稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH4和CO2累积排放量的影响

廖添怀，李欢，王艳玲

（南京信息工程大学应用气象学院，南京 210044）

生物炭（Biochar）因具有丰富的表面官能团、发达的孔隙结构和巨大的比表面积等特性，而被广泛用于土壤改良、污染物降解、土壤固碳减排等领域。有研究发现，添加生物炭可以显著降低土壤微生物活性、抑制土壤有机碳周转、增加土壤有机碳储量。制备过程中的热解温度越高，生物炭的比表面积与稳定性就越高，表面含氧官能团数量就越少，并且生物炭的pH值也将随着热解温度升高而升高。有研究发现，200～400℃的热解温度下秸秆中纤维素、半纤维素及木质素发生热分解，而在500℃的热解温度下秸秆进入碳化过程，秸秆炭的芳香度与稳定性提高。不同热解温度制备的生物炭理化性质的改变将显著影响其环境功能的表达，其施用到土壤后，将对土壤有机碳库的组成、稳定性及土壤性质产生不同的影响。

土壤有机碳库是地球系统碳循环中重要的有机碳库，有效调控土壤有机碳库中颗粒态有机碳（POC）与矿物结合态有机碳（MOC）的形成与损失将有利于土壤固碳及缓解温室效应。POC是土壤有机碳库中较为活跃的组分，是评价土壤有机碳库动态变化的重要指标。其中，游离态颗粒有机碳存在于微团聚体外，主要来源于动植物残体，在土壤中容易被分解；而闭蓄态颗粒有机碳则封存于微团聚体内部，受微团聚体的物理保护且稳定性相对较高。POC因其理化性质及其在土壤中空间位置的不同而具有不同的有机碳储存与保护能力，是土壤有机碳库中较易调控的有机碳组分。MOC是通过化学键合作用与土壤矿物紧密结合、不易被分解、稳定性高的有机碳组分，根据其在团聚体的内外空间位置，可将其分为游离态和闭蓄态矿物结合态有机碳。有研究发现生物炭还田能显著提高稻田土壤中POC含量，且提升效果显著优于投入等量碳或等量氮、磷、钾养分，但对MOC的影响仍不明确。稻田是重要的CH和CO人为排放源，有研究证实施用稻秆生物炭可以显著抑制稻田CH的排放，但对CO的累积排放量则无显著影响；也有研究发现稻秆生物炭添加后的稻田CO累积排放量显著提高了20.7%，而CH的累积排放量却无显著变化。可见，稻秆生物炭还田虽然可以有效干预稻田CH及CO的排放，但结果仍存在争议。因此，稻秆生物炭还田对稻田土壤有机碳库组成及CH、CO等温室气体排放的影响过程与机制仍需深入探讨。

此外，土壤酸碱性（pH）与氧化还原电位（Eh）也是影响稻秆生物炭发挥固碳减排功效的重要因子。土壤呈中性（pH=6.5～7.5）、Eh较低（低于-150 mV）且含有充足的可溶性有机碳（DOC）是稻田CH排放的必要条件，而稳定性低的土壤有机碳含量的增加对CO排放也具有促进作用。有研究证实生物炭的投入显著改变了土壤的pH和Eh值，进而影响土壤的碳库组成及温室气体排放。不同热解温度制备的生物炭pH差异明显，其DOC含量变化也较大。可见，生物炭的热解温度也是决定其对土壤有机碳库组成及CH和CO排放影响的重要因子。因此，本文以江西典型的稻田红壤为研究对象，通过120 d的培养实验，分析了等碳量添加稻秆及300、400、500℃下热解制备的稻秆生物炭0、30 d与120 d后，稻田红壤中DOC、POC、MOC含量及CH和CO累积排放量的动态变化及差异，探讨了稻田红壤中各有机碳组分含量与CH、CO累积排放量间的相关关系。研究结果可以为稻秆生物炭的还田利用、稻田红壤有机碳库管理及温室气体减排提供科学依据与数据参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备

