生物炭-粪肥共施策略：提升土壤碳驻留时间的关键平台技术

这篇研究通过实验室模拟揭示了生物炭（BC）与粪肥（SM/DM）共施对土壤碳动态的调控机制。结果表明：木质生物炭（PBC/WBC）比草本生物炭（CSBC）更有效降低粪肥活性碳（HWCorg）释放，通过改变混合物H:Corg（0.92-1.84 mol/mol）和O:Corg比值增强碳稳定性；203天培养实验证实高剂量BC（200% TS）使土壤顽固碳提升至85.4%，同时减少16-17%的CO2-C排放。研究为农业碳封存提供了可量化策略。

　　

生物炭与粪肥协同作用对土壤碳循环的影响机制

3.1 粪肥-生物炭老化对混合物性质的影响
生物炭（BC）与猪粪（SM）或奶牛粪（DM）混合老化30天后，理化性质发生显著改变。木质生物炭（黄松PBC/柳树WBC）的添加使混合物H:C_org摩尔比降至0.92-1.28，显著低于纯粪肥（SM 1.66/DM 1.84），表明芳香碳密度增加。热重分析显示，生物炭添加使无灰分挥发性固体（TVS）与固定固体（TFS）比值降低，其中200%添加量的柳树生物炭处理使SM的TVS:TFS降低42%。热稳定性提升与FTIR光谱中1650 cm^-1处酰胺I峰（C=O）的消失相印证，证实了蛋白质类物质的转化。

3.2 光谱学证据
红外光谱揭示生物炭表面官能团与粪肥组分的相互作用。猪粪-柳树生物炭混合物在1440 cm^-1处出现明显的N-H^+δ峰，而酰胺I峰（1650 cm^-1）消失，提示氮素固定现象。这种作用在奶牛粪体系中较弱，说明粪肥类型显著影响生物炭的修饰效果。

3.3 土壤培养实验的关键发现
203天的土壤培养实验显示：

1. 碳损失控制：猪粪与200%柳树生物炭共施使CO₂-C累积排放降低17%，日均碳损失从13.3 mg/kg降至9.8 mg/kg；
2. 碳组分转化：木质生物炭处理使土壤顽固碳提升至85.4%（对照组81.5%），热水性碳（HWC）减少36-42%；
3. 微生物调控：奶牛粪体系微生物量碳（MBC）达1562 mg/kg，显著高于猪粪体系（940 mg/kg），但柳树生物炭使猪粪体系MBC增加33%，体现BC的类型特异性效应；
4. 驻留时间：双库模型计算显示，粪肥-生物炭处理使土壤活性碳平均驻留时间（MRT）延长至353天（纯粪肥275天），其中黄松生物炭处理DM的MRT达762天。

4. 农业应用启示
该研究证实生物炭通过物理吸附（孔隙截留）和化学转化（提高芳香性）双重机制稳定粪肥碳。木质生物炭因更高的比表面积和木质素衍生芳香结构，比草本生物炭更有效。值得注意的是，200%总固体（TS）的添加量是实现碳封存最优化的临界点，此时土壤NH₄⁺-N保留率提升39%，且不会抑制微生物活性。这些发现为设计"碳智能"型有机肥提供了理论依据，但田间验证仍需考虑气候与土壤异质性因素。