秸秆与生物炭对土壤有机碳稳定性的交互影响及细菌群落动态机制研究

本研究针对秸秆直接还田与生物炭施用对土壤有机碳（SOC）稳定化的差异化机制展开探索。通过180天实验室培养实验，团队发现生物炭处理显著降低SOC矿化，与秸秆共施时碳损失减少达49%（碱化盐土）和25%（雏形土）。生物炭通过抗微生物降解、吸附铵态氮及降低溶解性有机碳有效性实现双重作用机制，而秸秆则通过促进微生物残留碳积累（增幅约20%）增强生物稳定性。该研究为土壤碳固存和CO2减排提供了重要理论依据。

　　

秸秆与生物炭等有机改良剂虽被广泛用于提升土壤肥力，但其对土壤有机碳（SOC）稳定化的作用机制尚不明确。通过为期180天的实验室培养实验，研究人员量化并比较了两种秸秆改良策略——直接秸秆还田与秸秆衍生生物炭施用——对不同土壤类型中SOC稳定化的影响，重点揭示了其化学与微生物机制。研究发现，经生物炭处理的土壤表现出显著低于秸秆处理组的SOC矿化率。此外，生物炭-秸秆联合施用比单独施用秸秆更能有效抑制碳损失，在碱化盐土中减少49%，在雏形土中减少约25%。这种抑制效应归因于生物炭固有的抗微生物降解特性、对铵态氮的强吸附能力以及溶解性有机碳（DOC）有效性的降低。这些效应凸显了生物炭作为生物惰性碳库和土壤养分动态主动调节者的双重角色。值得注意的是，生物炭施用通过提升芳香碳与脂肪碳的比值（定量为1630 cm?1与2920 cm?1的相对吸光度比rA₁₆₃₀/rA₂₉₂₀）促进SOC稳定化，表明芳香碳积累增强的同时抑制了细菌活性与脂肪碳形成。相反，直接秸秆还田刺激了微生物生长，增加了微生物残留碳（MRC）的积累、其对SOC的贡献率（约13%）以及真菌与细菌残留碳的比例，提示通过微生物残留形成实现独特的SOC稳定化途径。秸秆改良使微生物残留碳积累较对照组和生物炭处理组显著提升约20%，而生物炭处理组的MRC水平与对照组相近。特别值得注意的是，在秸秆改良下，雏形土的微生物残留碳对SOC贡献率是碱化盐土的1.5倍。这些发现揭示了根本不同的SOC稳定化机制：生物炭通过芳香碳富集增强化学稳定化，而秸秆通过微生物残留积累促进生物稳定化。此外，生物炭缓解养分诱导的SOC失稳能力，突显了其在减少土壤CO₂排放和推动可持续土壤碳管理方面的潜力。