撒哈拉沙质土壤中生物炭与堆肥协同作用对碳氮矿化的影响机制研究

本研究针对撒哈拉绿洲贫瘠沙质土壤，通过112天室内培养实验，探究椰枣生物炭与堆肥单施及混施对碳氮矿化动态的影响。研究发现堆肥表观矿化碳比例为16.7%，生物炭难降解碳占比高达98%，二者混合未显著改变碳矿化模式，但预培养生物炭-堆肥组合使土壤氮供应量提升至106±45 kgN·ha-1，为干旱区土壤改良提供理论依据。

　　

在撒哈拉沙漠边缘的绿洲农业系统中，沙质土壤有机质匮乏和养分流失是制约生产力的核心难题。传统有机改良剂如堆肥(compost)虽能补充养分，但其碳稳定性差导致持效期短；而生物炭(biochar)虽具碳封存潜力却缺乏速效养分。如何通过二者协同实现"固碳-供肥"双重效益，成为干旱区土壤修复的关键科学问题。来自法国兰斯大学的E. Le Guyader团队在《Geoderma Regional》发表的研究，首次系统评估了北非椰枣废弃物衍生物对撒哈拉土壤的改良机制。

研究采用突尼斯绿洲沙壤，设置生物炭、堆肥单施及混施处理，通过112天恒温培养实验监测CO₂排放和氮转化。运用Rock-Eval?热分析（一种通过程序升温测定有机质热稳定性的技术）量化有机质组分，结合动力学模型解析降解规律。

碳矿化动力学特征

堆肥中16.7%的有机碳(OC)在112天内矿化，其活性组分降解速率常数(0.012 day^-1)显著低于生物炭(0.037 day^-1)，但后者难降解碳占比高达98%。混合处理未出现预期的"激发效应"，表明二者在碳代谢层面无显著互作。

氮供应增效机制

单施堆肥(77 t·ha^-1)短期供氮53±28 kgN·ha^-1，而预培养的生物炭-堆肥组合使供氮量翻倍至106±45 kgN·ha^-1。这种增效源于生物炭对堆肥氮的物理吸附-缓释作用，在盐渍化土壤(pH 8.1, EC 4.2 dS·m^-1)中仍保持活性。

有机质稳定性启示

热分析显示原始堆肥热稳定性低，反映椰枣堆肥工艺不完善。值得注意的是，尽管堆肥含盐量达17.8 g·kg^-1，但未抑制微生物降解，这对干旱区盐渍土壤改良具有实践指导价值。

该研究证实生物炭-堆肥协同应用可实现"碳封存-氮缓释"双重效益，为北非绿洲农业提供可量化改良方案。研究者建议优化椰枣堆肥工艺以提升碳稳定性，同时警示需防控长期施用导致的次生盐渍化风险。这些发现对全球干旱区土壤碳汇管理具有范式意义，特别是在实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的"零饥饿"和"气候行动"方面提供科学支撑。