供试稻田红壤样品采自江西省鹰潭市余江县刘家站垦殖三分场的孙家小流域（28°13.7'～28°14.1'N，116°54.2'～116°54.5'E）。稻田是该小流域内主要利用方式之一，且以种植双季稻为主，早稻生育期一般为4月上旬至7月中旬，晚稻生育期一般为7月中旬至11月中旬，冬季闲田。经调查，当地农民集中在4—7月水稻生长季进行施肥管理，主要施用复合肥（N、PO、KO的比例为15∶15∶15），施肥量为1.5 t·hm，后根据作物生长发育需求追施尿素（含氮量46%）0.5 t·hm和钾肥（含KO量60%）0.075 t·hm。成土母质主要为第四纪红黏土。在该小流域内选择一处地势平坦的水稻田块，按“S”形采集水耕表层（0～20 cm）10～15个样点的土壤样品，混合均匀后，带回室内风干，挑出肉眼可见的石砾及动植物残体后，磨细过2 mm筛，保存备用。供试土壤的总碳（TC）含量为10.8 g·kg，总氮（TN）含量为1.4 g·kg，碳氮比（C/N）为7.7，pH为5.19，Eh为104 mV。

1.2 培养实验设计

称取4份过2 mm筛的风干土壤样品100.0 g置于650 mL圆柱形培养瓶底部，以土样质量的1%为碳投入量，分别加入等碳量的过60目筛的烘干稻秆（RS）及300、400、500℃下 制 备 的 生 物 炭（RSB300、RSB400、RSB500），与土壤样品混合均匀后，采用称质量的方法将土壤含水量调至田间最大持水量的60%，塞紧塞子后放于（25±1）℃恒温培养箱中预培养3 d，用喷壶向培养瓶中加入100 mL去离子水使土壤完全淹水，继续密封培养。实验同时设置对照处理（CK），每个处理重复9次。分别在培养的第1、3、5、7、14、21、28、……（此后每隔7 d直至第120天）天上午9：00—10：00间取出培养箱中用于第120天采样的培养瓶，打开瓶塞气孔后立刻接入LGR（UGGA，美国）通气管，测定培养瓶内的CO和CH浓度，测定结束后打开瓶塞，让培养瓶在空气中平衡20 min后塞紧瓶塞并关闭瓶塞气孔，放入培养箱中继续培养。在培养的第0、30天与120天时采集培养瓶内上覆水测定DOC的含量，同时采集土壤样品进行土壤pH、Eh、总有机碳（TOC）及各有机碳组分的测定。培养实验所用的稻秆生物炭购买于立泽环保科技有限公司，原料为产自镇江的籼稻秸秆。原料粉碎后投入炭化炉，分别缓慢升温至300、400℃和500℃，在少氧条件下裂解炭化2 h，经冷却器冷却至25℃后即分别得到RSB300、RSB400和RSB500。

1.3 土壤有机碳分组[31-33]

