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Study on Affecting Mechanisms of Rice Straw Carbonization Returning on Soil Organic Carbon Stability in Paddy Fields
SHANGXiaolan, CHENXiang, LIUYonghong, XUXing, YUZhoujun, ZHUWeijing, LIDan
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (4) : 133-138.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Study on Affecting Mechanisms of Rice Straw Carbonization Returning on Soil Organic Carbon Stability in Paddy Fields
To explore the impact mechanisms of direct straw returning and carbonization returning on soil carbon sequestration, nutrient availability and structural stability in paddy soils, this study conducted a long-term field experiment with four treatments, including control (CK), direct straw returning, low amount of straw carbonization, and high amount of straw carbonization. The impact mechanism of straw carbonization on the stability of soil organic carbon in paddy field was systematically analyzed. The results showed that both direct straw returning and carbonization returning could effectively increase soil pH, organic carbon, available phosphorus, available potassium, alkaline hydrolysis nitrogen and microbial biomass carbon. The organic carbon of the three treatments increased by 1.9%-12.8%, and the treatment of high amount of straw carbonization was the most significant. The increase of microbial biomass carbon was between 18.0%-27.3%, and the treatment of direct straw returning showed the most significant. The proportions of low active organic carbon and inert organic carbon increased by 2.02%-7.46% after straw carbonization. In particular, compared with CK, the proportion of highly active organic carbon decreased by 5.8 percentage points, while the proportion of inert organic carbon increased by 4.3 percentage points. After three treatments, the content of >0.25 mm water-stable aggregates and >2 mm water-stable aggregates in soil respectively increased by 6.21%-9.25% and 14.53%-18.32%. In conclusion, straw carbonization returning could significantly improve soil acidification, increase the contents of soil organic carbon and available nutrient, increase the proportion of water-stable aggregates, and enhance soil carbon sequestration capacity. Among all treatments, the effect of high amount of straw carbonization returning was the best.
straw carbonization returning / mud sand field / organic carbon / aggregate stability / microbial biomass carbon
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土壤有机碳是衡量土壤肥力的重要指标,对于促进土壤养分循环、增加养分有效性有重要作用。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,是组成土壤结构的最小单元,受到自然因素和人为因素的影响,其形成转化过程与土壤固碳过程息息相关,因而研究团聚体和有机碳的关系及团聚体有机碳影响因素对于土壤结构的改善和土壤质量的提升具有重要意义。本文通过对文献的总结,明晰了土壤团聚体和有机碳的关系,阐述了土壤类型、施肥方式、土地利用和矿区复垦对土壤团聚体有机碳的影响,并从生物质炭的长期定位研究和复垦矿区的土壤修复两方面对土壤团聚体有机碳的研究进行展望,研究结果可为合理的农业生产提供科学依据。
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农田生态系统中土壤养分淋溶控制一直是农业环境领域的研究热点.生物质炭因其特殊的理化性质,具有增加土壤碳库储量、改善土壤质量和提高作物产量等作用.作为一种外源输入的新型功能材料,生物质炭将直接或间接参与农田生态系统土壤养分循环,并对土壤养分淋溶产生重要影响.本文重点针对生物质炭影响土壤养分淋溶的内在因素(如:生物质炭的物理和化学性质及其与土壤生物的相互作用等)进行分析,并结合生物质炭添加量、土壤类型、土层深度、施肥情况、时间动态变化等外在因素,对生物质炭影响土壤氮磷等养分淋溶情况进行了综述.在此基础上,阐明了生物质炭对土壤养分淋溶的4种潜在影响机制:即通过微孔结构或表面电荷直接吸附养分、通过影响土壤持水能力影响养分淋溶、通过与土壤微生物的相互作用影响养分循环、被吸附的养分优先通过细微生物质炭颗粒发生迁移.最后对生物质炭与土壤养分流失控制领域的研究方向进行了展望.
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以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,根据“等碳量还田”原则设置了常规施肥(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)处理,采用田间试验方法,研究了秸秆与生物炭还田下土壤有机碳及其活性碳组分的变化,以期为秸秆和生物炭还田及紫色土培肥提供依据。结果表明: 1) 与对照(CK)相比,各处理均能显著增加土壤总有机碳含量,增幅为31.26%~107.82%,其中以BC处理最显著,达到107.82%,且BC、CSBC处理显著高于CS、CSD处理,生物炭更有利于土壤固碳。2)土壤各活性有机碳含量在油菜角果期和玉米灌浆期最高,除玉米季土壤可溶性碳外,各处理微生物量碳(MBC)、可溶性碳(DOC)和易氧化态碳(ROC)含量大小顺序均为:CSD>CS>CSBC>BC>CK处理,秸秆与生物炭还田各处理的MBC、DOC和ROC含量分别为125.53~172.02 mg·kg<sup>-1</sup>、102.73~79.07 mg·kg<sup>-1</sup>和2.00~6.01 g·kg<sup>-1</sup>。3)秸秆和秸秆+速腐剂的微生物熵、DOC/SOC、ROC/SOC显著高于生物炭和秸秆+生物炭。与CK相比,CS和CSD处理显著提高了土壤ROC/SOC,而BC和CSBC处理却显著低于CK处理14.33%~18.38%。秸秆、秸秆+速腐剂还田能促进微生物可直接利用的活性碳转化,提高土壤有机碳活性,改善土壤生物肥力。生物炭还田尽管其微生物活性较低,但土壤有机碳稳定性较高,可以促进土壤固碳。
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