生物炭在气候变化下对植物竞争关系的调控作用及其对土壤碳储存的影响机制

为探究气候变化背景下生物炭对植物竞争关系的影响机制，研究人员通过控制实验研究了两种禾草物种在增温与生物炭添加条件下的竞争动态。研究发现增温显著加剧种间竞争，而生物炭能有效缓解增温压力，恢复物种竞争平衡。该成果为气候变暖情境下生物炭调控植物群落结构和土壤碳储存提供了新见解，发表于《Soil Advances》。

　　

随着大气CO₂浓度升高导致全球温度预计上升2-4°C，植物群落结构和土壤碳储存面临严峻挑战。生物炭（Biochar）作为土壤改良剂虽能直接增加碳储存，但其对植物竞争的调控作用在未来气候条件下的变化尚不明确。这一科学空白使得预测生物炭在气候缓解策略中的长期效果存在重大不确定性，亟需实验验证。

为解答这一问题，研究人员设计了一项多因子控制实验，以两种多年生禾草——无芒雀麦（Bromus inermis）和黑麦草（Lolium perenne）为研究对象，通过完全随机设计探究生物炭与增温对种内和种间竞争的影响。实验采用1:1混合的草原土壤与商业沙作为基质，添加2%咖啡渣生物炭（400°C热解制备），并利用加热垫模拟3.25-3.38°C的增温条件（符合IPCC SSP2 2100年预测）。通过测定相对单株产量（RYP）、生物量分配和根系比例等指标，揭示了生物炭在气候变化情境下的独特作用。

3.1 温度与生物炭对种间竞争的影响
增温使两种物种的RYP值显著降低56%（p<0.0001），表明种间竞争压力加剧。但生物炭的添加完全抵消了这种效应，使RYP恢复至与常温无差异水平（p>0.05）。值得注意的是，生物炭在常温下会抑制两种植物生长（降低生物量26-53%），但在增温条件下这种负面效应消失，显示其作用具有气候依赖性。

3.2 单种栽培条件下的响应
在单种栽培中，生物炭与增温对黑麦草的抑制效应产生协同作用，导致生物量降低60%（p=0.014）。而无芒雀麦仅受生物炭显著抑制（p=0.0008），说明物种对处理的敏感性存在差异。

根系分配机制
增温显著降低两种植物的根冠比（p<0.001），而生物炭仅在常温下增加根系分配。这种交互作用暗示生物炭可能通过调节资源竞争（如水分或氮素有效性）来缓解增温压力，但具体机制需进一步验证。

该研究首次揭示生物炭对植物竞争的调控作用具有气候情境依赖性：在当前气候下可能抑制植物生长，但在未来增温条件下能有效维持物种共存。这一发现对气候缓解策略具有双重意义：
1）生物炭不仅直接增加土壤碳储存，还可能通过维持群落多样性间接减少碳损失；
2）不同生物炭原料（如咖啡渣与木材）的效果差异提示需针对性选择材料。研究结果发表于《Soil Advances》，为制定气候智能型土地管理方案提供了关键理论依据，同时强调未来实验需结合长期野外观测，以验证生物炭老化过程对生态功能的持续影响。