土壤有机碳分组流程图见图1，具体操作步骤为：称取20.00 g过2 mm筛的风干土壤样品放入接有收集底盘的0.25 mm筛的筛面上，加入去离子水，以水淹过顶层筛面土壤样品1 cm为标准，浸润10 min后，加入30颗直径为4 mm的玻璃球，180 r·min密封振荡5 min后，用去离子水冲洗筛子中的土壤样品至水流澄清，再将筛面上的土壤样品用去离子水冲洗到已知质量的铝盒中，放入60℃烘箱中烘干至恒质量后称质量，即得到0.25～2 mm游离态粗颗粒有机碳（fcPOC）。将过0.25 mm筛的土壤样品冲洗过0.053 mm筛至水流清澈且不含细土颗粒，分别将留在筛上的土壤颗粒和过筛部分转移至铝盒后烘干称质量，得到0.25～0.053 mm微团聚体有机碳（MIOC）及＜0.053 mm游离态矿物结合态有机碳（fMOC）。再称取5.00 g MIOC加入50 mL离心管中，加入30 mL相对密度为1.80 g·cm碘化钠（NaI）溶液，在平行式往复振荡机上180 r·min振荡30 min后，静置20 min并3 500 r·min离心30 min，将离心管中上层液体过0.45µm滤膜，并用去离子水反复冲洗滤纸直至无NaI残留，将留在滤纸上轻组组分（LF）置于60℃烘箱内烘48 h至恒质量，即得到游离态细颗粒有机碳（ffPOC）；再将残留在离心管中的重组组分（HF）用去离子水清洗2～3次后，加入20颗直径为4 mm的玻璃珠和30 mL 5.0 g·L六偏磷酸钠溶液，放在平行式往复振荡器上240 r·min振荡18 h后，用细水流冲洗样品过0.053 mm筛至水流清澈且不含细土颗粒，将留在筛上的土壤颗粒和过筛部分烘干，分别得到微团聚体内部的闭蓄态颗粒态有机碳（oPOC）和微团聚体内部的闭蓄态矿物结合态有机碳（oMOC）。

图1 土壤有机碳分组流程图Figure 1 Flow chart of soil organic carbon fractionation procedure

1.4 土壤基本理化性质测定

土壤pH、Eh采用电位法测定，即用1.0 mol·LKCl溶液进行浸泡，液土比为2.5∶1；稻秆生物炭pH采用电位法测定，用去离子水进行浸泡，液炭比为25∶1；上覆水中的DOC含量采用TOC分析仪（TOC-L CPH CN 200，日本岛津）测定；土壤总碳、各组分土壤有机碳、稻秆生物炭总碳（TC）、总氮（TN）使用碳氮元素分析仪（Vario EL cube，Elementar，德国）测定。

1.5 结果计算

(1)某一组分有机碳所占比例=组分有机碳含量（g·kg）×该组分有机碳的质量百分比（%）/各组分有机碳量的加和（g·kg）×100%

（2）土壤CO和CH排放量的计算公式为：

式中：为CO或CH的排放量，以CO和CH中C的质量表示，mg·kg；为LGR测得培养瓶内CO或CH的浓度，mmol·L；为测定环境中空气中CO或CH的浓度，mmol·L；为培养瓶中空气体积，采用称纯水质量的方法测得培养瓶中除培养土和上覆水外空气体积为480.0 mL；为C的摩尔质量，12 g·mol；为风干土质量或风干土与添加物的总质量，g；为气体的标准摩尔体积，22.4 L·mol。

（3）土壤CO和CH累积排放量计算公式为：

式中：为测量次数，=1、3、5、7、14、21、28、……、120；CM为前次测量所得CO和CH累积排放量，mg·kg；F为第次测量所得CO和CH排放量，mg·kg。

1.6 数据处理

使用Excel 2019软件对数据进行整理与计算；利用SPSS 19.0软件分析各土壤有机碳含量与占比和CH、CO累积排放量的处理间差异（LSD，＜0.05），并对各土壤有机碳含量与CH、CO累积排放量进行Pearson相关分析；采用Origin 2021软件绘图；以各处理中CH、CO累积排放量为响应变量，以各组分土壤有机碳含量与pH和Eh为解释变量进行冗余分析，采用R软件中vegan程序包完成分析制图。

2 结果与分析

2.1 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤DOC及TOC的影响

稻秆及稻秆生物炭的总碳、总氮、C/N、pH及过0.053 mm筛的组分质量占比见表1。与CK相比，RS处理可以显著增加稻田红壤上覆水中DOC含量，且随培养时间增加呈现先显著增加后显著降低趋势（＜0.05）；RSB各处理培养0 d时稻田红壤上覆水中DOC含 量 提 高 了54.5%～84.7%，30 d时 降 低 了37.5%～47.2%，而120 d时则增加了31.4%～86.2%，其中，仅在培养120 d时RSB300处理的上覆水中DOC含量显著高于RSB400与RSB500处理（＜0.05，图2）。随着培养时间增加，RS处理的DOC含量变化幅度较大，而RSB各处理的DOC含量变化幅度较小，仅RSB300处 理在120 d时的DOC含量较0 d与30 d时的DOC含量显著提高（＜0.05，图2）。

