花生壳生物炭对潮土和红壤理化性质和温室气体排放的影响

方 明，任天志，赖 欣 ，王知文，2，宋婷婷 ，3，李 洁*，张贵龙*

（1.农业部环境保护科研监测所，天津 300191；2.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；3.沈阳农业大学植物保护学院，沈阳 110866）

生物炭是生物质材料在高温厌氧条件下热解制备的一类富碳物质，具有比表面积大、孔隙度高等性质，生物炭施入土壤中能够影响土壤碳库，扰动土壤微生物群落，改变通气透水条件等，进而影响土壤温室气体排放[1]。虽然生物炭在固碳减排、改善土壤环境及提高作物产量等方面均具有重要的作用，但仍存在较大的不确定性[2]。

虽然有报道显示生物炭在改善土壤环境及提高作物产量等方面均具有重要的作用，但其对不同类型土壤温室气体减排效应的影响仍存在争议。Smith等[3]研究显示，在砂壤土中施用生物炭能够促进土壤CO2的排放，然而也有研究发现在水稻土中施用生物炭会抑制土壤呼吸[4]。Karhu等[1]认为向旱地农田土壤施用生物炭对CO2排放没有显著影响，但却增加了CH4气体的排放；Hawthorne等[5]发现在未添加氮肥的情况下，低量（1%）和高量（10%）生物炭施用对铁质灰壤（Ferric podzol）CH4气体排放均具有抑制作用，且同时增加CO2和N2O的排放。Agegnehu等[6]试验表明在热带铁铝土中施用生物炭显著降低N2O的排放，而Lin等[7]研究则显示在红壤中施用小麦秸秆生物炭则刺激N2O气体的排放。由此可见，不同类型的土壤在成土过程中经历不同的气候、生物和人为等因素影响，导致其容重、粘粒含量、盐基离子及酸碱度等存在差异，可能是生物炭在不同类型土壤中对温室气体排放影响效果不一致的重要原因。然而，目前生物炭虽然能改变土壤pH值、有机质含量、容重、通气状况等理化特性[8]，但这些性质的改变是否会进一步影响不同土壤主要温室气体（N2O、CO2和CH4）的排放强度和综合温室效应，生物炭添加量是否对不同类型土壤理化性状和温室气体排放影响有所差别，均有待进一步研究。

潮土是黄淮海平原代表性土壤，占全国耕地面积的60%[9]。红壤是我国亚热带湿润地区分布的地带性红壤，占全国耕地面积的30%。该两类土壤是中国大陆分布较为广泛的土壤，空间分布上存在南北差异，成土母质不同，黏、砂粒比例相反，一类偏碱性，一类偏酸性。因此，对比研究生物炭施用对两类土壤温室气体排放的影响，可较全面地揭示生物炭的碳汇调控功能。此外，我国是世界上花生产量最大的国家，将花生壳废弃物制成生物炭用于农田土壤改良，具有良好的生态意义[10]。本研究以潮土和红壤为对象，利用500℃厌氧热解制备花生壳生物炭，设置生物炭梯度培养体系，观测生物炭施用条件下土壤N2O、CO2及CH4排放动态和土壤关键理化指标的变化，同时对比研究生物炭对两类土壤温室气体排放的影响，并解析生物炭、土壤理化特性及温室气体排放之间的关系，以期丰富生物炭农田安全施用的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计和样品采集

1.1.1 试验材料

供试花生壳生物炭由河南三利新能源公司提供，为500℃厌氧热解制备，基本理化性质见表1。供试氮肥为尿素。种植作物为小白菜（Brassica rapa L.chinensis），生长周期为40 d左右。供试土壤为潮土和红壤，潮土采集地点为天津市武清区梅厂镇周庄村（39°36′N，117°13′E），红壤采集地点为湖南省长沙市长沙县金井镇脱甲村（28°25′N，113°21′E），对 0～20 cm 和20～40 cm土壤分别采集，两处采集地点均长期种植露地蔬菜，主要种植小白菜、甘蓝等叶菜类蔬菜。将取回土样分层进行风干、混合过5 mm孔径筛，用以土柱填装。

