稻田施用秸稈生物質炭對土壤碳固持和氮肥利用率的長期影響取得進展
生物質炭是有機材料在少氧或無氧條件下裂解產生的一類含碳量高、疏松多孔的物質。已有的研究表明，生物質炭在農田上的施用具有增加土壤碳固持、減少溫室氣體排放、提高土壤肥力和增加作物產量的效果。土壤碳氮循環是重要的元素循環過程，對作物養分高效利用及農業面源污染和溫室氣體排放均有重要影響。然而，以往的研究往往基于兩年內的短期試驗來驗證生物質炭農田施用后對土壤碳氮循環過程的影響，對于生物質炭農田施用后特別是一次性施用后的較長期效果還缺乏研究。
中國科學院亞熱帶農業生態研究所土壤生態與環境課題組基于6年的稻田田間定位試驗，系統比較了秸稈還田和秸稈源生物質炭一次性施用對土壤總有機碳（TOC）累積和氮肥利用率的影響。試驗中秸稈還田量設置為每季3tha-1（半量秸稈還田）和6tha-1（全量秸稈還田），秸稈生物質炭用量設置為一次性施用24tha-1（低量生物質炭還田）和48tha-1（高量生物質炭還田），其中全量秸稈還田處理與低量生物質炭處理的秸稈投入量在6年的試驗中相當。研究結果表明秸稈和生物質炭施用都顯著增加了土壤總有機碳累積，其中在6年的周期中，當生物質炭與秸稈處理的秸稈投入量相同時，生物質炭處理的土壤碳累積量是秸稈處理的2.6倍。除了直接向農田輸入碳外，生物質炭處理也較對照處理顯著增加了土壤原有有機碳的積累，低量生物質炭施用下TOC年增加量是對照處理的2倍。
研究發現，早稻季水稻籽粒產量在秸稈還田的前三年出現降低，而秸稈還田的后三年晚稻季水稻籽粒產量較對照顯著增加。生物質炭由于自身額外養分輸入，僅在施用當季顯著增加水稻產量，其他年份水稻產量增加不顯著。秸稈還田下，秸稈還田處理與對照處理籽粒和秸稈含氮量比值及氮肥利用率的比值均隨土壤有機碳的增加而增加，半量和全量秸稈還田在4-6年后分別提高了晚稻季氮肥利用率達22.3%和39.8%，表現出明顯的碳氮協同效果；施用生物質炭下，未表現出這種碳氮協同效果。
本研究表明秸稈生物質炭施用較秸稈還田有著更高的固碳潛力，有利于增加稻田土壤固碳能力；而秸稈還田有利用更好的發揮碳氮協同效果，起到“以碳促氮”的效果，有利于減少化肥用量并提高氮肥利用率。
這項研究受到國家重點研發(2018YFC0213302)，國家自然科學基金(41771336, 41471267)，中國科學院青年創新促進會會員項目(2017418)的資助。論文以Contrasting effects of straw and straw-derived biochar applications on soil carbon accumulation and nitrogen use efficiency in double-rice cropping systems為題發表在Agriculture, Ecosystems and Environment上。
全量秸稈還田及低量生物質炭施用下6年中土壤碳固持、水稻產量及氮肥利用率變化
秸稈還田及秸稈源生物質炭施用下6年中土壤總有機碳含量變化
秸稈還田（a）及秸稈源生物質炭（b）施用下氮肥利用率比值隨土壤總有機碳含量的變化