图2 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤上覆水中可溶性有机碳含量的影响Figure 2 Influences of rice straw and rice straw biochar addition on the dissolved organic carbon content in the overlying water of reddish paddy soil

表1 稻秆及稻秆生物炭的总碳、总氮、C/N、pH及过0.053 mm筛的组分质量占比Table 1 The total carbon，total nitrogen，C/N，pH and the proportion of mass passing through 0.053 mm sieve of rice straw and rice straw biochar

与CK处理相比，RS与RSB各处理可以显著提高稻田红壤TOC含量；但随着培养时间增加，RS处理中TOC含量显著降低（＜0.05），而其他处理则无显著变化（表2）。由表2可以看出，本研究分组后的各组分有机碳的加和总有机碳量（ΣTOC）与未分组前土壤实测TOC的比值（即ΣTOC/TOC）为96.5%～102.1%，表明分组后的有机碳回收率高，ΣTOC也可用来表征供试土壤的总有机碳变化。

表2 稻秆与稻秆生物炭添加对稻田红壤总有机碳的影响Table 2 Effects of rice straw and rice straw biochar additions on the total organic carbon of reddish paddy soil

2.2 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分的影响

2.2.1 颗粒态有机碳（POC）

与CK相比，培养0 d与30 d时，RS与RSB各处理的稻田红壤中游离态粗颗粒有机碳（fcPOC）含量分别提高了30.9%～42.6%和38.9%～51.8%，而fcPOC/ΣTOC却分别降低了21.2%～28.3%和17.0%～23.4%；培养120 d时仅RS处理的fcPOC含量显著提高，RSB各处理的fcPOC/ΣTOC均显著降低（＜0.05，图3）。随着培养时间增加，各处理的fcPOC含量均显著降低，且除RS处理外其他处理的fcPOC/ΣTOC也显著降低（＜0.05，图3）。

图3 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤中游离态粗颗粒有机碳的影响Figure 3 Influences of rice straw and rice straw biochar addition on the free coarse particulate organic carbon（fcPOC）in reddish paddy soil

与CK处理相比，RS与RSB各处理的稻田红壤中游离态细颗粒有机碳（ffPOC）含量与ffPOC/ΣTOC均显著增加，且在培养0 d与30 d时RS处理下稻田红壤中ffPOC/ΣTOC提高幅度更大，而培养120 d时RSB各处理下稻田红壤的ffPOC/ΣTOC提高幅度更大（＜0.05，图4）。随着培养时间的增加，RSB各处理的稻田红壤中ffPOC含量显著降低（＜0.05），所有处理的稻田红壤中ffPOC/ΣTOC均显著降低（＜0.05，图4）。

图4 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤游离态细颗粒有机碳的影响Figure 4 Influences of rice straw and rice straw biochar addition on the free fine particulate organic carbon（ffPOC）in reddish paddy soil

与CK处理相比，RS与RSB各处理的稻田红壤中闭蓄态颗粒有机碳（oPOC）含量分别增加了80.6%～93.7%与76.4%～137.0%，但RS与RSB各处理间无显著差异（＞0.05）；在培养0 d与30 d时，RS与RSB各处理的稻田红壤中oPOC/ΣTOC无显著变化，而培养120 d时RS处 理 的 稻 田 红 壤 中oPOC/ΣTOC增 加 了28.64%（＜0.05，图5）。随着培养时间增加，所有处理的稻田红壤中oPOC含量及oPOC/ΣTOC均显著增加（＜0.05，图5）。