表1 生物炭基本理化性质Table1 Basic physical and chemical properties of biochar

1.1.2 试验设计与装置

试验采用土柱培养试验（图1），每种土壤各设计6个处理，包括：空白对照处理CK，单独添加氮肥处理N，生物炭均匀掺混施入土壤，质量比为B1（0.5%）、B2（1%）、B3（2%）、B4（4%），红壤（R）各处理表示为 RCK、RN、RB1N、RB2N、RB3N、RB4N；潮土（M）各处理表示为 MCK、MN、MB1N、MB2N、MB3N、MB4N，每个处理设3次重复。土柱装置为直径21cm，高度45 cm的不锈钢圆柱管。土柱垂直固定于稳定架上，上方边缘焊接5.5 cm宽、2 cm高边槽，用于密封气体收集箱，边槽可放置暗箱进行温室气体采集（图1）。土柱底部铺有3 cm厚、粒径为1～2 mm、经2 mol·L-1H2SO4浸泡过夜并用蒸馏水洗净的干燥石英砂，砂粒与底盖接触面及与土壤接触面分别铺有一层稍大于底面积的200目尼龙网。

试验于2017年3月将生物炭均匀施入土壤，土柱分两层装入，先装20～40 cm土层，后装0～20 cm土层，其中仅0～20 cm土层为土壤与生物炭充分混匀后慢慢压实装入[11]。每个土柱内装填的生物炭和土壤总质量均为12 kg，不添加生物炭与添加4%生物炭处理高度相差不超过2 cm。将土柱置于温室大棚内加水静置培养，期间保持一定土壤含水量。将小白菜种子用10%H2O2浸泡10 min，用自来水和去离子水各冲洗3次，随后在育苗盘中进行培养。5月初将育苗盘中长出的2片真叶小白菜进行移植，10 d左右待植株生长稳定进行间苗，每个处理保留3株小白菜，同年6月底收获。尿素在植株移植后第2 d溶解后施入，其中施氮量与我国菜地平均施氮量一致，即每个土柱加3.07 g尿素（CK除外），施氮量相当于450 kg·hm-2。参照Hansena等[12]的方法，将磷钾等养分配制营养液在种植前加入。浇灌采用蒸馏水，试验期间通过土壤水分传感器（北京Unism公司）监测土壤含水量，及时补充水分，保持土壤体积含水量为30%～40%。

1.1.3 土壤样品采集

试验结束后，采集0～20 cm耕层土壤，土样采集后，一部分保存于-20℃冰箱，另一部分风干后研磨过筛。用于土壤有机碳、硝态氮和铵态氮等土壤基本理化性状的测定，测定结果见表2。

图1 土柱装置示意图Figure1 The experimental setup of soil column device

表2 红壤和潮土的基本理化性质Table2 Basic physical and chemical properties of red soil and fluvo-aquic soil

1.1.4 气体样品采集

温室气体（CO2、CH4、N2O）的采集利用静态箱法。箱体是由PVC材料制成的直径25 cm、高30 cm的圆柱体。在施肥后第 1、3、5、8、11、16、21、29、35 d 进行气样采集。每次采样时间固定于上午9：00—12：00之间[13]，在收集气体前将底座凹槽加满水，用于阻断气箱内外气体交换，分别在第0、10、20、30 min用100 mL注射器每次采集200 mL到铝箔气体采样袋（250 mL）内，并记录采样时间和实时温度。

1.2 测定方法

温室气体排放量测定：利用气相色谱仪（Agilent 7890B）对 CO2、CH4、N2O 含量进行检测，氢火焰离子化检测器（FID）测定CO2、CH4含量，电子捕获检测器（ECD）测定N2O含量。

