桉树废弃物生物炭长期改良热带始成土化学与生物学特性及提升甘蔗产量的机制研究

针对大田作物生物炭施用剂量争议问题，巴西联邦大学米纳斯吉拉斯分校农业科学研究所团队通过5年田间试验，揭示桉树木屑生物炭(350°C慢热解)在0-20 cm土层以31-37.7 Mg ha-1剂量施用可显著提升甘蔗产量(146-154 Mg ha-1)，同步改善土壤CEC(阳离子交换容量)、AMF(丛枝菌根真菌)孢子数量及GRSP(球囊霉素)含量，为热带地区可持续农业提供实证支撑。

　　

在热带农业可持续发展面临土壤退化与化肥依赖的双重挑战下，生物炭作为土壤改良剂的应用潜力引发广泛关注。尽管盆栽实验已证实其改良效果，但大田尺度下的适用剂量与长期效应仍存争议。巴西联邦大学米纳斯吉拉斯分校农业科学研究所（Instituto de Ciências Agrárias, Universidade Federal de Minas Gerais）的César Florentino Puma VEGA团队在《Pedosphere》发表的研究，通过5年田间试验系统评估了桉树木屑生物炭对热带始成土(Inceptisol)的改良机制及甘蔗产量影响。

研究采用随机区组设计，设置5个生物炭剂量梯度(0-40 Mg ha^-1)与NPK肥料的双因素组合。生物炭通过350°C慢热解工艺制备，均匀施用于0-20 cm耕作层。年度采样分析显示，37.71 Mg ha^-1(NPK处理)和31.00 Mg ha^-1(无NPK)剂量分别实现154和146 Mg ha^-1的甘蔗茎秆产量峰值。

关键技术与方法

研究团队建立5年田间监测试验，采用慢热解技术制备生物炭，通过标准化土壤采样分析化学性质（pH、CEC、有机碳等），结合微生物学检测（AMF孢子计数、GRSP含量测定）和作物产量统计，系统评估生物炭的长期效应。

研究结果

1. 产量响应：生物炭剂量与产量呈显著正相关，最高增产达常规种植的1.8倍，且NPK肥料可降低最优生物炭需求量约18%。

2. 土壤化学改良：所有处理组土壤有机碳提升23-67%，CEC增加1.5-3.2 cmol_c kg^-1，有效磷含量翻倍。

3. 生物活性增强：AMF孢子密度提升4-9个/g土壤，GRSP含量增长35-80%，但固氮菌群(Azospirilum spp.等)未受显著影响。

结论与意义

该研究首次量化了热带条件下生物炭大田施用的经济剂量阈值，揭示其通过"碳封存-养分循环-微生物共生"三重机制实现增产。特别值得注意的是，生物炭的持续效应在第三年后显著增强，说明其改良效果具有时间累积性。研究成果为发展中国家推行"生物炭+减量化肥"的低碳农业模式提供了关键技术参数，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的零饥饿和气候行动具有双重意义。