图5 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤闭蓄态颗粒有机碳的影响Figure 5 Influences of rice straw and rice straw biochar addition on the occluded particulate organic carbon（oPOC）in reddish paddy soil

2.2.2 矿物结合态有机碳（MOC）

与CK处理相比，RS与RSB各处理的稻田红壤中游离态矿物结合态有机碳（fMOC）含量分别增加了20.0%～31.1%和66.3%～95.6%，但RSB各处理间无显著差异（＜0.05）；在培养0 d和30 d时RS处理的稻田红壤中fMOC/ΣTOC显著降低，而在整个培养期中RSB各处理的稻田红壤中fMOC/ΣTOC均无显著变化（＞0.05，图6）。随着培养时间增加，RSB各处理的稻田红壤中fMOC含量减少了9.1%～10.1%；除RSB300处理外，各处理的稻田红壤中fMOC/ΣTOC在培养0～120 d期间均显著增加（＜0.05，图6）。

图6 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤游离态矿物结合态有机碳的影响Figure 6 Influences of rice straw and rice straw biochar addition on the free mineral-associated organic carbon（fMOC）in reddish paddy soil

与CK处理相比，仅在培养120 d时RS与RSB各处理的稻田红壤中闭蓄态矿物结合态有机碳（oMOC）含量显著提高（＜0.05）；RSB各处理的稻田红壤中oMOC/ΣTOC降低了38.6%～51.5%，而RS处理的稻田红壤中oMOC/ΣTOC仅在培养0 d与30 d时显著降低（＜0.05，图7）。随着培养时间增加，RS与RSB各处理的稻田红壤中oMOC含量分别增加了20.0%和9.5%～16.9%（＜0.05）；培养0～30 d期间RS处理的稻田红壤中oMOC/ΣTOC增加了13.7%，而培养30～120 d期间CK与RSB各处理的稻田红壤中oMOC/ΣTOC分别减少了31.9%和18.1%～20.0%（＜0.05，图7）。

图7 稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤闭蓄态矿物结合态有机碳的影响Figure 7 Influences of rice straw and rice straw biochar addition on the occluded mineral-associated organic carbon（oMOC）in reddish paddy soil

2.3 稻秆生物炭添加对稻田红壤CH4与CO2累积排放量的影响

稻秆添加可以显著且持续增加稻田红壤中CH与CO的累积排放量，与CK处理相比，培养30 d时，RS处理的稻田红壤CH与CO累积排放量增加了3 459.4倍和5.8倍，而120 d时的累积排放量比30 d时增加了109.0%与36.3%（＜0.05，表3）。与CK处理相比，培养30 d时，RSB各处理的稻田红壤CO累积排放量降低了28.5%～33.7%，但RSB300和RSB400处理的CH累积排放量分别提高了188.5%和32.7%（＜0.05，表3）；培养至120 d时稻田红壤中CO的累积排放量降低了16.3%～16.6%，而RSB300与RSB400处理的CH的累积排放量分别提高了218.0%和84.7%（＜0.05，表3）。由表3可以看出，RS与RSB处理的稻田红壤中CH与CO的排放主要集中在0～30 d。

表3 稻秆及稻秆生物炭添加后稻田红壤CH4与CO2累积排放量的变化Table 3 Changes of the cumulative emissions of CH4 and CO2 in reddish paddy soil after the additions of rice straw and rice straw biochar

2.4 稻田红壤CH4与CO2累积排放量的影响因子分析

相关分析表明（表4），稻秆及其生物炭添加后稻田红壤CH与CO累积排放量间呈极显著正相关关系（＜0.01）。培养30 d时，稻田红壤CH和CO的累积排放量只与DOC和ffPOC含量呈极显著正相关关系（＜0.01）；培养120 d时，稻田红壤CH和CO的累积排放量与fcPOC含量呈极显著正相关关系（＜0.01），CO的累积排放量与ffPOC含量呈显著负相关关系（＜0.05）。在整个培养期内，稻田红壤TOC与ffPOC、oPOC、fMOC间均呈显著正相关关系，而oPOC含量与ffPOC、fMOC也呈显著正相关关系（＜0.05）。