土壤基本理化特征测定：土壤pH值用MP511型pH计进行测定；有机质的测定采用水合热重铬酸钾氧化-比色法；土壤全氮采用凯氏定氮法测定；土壤硝态氮和铵态氮采用流动分析仪（AA3，Bran+Luebbe Corp，德国）测定；土壤容重采用环刀法测定。生物炭的性质由元素分析仪（VarioMicrocube，ElementarCorp，德国）进行测定。

1.3 分析方法及数据处理

1.3.1 温室气体排放通量和积累排放量

温室气体排放通量表示单位时间通过单位面积的气体质量，气体累积排放量表示作物生长季内单位面积的气体累积排放质量。

CO2、CH4、N2O 排放通量计算公式[14]如下：

其中，F ′为温室气体累积排放量，kg·hm-2；Fi为各采样期内CO2、CH4和N2O的平均排放通量；Dn为采样期的天数。

土壤固碳量计算公式[15]：

SOCP=（SOC2-SOC1）×BD×A×H

式中：SOCP表示试验期内固定有机碳的量，t·hm-2；SOC1表示生物炭施用前土壤有机碳含量，g·kg-1；SOC2表示收获后各处理土壤有机碳含量，g·kg-1；A为小区面积，m2；BD 为各处理土柱土壤容重，g·cm-3；H为土柱内土层厚度，取40 cm。

为计算土壤固碳对增温潜势的影响，本研究通过下列公式将稻田土壤固碳量折算为固持大气CO2的量（ATCS，kg CO2-eq·hm-2）[16]：

ATCS=SOCP×44/12

1.3.2 温室气体综合效应和温室气体排放强度

三种温室气体引发的净温室气体综合效应GWP（Global warming potential）和温室气体排放强度GHGI（Greenhouse gas emission intensity）公式[17]分别为：

GWP=CO2+CH4×25+N2O×298-ATCS

式中系数表示单位质量CH4和N2O在百年时间尺度全球增温潜势分别是CO2的25倍和298倍。GWP（kg CO2-eq·hm-2）以三种温室气体净交换量的CO2当量的代数和来计算[15]。

GHGI=GWP/Y

GHGI（kg CO2-eq·hm-2）为温室气体排放强度，表示每

式中：F 为温室气体（CO2、CH4、N2O）排放通量，mg·m-2·h-1；t为气样采集过程中的平均温度，℃；dC/dt为单位时间内气样采集过程中采样箱内气体的浓度变化梯度，mL·m-2·h-1；P0为标准大气压，P 为箱内气压。ρ为三种温室气体在标准状态下的密度；H为气体采集箱顶部与水面之间的高度，m；

CO2、CH4、N2O 的累积排放量[14]为：千克植物地上生物量所产生的CO2排放量，其值的相对大小可以判断各处理的综合温室效应。Y为作物产量，单位为 kg·hm-2。

冗余分析采用Canoco for Windows 4.5软件处理；利用Microsoft Excel 2007对数据进行处理以及图表的绘制，利用SPSS 17.0软件对试验数据进行单因子方差分析，Duncan多重比较判断处理间的差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质

生物炭添加对土壤关键理化指标有显著影响（表3）。较单施氮肥处理，施用生物炭显著增加潮土硝态氮（）含量，其中当生物炭添加量为1%、2%（MB2N、MB3N）时，土壤硝态氮含量较MN处理分别高24.4%和28.6%，但生物炭添加量为4%（MB4N）时，潮土硝态氮与单施氮肥处理（MN）无显著差异。红壤硝态氮含量则随生物炭添加量的增加显著升高，其中添加2%和4%生物炭处理（RB3N、RB4N）分别较单施氮肥处理（RN）高54.6%、39.2%；而添加 0.5%和1%生物炭处理（RB1N、RB2N）则显著低于单施氮肥处理，与红壤空白对照无显著差异。

土壤有机碳含量随生物炭施用的增加而显著增加，其中较空白对照和单施氮肥处理，施用生物炭增加潮土有机碳含量10.6%～62.1%，增加红壤有机碳含量3.4%～43.9%。施用生物炭对潮土pH值未产生显著影响，但2%、4%生物炭施用引起红壤pH值显著升高，与红壤空白对照相比，施用4%生物炭处理（RB4N）pH值增加1.16个单位。潮土和红壤在4%生物炭施用量时，土壤容重较空白对照分别下降14.9%和14.2%。此外，生物炭施用对土壤电导率、铵态氮、全氮及碳氮比无显著影响。

