亚表层施用生物炭对小麦-玉米轮作系统土壤N2O排放、养分及团聚体稳定性的调控机制

针对华北平原长期单一耕作导致的土壤退化问题，研究人员通过两年田间试验探究了深松结合生物炭施用对小麦-玉米轮作系统土壤N2O排放、有机质（SOM）及团聚体稳定性的影响。结果表明4.5 t/hm2生物炭可降低29.5%的N2O排放，提升0-20 cm土层SOM含量15.5%，并通过改善C/N比增强>5 mm非水稳性团聚体比例。该研究为华北平原土壤可持续管理提供了理论依据。

　　

华北平原作为中国重要的粮食生产基地，长期单一耕作导致土壤结构退化、有机质下降和温室气体排放增加等问题日益突出。土壤板结形成的犁底层阻碍根系下扎，常规旋耕加剧表层土壤有机碳流失，而生物炭作为改良剂的应用效果又受耕作方式和施用量的显著影响。针对这一系列问题，中国农业科学院新乡综合试验站的研究人员开展了为期两年的田间定位试验，系统评估了深松结合生物炭施用对土壤质量的多维度影响，相关成果发表在《Journal of Agriculture and Food Research》上。

研究采用静态箱-气相色谱法监测N₂O通量，通过干湿筛分法测定不同粒径团聚体分布，并运用随机森林模型分析关键影响因素。试验设置深松（ST）和旋耕（RT）两种耕作方式，分别搭配0、4.5和9.0 t/hm²生物炭施用，形成六种处理组合。

3.1 N₂O排放特征
研究发现生物炭使小麦季N₂O累积排放降低34.0%-39.1%，玉米季降低14.3%-25.7%。4.5 t/hm²处理（B1）减排效果优于9.0 t/hm²（B2），且与微生物量氮（MBN）呈显著负相关，表明生物炭可能通过抑制反硝化过程减少排放。

3.2 土壤理化性质
深松使30-50 cm土层容重降低1.3%，而生物炭使0-10 cm土层pH提升0.9%-1.0%。STB2处理使0-20 cm土层SOM增加30.7%，微生物量碳（MBC）和氮（MBN）均提升17.1%，证实深松促进生物炭的碳封存效应。

3.3 团聚体稳定性
非水稳性团聚体中>5 mm比例在B1处理下最高（增加22.0%），但水稳性团聚体稳定性呈现时空异质性：STB1使0-10 cm土层平均重量直径（MWD）提升，而STB2在10-20 cm产生负面影响。随机森林分析揭示C/N比是调控团聚体稳定性的核心因子。

4.3 讨论与意义
该研究首次阐明深松与生物炭的协同效应存在剂量依赖性。4.5 t/hm²生物炭配合隔年深松既能维持土壤结构，又可实现碳氮协同增效，而过高用量（9.0 t/hm²）可能破坏深层团聚体形成。通过TOPSIS模型综合评价证实STB1处理在改善土壤功能方面最优，其减排增汇效果对实现"双碳"目标具有重要实践价值。研究结果为华北平原小麦-玉米轮作系统优化耕作制度提供了量化依据，未来需延长观测周期以验证长期效应。