表4 稻田红壤各组分有机碳含量与CH4和CO2累积排放量间的相关系数Table 4 Correlation coefficients between various organic carbon contents and the accumulative emission amounts of CH4 and CO2 in reddish paddy soil

冗余分析第一和第二排序轴解释了总变量的85.90%（图8）。结果显示，稻秆及稻秆生物炭添加后稻田上覆水中的DOC含量是促进稻田红壤CH和CO排放的主要控制因素（＜0.001），而fcPOC则是抑制稻田红壤CO排放的主要控制因素（＜0.01）。

图8 稻田红壤CH4和CO2累积排放量影响因子的冗余分析Figure 8 Redundancy analysis of influencing factors of CH4 and CO2cumulative emissions in reddish paddy soil

3 讨论

土壤TOC含量是各有机碳组分动态平衡的结果，土壤TOC含量越高，越有利于土壤生产力的提升与温室效应缓解。与RS处理相比，RSB各处理对稻田红壤TOC的增加效果显著（表2）。这主要是因为生物炭在碳化过程中将稻秆中不稳定的脂肪族化合物转化为较稳定的芳香碳，热解温度越高生物炭中稳定性有机碳的比例也越高，在土壤中越不易被分解；而具有多孔结构的生物炭可以吸附土壤有机碳并形成稳定的复合体，进而增加土壤有机碳的固存[37]。

RSB各处理可以显著增加稻田红壤中POC的含量与存在比例（图3～图5），这与胡坤等与DAI等的研究结果一致，即生物炭添加可显著增加土壤中POC含量，有效防止土壤酸化、提高土壤肥力。本研究中，RSB各处理的稻田红壤中fcPOC含量及其占比均随着培养时间的增加而显著降低（图3），这与张艺等的研究结果相同，其推测稻秆生物炭颗粒与fcPOC官能团间的吸附作用可以在短期内显著提高fcPOC的含量，但随着培养时间增加，fcPOC分解，与之吸附的生物炭颗粒进入其他组分，导致fcPOC含量与fcPOC/ΣTOC显著降低（图3）。丛萍研究发现，细小秸秆的添加显著提高了土壤真菌含量，而真菌能够促进土壤团聚作用，这种团聚保护作用减缓了fcPOC分解，加上稻秆这种新鲜有机质的胶结作用提高了fcPOC数量，因此稻田红壤中fcPOC含量显著增加（图3）。ffPOC与fcPOC的区别在于颗粒大小，且本研究中，添加的稻秆与稻秆生物炭均过60目筛使得RSB各处理和RS处理的ffPOC含量与ffPOC/ΣTOC均显著高于CK处理（图4）。oPOC存在于微团聚体内部，被微团聚体保护不易受微生物分解，是稳定性相对较高的POC，这是本研究中oPOC/ΣTOC随培养时间增加而升高的基础；另外，根据团聚体等级模型，细小稻秆及其生物炭可以被土壤颗粒通过吸附、配位和阴阳离子交换作用与土壤矿物胶结形成新的团聚体，进而导致稻田红壤中oPOC含量及oPOC/ΣTOC的增加（图5）。在培养0～120 d，稻田红壤中oPOC含量与TOC含量均呈极显著正相关关系（表4），王朔林等也发现外源有机质投入将显著增加oPOC含量，且oPOC含量与TOC含量具有极显著正相关关系。