2.2 生物炭对温室气体排放的影响

2.2.1 生物炭对潮土和红壤N2O排放的影响

总体上，各处理N2O排放量呈先升后降的“单峰”型变化（图2a、图2b），均在培养的第5 d左右达到峰值，在培养8 d以后，各处理N2O排放通量即维持在极低水平（0.5 mg·m-2·h-1左右）。与单施氮肥处理相比，潮土施用生物炭处理N2O排放通量平均高0.78～2.49 mg·m-2·h-1，红壤平均高 0.17～1.92 mg·m-2·h-1。相比而言，潮土N2O排放量显著高于红壤，排放峰值相差约 7.0 mg·m-2·h-1。

整个培养期内，红壤和潮土N2O累积排放量对生物炭的施用表现出不同的响应差异（图2c、图2d）。施用生物炭显著降低潮土N2O累积排放量。与单施氮肥处理相比，潮土施用生物炭N2O累积排放量降低6.5%～26.6%。而红壤N2O累积排放量则随生物炭量增加呈增加趋势，较红壤空白对照和单施氮肥处理，施用生物炭处理N2O累积排放量分别增加24.2%～65.4%和14.7%～54.3%。

表3 不同处理土壤理化性质Table3 Physical and chemical properties of both soils under different treatments

图2 生物炭添加对潮土和红壤N2O排放动态和累积排放量的影响Figure2 Effect of biochar addition on N2O emission flux and cumulative emission in fluvo-aquic and red soils

2.2.2 生物炭对潮土和红壤CO2排放的影响

培养期间，两种土壤CO2排放动态呈“先高后低”的趋势（图3a，图3b），均在培养开始后的第3～5 d达到高峰，峰值均达 1000～1200 mg·m-2·h-1，此后急剧下降，并维持在较低水平（200 mg·m-2·h-1左右）。其中，施用生物炭和氮肥增加两种土壤培养初期的CO2排放通量，较空白对照处理，潮土前5 d平均排放通量升高3.6～4.6倍，红壤前3 d的平均排放通量升高1.5～2.5倍。与单施氮肥处理相比，施用生物炭增加了潮土CO2排放通量峰值，增幅达45.0%，但对红壤CO2排放通量峰值没有显著影响。相同处理下，红壤CO2排放通量峰值高于潮土，平均高出218.7～506.6 mg·m-2·h-1。此外，与空白对照相比，施用氮肥和生物炭均可增加两种土壤CO2累积排放量的趋势，其中，潮土CO2累积排放量增加显著，添加0.5%生物炭处理（MB1N）CO2累积排放量最高，相对于潮土空白和单施氮肥处理分别增加了51.9%和25.9%；而在施用生物炭的红壤中，仅生物炭施用量为0.5%和4%（RB1N、RB4N）的处理，CO2的累积排放量增幅达到33.2%、32.7%，显著高于红壤空白对照，但与红壤单施氮肥处理无显著差异（图3c、图3d）。

2.2.3 生物炭对潮土和红壤CH4排放的影响

潮土和红壤CH4排放动态随培养时间推进呈不规则变化（图4a、图4b），各处理潮土CH4排放通量在-2.00～2.00 mg·m-2·h-1之间，红壤 CH4排放通量变化幅度为-1.13～3.83 mg·m-2·h-1，两种土壤培养期间添加生物炭处理CH4排放通量均未呈现出明显的梯度变化。整个培养阶段，与空白对照相比，潮土施用氮肥和生物炭显著降低CH4累积量，总体上累积量为负值，呈吸收状态；而与单施氮肥处理相比，潮土CH4累积量随生物炭施用量的增加显著增加，说明在潮土上添加生物炭可增加CH4的累积。此外，与潮土不同，红壤空白对照处理 CH4排放累积量为-10.16 mg·m-2·h-1，呈CH4弱汇，而施用生物炭显著增加红壤CH4累积排放量，各处理CH4累积排放量变化幅度为3.13～17.07 mg·m-2·h-1，呈 CH4弱源，说明总体上添加生物炭后红壤CH4排放由吸收状态变为释放状态。

