KNOBLAUCH C,MAARIFAT A A,PFEIFFER E M,etal.Degradability of black carbon and its impact on trace gas fluxes and carbon turnover in paddy soils [J].SoilBiologyandBiochemistry,2011,43:1768-1778.

[61] 胡雲飞,李荣林,杨亦扬.生物炭对茶园土壤CO2和N2O排放量及微生物特性的影响[J].应用生态学报,2015,26(7):1954-1960.

HU Y F,LI R L,YANG Y Y.Effects of biochar on CO2and N2O emissions and microbial properties of tea garden soils [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2015,26(7):1954-1960.

[62] KERRE B,HERNANDEZ-SORIANO M C,SMOLDERS E.Partitioning of carbon sources among functional pools to investigate short-term priming effects of biochar in soil:A 13C study [J].ScienceoftheTotalEnvironment,2016,547:30-38.

[63] LU W W,ZHANG H L.Response of biochar induced carbon mineralization priming effects to additional nitrogen in a sandy loam soil [J].AppliedSoilEcology,2015,96:165-171.

[64] METTING F B,SMITH J L,AMTHOR J S,etal.Science needs and new technology for increasing soil carbon sequestration [J].ClimateChange,2001,5(1):11-34.

[65] 高鹏飞,陈文颖,何建坤.中国的二氧化碳边际减排成本[J].清华大学学报(自然科学版),2004,44(9):1192-1195.

GAO P F,CHEN W Y,HE J K.Marginal carbon abatement cost in China [J].JournalofTsinghuaUniversity(ScienceandTechnology),2004,44(9):1192-1195.

[66] SMITH P,MARTINO D,CAI Z,etal.Policy and technological constraints to implementation of greenhouse gas mitigation options in agriculture [J].Agriculture,Ecosystem&Environment,2007,118(4):6-28.

[67] LEHMANN J.A handful of carbon [J].Nature,2007,447(10):143-144.

[68] 孙振钧,孙永明.我国农业废弃物资源化与农村生物质能源利用的现状与发展[J].中国农业科技导报,2006,8(1):6-13.

SUN ZH J,SUN Y M.Situation and development of agricultural residues as energy resource utilization in rural areas in China [J].ReviewofChinaAgriculturalScienceandTechnology,2006,8(1):6-13.

[69] 李飞跃,梁 媛,汪建飞,等.生物炭固碳减排作用的研究进展[J].核农学报,2013,27(5):681-686.

LI F Y,LIANG Y,WANG J F,etal.Biochar to sequester carbon and mitigate greenhouses emission:a review [J].JournalofNuclearAgriculturalSciences,2013,27(5):681-686.