稻秆及稻秆生物炭加入土壤后，其中小于0.053 mm的有机碳颗粒在有机碳分组中通常被认为是fMOC，因而RSB各处理的稻田红壤中fMOC含量显著增加（图6）；封存于微团聚体内部的oMOC含量在培养0～30 d并无显著变化，在培养120 d时与其他有机碳组分才具有显著相关关系（表4），这印证了oMOC是稻田红壤中周转最慢的有机碳组分，与刘中良等的观点相同。外源有机碳的输入能促进微团聚体的形成，该过程中fMOC组分中部分有机碳与微团聚体结合形成oMOC，进而在一定程度上提高了oMOC含量并降低了fMOC含量。而高梦雨等发现生物炭添加对土壤oMOC含量影响较小，这可能与生物炭施用前的造粒有关，造粒过程中微小粒径生物炭的减少可能是影响oMOC含量变化的关键。总体来看，稻秆及稻秆生物炭添加后稻田红壤中POC的变化幅度大于MOC（图3～图7），而有机碳大部分储存在MOC中，因而MOC在土壤中是具有主要碳储存功能的有机碳组分，这与王玲莉等的研究结果一致。

添加稻秆与稻秆生物炭后，稻田红壤CH和CO的排放主要集中在培养0～30 d（表3），这与李有兵等的研究结果一致。土壤CH和CO的排放主要受到土壤有机碳活性和微生物群落丰度的影响，土壤有机碳含量越高，有机碳活性就越高，有机碳稳定性则会下降，更易被微生物分解。稻秆添加可以显著提高稻田红壤中新鲜有机碳含量，稻秆有机碳的迅速分解及其激发作用又显著促进了CH和CO的排放。生物炭的物理结构和化学组成是其对土壤有机碳矿化产生影响的根本原因。生物炭的孔隙度随制备温度的升高而显著增大，其多孔结构对有机碳进行吸附从而抑制了微生物的降解作用；生物炭添加能够促进土壤中稳定态有机无机复合体的形成，封存部分有机碳从而减少矿化；此外，生物炭自身含有的二噁英、呋喃和多环芳烃等有机物污染物可能对微生物产生毒害，进而抑制了有机碳矿化。因此，相对于添加稻秆，添加稻秆生物炭显著抑制了稻田红壤CH和CO的排放（表3）。此外，充足的DOC含量也是影响稻田CH排放的关键因素。本研究发现，稻田红壤中CH和CO累积排放量与DOC、ffPOC和fcPOC含量显著相关（表4），且DOC是促进稻田红壤CH和CO排放的主要控制因素（图8），说明CH和CO的排放主要与活性有机碳有关，这与张黛静等和王瑞的研究结果一致。另外，稻秆生物炭呈碱性，添加后可在一定程度上中和稻田红壤的酸度，增加产甲烷微生物的丰度，从而促进稻田红壤的CH排放，但生物炭中的有机污染物也可能抑制产甲烷微生物的活性；同时，低温热解的稻秆生物炭比高温热解的稻秆生物炭对稻田红壤DOC的增加作用更显著（图2），这为产甲烷微生物提供了更充足的碳源，进而显著促进了稻田红壤的CH排放（表3）。冗余分析显示fcPOC是抑制稻田红壤CO排放的主要控制因素（＜0.01，图8），这与WASEEM等发现土壤活性有机碳能提高土壤CO排放的结果不同，可能是因为fcPOC与稻秆生物炭颗粒在互相吸附过程中提高了自身的稳定性，使得fcPOC与传统认知土壤活性有机碳性质有所不同。

4 结论

（1）稻秆生物炭添加可以显著增加稻田红壤有机碳总量及各有机碳组分含量，且随着添加时间的延长，稻田红壤中游离态粗颗粒有机碳与游离态矿物结合态有机碳含量显著降低，而闭蓄态的颗粒有机碳与矿物结合态有机碳含量均显著增加。

（2）稻秆生物炭添加可以显著抑制稻田红壤中CH和CO排放，且以500℃热解制备的稻秆生物炭添加效果最好。

（3）相关分析表明，游离态颗粒有机碳与可溶性有机碳是影响稻田红壤中CH与CO排放的主导因素。