图3 生物炭添加对潮土和红壤CO2排放通量和累积排放量的影响Figure3 Effect of biochar addition on CO2emission flux and cumulative emission in fluvo-aquic and red soils

2.3 温室气体强度及综合温室效应

随生物炭的施用，两种土壤固碳量均显著提高，与单施氮肥处理相比，潮土增加了57.1%～78.7%，红壤增加了11.2%～59.9%，但植株生物量、温室气体排放强度，净综合温室效应均呈不同变化规律（表4）。与对照和单施氮肥处理相比，红壤添加生物炭显著增加小白菜生物量，增加了1.4～2.9倍，而潮土施用生物炭却显著抑制小白菜生长，其单株生物量显著下降，降幅达64.7%～79.4%，说明生物炭对小白菜生长的影响与土壤类型和施用量有关。施用生物炭显著增加潮土温室气体排放强度（GHGI），且随生物炭添加量的增加，潮土GHGI呈显著升高趋势，与单独添加氮肥MN相比，增幅达68.0%～76.8%，但生物炭施用对红壤GHGI则无显著影响。两种土壤净综合温室效应（GWP）均空白对照最低，随氮肥和生物炭施用，GWP显著增加，总体上潮土综合温室效应显著高于红壤。

图4 生物炭添加对潮土和红壤CH4气体排放通量和累积排放量的影响Figure4 Effect of biochar addition on CH4emission flux and cumulative emission in fluvo-aquic and red soils

表4 不同处理作物产量、净综合温室效应、土壤固碳量和温室气体强度Table4 Crop yields，global warming potential，soil carbon sequestration and green-house gas intensity of different treatments

2.4 土壤理化性质与气体排放偏相关性分析

偏相关分析用来表明不同的土壤理化性质与气体排放是否具有线性相关关系。相关性分析表明，红壤中，固碳量与有机碳、pH、电导率和硝态氮呈显著正相关，与容重呈极显著负相关，而红壤N2O、CO2、CH4排放量和综合温室效应与所测主要土壤理化因子无显著相关性（表5）。潮土铵态氮和硝态氮含量与N2O、CO2累积排放量及GWP、GHGI呈显著正相关，且潮土固碳量与土壤有机碳、全氮含量呈极显著正相关，与容重呈极显著负相关（表6）。

图5为主要土壤理化性质和气体排放参数冗余分析，用以阐明各因子对温室气体排放参数的影响程度。由此可以看出，土壤容重、pH值和硝态氮是影响土壤温室气体排放的主要土壤环境因子，其中土壤容重和CH4分布在同一象限，表示容重对CH4气体的排放量影响较大。pH值、土壤硝态氮含量和N2O、CO2分布在同一象限，说明pH值与硝态氮含量对N2O、CO2具有主要贡献作用，相对而言pH值的贡献作用较大。综合分析认为，施用生物炭通过降低土壤容重、增加硝态氮含量影响土壤CH4、N2O和CO2排放。

表5 红壤理化性质与气体排放参数偏相关性分析Table5 The partial correlation analysis of red soil physical and chemical properties and gas emissions indicators

表6 潮土理化性质与气体排放参数偏相关性分析Table6 The partial correlation analysis of fluvo-aquic soil physical and chemical properties and gas emissions indicators

图5 土壤理化性质和气体排放参数冗余分析Figure5 Redundancy analysis（RDA）of gas emission parameters with the soil properties

3 讨论

3.1 生物炭对土壤理化性质的影响

生物炭具有轻质、多孔及堆密度小等特点，施入土壤能够疏松土层，降低土壤容重。Eastman等[18]研究发现，施用25 g·kg-1生物炭在粉砂壤中，土壤容重从1.52 g·cm-3降低到 1.33 g·cm-3，这与本研究结果一致。本研究所用生物炭pH值为9.71，生物炭呈碱性的原因可能是其灰分物质中含有Na、Ca、Mg等碱金属元素和表面负载有碱性官能团[19]，本研究中随着生物炭施用量的增加，红壤pH值显著提高，生物炭携带的碱性基团可中和酸性土壤中的质子，引起酸性土壤pH值升高[20]。但也有研究指出在碱性温带农业土壤中施用生物炭，可能会出现引发土壤pH过高从而降低养分有效性的问题，影响土壤微生物群落组分。本研究中，添加生物炭对潮土pH值没有显著影响，这可能与石灰性潮土本身缓冲性能较强有关[21]，然而对潮土施用生物炭却抑制了供试小白菜的生长（表4），可能与生物炭表面含氧官能团吸附NH+4等阳离子，影响养分转化速率，及带入过多有机碳组分从而引起土壤微生物固氮等有关[22]。此外，施用生物炭后两种土壤含量增加，Major等[23]研究也有类似的结果，这可能与生物炭添加促进了土壤中向转化有关[24]。生物炭本身碳含量较高，还田后能够增加土壤有机碳的含量[25]，本研究支持这一结论。

3.2 生物炭对温室气体排放的影响

土壤N2O排放是硝化和反硝化作用的结果，多数研究认为施用生物炭能够抑制土壤N2O排放[26]，其抑制效果可能与生物炭添加量有关：Spokas等[27]的研究表明，添加20%～60%生物炭可减少淤泥壤土74.0%的N2O排放，而添加2%～10%生物炭则对N2O排放量无显著降低；Clough等[28]也发现生物炭添加量在低于4%或10%时没有降低牧草土壤N2O排放。这与本文的结果不尽一致，本研究0.5%～4%的生物炭添加量显著降低潮土N2O积累排放量，但却增加了红壤N2O积累排放量（图2）。Zhang等[29]的研究表明，生物炭降低潮土N2O排放可能是由于其疏松结构改善了土壤通透性，降低了潮土反硝化作用。Shen等[30]进一步指出，生物炭较大的比表面积和高孔隙度的特征，增加对无机氮的吸附，减少硝化反硝化作用产生N2O的底物，是生物炭短期降低红壤N2O排放的主要原因。此外，两种土壤pH值不同也可能是影响N2O排放的原因[31]。有研究表明，充足的碳源和碱性条件，是降低硝化反硝化过程中N2O产量的关键因素。低pH值条件增加了N2O的积累，pH值在6.0时的N2O积累量是pH在7.0、8.0时的800倍。高pH值下的N2O产生速率最小，其原因是N2O还原酶争夺电子的能力较弱，充足的电子供体有利于N2O的还原，低pH值可影响微生物的代谢，且在H+存在时产生的游离亚硝酸（HNO2）对N2O还原酶具有抑制作用[32]。

本研究中添加生物炭潮土的CO2排放量增加，而红壤没有显著变化。有研究认为施用生物炭能促进土壤CO2的排放[3，33]，可能是生物炭携带的碳被矿化以CO2形式释放的结果[3]。本研究中生物炭携带的有机碳和氮素的添加，丰富了微生物碳氮源，刺激“共代谢途径”[34]，促进土壤有机碳矿化，导致CO2释放量增加，高德才等[11]研究也有类似的结论。何飞飞等[35]研究表明，施用生物炭能够提高红壤pH值，增强微生物呼吸，促进红壤CO2排放。本研究中红壤pH值较低（4.8），添加生物炭后也多处于6.0以下，偏酸的环境可能不利于微生物生存和活动[36]，微生物的呼吸代谢较弱，对CO2的排放影响较小。一些研究也指出，生物炭输入可降低土壤呼吸温度敏感性Q10值[37]，进而影响CO2的排放。此外，不同材料制备生物炭，制备条件、土壤含水量、生物炭添加量等都可影响土壤CO2排放情况，具体机制还需要进一步研究。

土壤CH4排放是产甲烷菌和甲烷氧化菌活动平衡的结果，产甲烷菌为厌氧菌，甲烷氧化菌为好氧菌，在土壤通气性较好的情况下，产甲烷菌活性被抑制，氧化甲烷菌活性被激发。本研究中添加生物炭到潮土中显著抑制了CH4排放，这与前人研究结果[38]较为一致。可能是生物炭添加降低土壤容重，增加土壤透气性，抑制产甲烷菌的活性，从而抑制了CH4产生[39]。Ali等[40]研究发现添加生物炭显著增加稻田土壤CH4的排放，这与本研究在红壤中的结果类似，这可能与土壤pH值发生变化有关，产甲烷菌在中性或碱性环境中活性较强，而甲烷氧化菌适宜于偏酸的环境，生物炭的输入一定程度上缓解了土壤酸性条件，刺激了产甲烷菌或抑制氧化甲烷菌的活性，引起CH4的累积。

施用生物炭能够增加两种土壤固碳量。但潮土蔬菜种植过程中净综合温室效应呈降低趋势（0.5%、1%、2%），而红壤蔬菜种植过程中施氮肥和生物炭处理净综合温室效应无显著变化，主要是生物炭施用能够减少潮土N2O累积排放量，而红壤N2O累积排放量则随生物炭量增加呈增加趋势。另外，由于生物炭施用后对两种土壤植株生物量影响不同，两种土壤种植系统温室气体排放强度也显著不同。红壤添加生物炭一定程度上促进了小白菜的生长，但在潮土中则表现为明显抑制作用。有研究认为生物炭可能通过对植株可溶性糖含量的影响[41]，及刺激生长素的合成[42]，影响植株生长发育。另一方面生物炭pH值高、含有大量可溶性盐离子，甚至某些有害成分，大量施用可能导致土壤养分供给等发生逆变，不利作物生长[43]。

将秸秆、稻壳、花生壳、木屑等农业废弃物制备成生物炭材料，作为改良剂向农田施用，是近年来被广泛关注的固碳减排措施。本研究中将生物炭施入潮土和红壤，结果显示生物炭对不同土壤类型温室气体短期减排效果不一致，虽然一些研究认为，由于具有高含碳量和稳定性等特性，生物炭提升土壤碳库的作用毋庸置疑[1]，但关于生物炭对不同类型土壤温室气体排放的影响仍存在争议，特别是有研究指出生物炭可能存在短期激发CO2排放的作用[36]，因此，在不同类型土壤施用生物炭的综合环境效益还需要深入研究。

4 结论

（1）施用生物炭显著增加两种土壤有机碳含量，提高土壤固碳量，与单施氮肥处理相比，潮土增幅达57.1%～78.7%，红壤增幅达11.2%～59.9%。同时，施用生物炭显著降低土壤容重，不同程度影响土壤无机氮含量，提高红壤pH值。

（2）施用生物炭对两种土壤温室气体排放特征影响显著。其中，显著降低潮土N2O累积排放量，但增加红壤的N2O累积排放量。施用生物炭显著增加潮土CO2累积排放量，而对红壤CO2累积排放量无显著影响。此外，两种土壤CH4排放无规律性变化，施用生物炭后，红壤和潮土累积排放变化范围分别为3.13～17.07 kg·hm-2和-9.22～-0.82 kg·hm-2。

（3）由冗余分析可知，生物炭可通过改变土壤容重、有机碳、无机氮、pH等影响土壤温室气体排放强度。在对两种土壤综合温室效应评估上，对红壤施用生物炭可促进作物生长，净综合温室效应值较低，不显著影响温室气体排放强度，具较好生态效应；而生物炭施用抑制潮土供试作物生长，显著增加其净综合温室效应和温室气体排放强度，因此，生物炭施用不利于潮土固碳减排，其对偏碱性潮土的应用改良还需进一步研究。

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