生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响*

闫翠侠，杨国亮，李典鹏，孙约兵，韩东亮，徐晓龙，朱新萍，贾宏涛**



生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响*

闫翠侠1，杨国亮1，李典鹏1，孙约兵2，韩东亮1，徐晓龙1，朱新萍1，贾宏涛1**

（1．新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆土壤与植物生态过程重点实验室，乌鲁木齐 830052；2.农业部环境保护科研监测所/农业部产地环境质量重点实验室，天津 300191）

为探究不同粒径秸秆生物炭添加对绿洲农田土壤CO2排放及Q10的影响，以新疆典型绿洲农田土壤灰漠土为供试材料，采用室内土柱培养的方法，研究添加＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm共4种粒径棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭对农田土壤CO2释放的影响。结果表明：（1）试验周期内（0～85d），添加生物炭处理土壤呼吸速率呈先增加后降低的趋势，前10d土壤呼吸增速较高；添加生物炭的土壤呼吸速率（1.27μmol·m−2·s−1）高于不添加生物炭的对照处理（1.01μmol·m−2·s−1），棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率（1.43μmol·m−2·s−1）高于添加葡萄藤生物炭处理（1.08μmol·m−2·s−1）。培养期内土壤CO2累积过程符合一级反应动力学方程，生物炭添加改变了土壤CO2潜在排放量、周转速率和半周转期。（2）添加棉花秸秆和葡萄藤两种生物炭处理与土壤CO2累积排放量（y）分别符合y=7.51x+88.53和y=2.68x+75.85的线性关系（x为生物炭粒径）。（3）添加生物炭处理土壤呼吸速率与空气温度和土壤温度显著相关，棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率与温度的相关性高于葡萄藤生物炭处理，土壤温度敏感系数随粒径的减小而增加。综合土壤呼吸速率和温度敏感系数考虑，建议绿洲农田施用1～5mm中等粒径生物炭。

新疆；灰漠土；土壤呼吸；棉花秸秆生物炭；葡萄藤生物炭

土壤在陆地生态系统碳循环中起着重要作用，全球土壤有机碳含量为1500～2500Pg（1Pg=1015g），是大气和生物碳储量的4～5倍[1−2]，因此，土壤有机碳轻微的改变都会对大气中CO2浓度产生较大影响[3]，明确土壤碳排放速率是准确评价陆地生态系统碳循环对气候变化响应的重要依据。据估计，农业活动产生的CO2占人类活动排放CO2的11%（5.6Pg）[4−5]。2020年中国化肥使用量将实现零增长，寻找一种可以改善土壤环境、提高作物产量的替代资源在农业生产中显得尤为重要。生物质炭为“碳负”材料，将其施入土壤中，可以在一定程度上将CO2长期封存，降低农田土壤碳排放，在未来农业生产中可能起到不可替代的作用。

生物炭能改善土壤物理化学性质，提高土壤生物多样性和作物产量[6−7]，并能显著降低土壤温室气体的排放[8−10]。然而也有研究表明，由于生物炭在短期内会对土壤原有的有机质产生激发效应，从而否定生物炭的碳汇效应[11−13]。整合分析和长期定位研究表明，生物炭作为外源碳施入土壤后对土壤呼吸没有显著影响，这与试验条件[14]、生物炭性质[15]和微生物活性[16]等有关。由此可知，生物炭施入土壤后，短期内由于激发效应会增加土壤呼吸速率，长期试验结果来看，施用生物炭可降低土壤碳排放，从而达到“碳汇”的效果。

生物炭规格对机械化作业影响显著，生物炭为原状不规则颗粒会对机械化施用造成堵塞等诸多不便；若施用粉末状的生物炭，则会造成生物炭的损失以及形成扬尘，对环境造成一定负面影响。众多研究表明，添加不同种类、不同粒径生物炭对土壤水分影响不同，生物炭粒径越小，土壤持水性能越强[17−18]。但以往试验研究均未考虑生物炭的物理性质（生物炭粒径等）对土壤CO2排放的影响[11，13，16]，且大部分研究集中在酸性土壤和水田中[11]，在干旱区的灌溉农业、石灰性土壤的研究相对较少[12]。而针对不同粒径生物炭添加对土壤碳排放的研究报道较少，因此，有必要对不同粒径生物质炭添加对干旱区绿洲农田土壤碳排放规律及其影响因素进行研究。

本研究以干旱区典型土壤灰漠土为研究对象，以葡萄藤和棉花秸秆为原材料在同一温度条件下制成的不同径级（＞5、1～5、0.25～1和<0.25mm）生物炭为研究材料，通过土柱培养试验，探究添加生物炭对土壤呼吸速率的影响，同种材质不同粒径生物炭对土壤呼吸的影响，以及影响土壤呼吸的因素及温度敏感系数（Q10）的变化，以期初步确定适合农田施用生物质的粒径范围，以期为生物炭的合理施用和农田土壤固碳减排提供基础参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试土壤

供试土壤为典型灰漠土，于2016年8月采自新疆安宁渠灰漠土试验站农田耕层土壤（0−20cm），将采回的土壤于室内自然风干后，挑去肉眼可见的细根和石块后过5mm筛，备用。土壤基本理化性质分别为，黏粒33.2%（＜0.002mm），粉粒33.6%（0.020～0.002mm），砂粒33.2%（2.000～0.02mm），pH8.42，电导率1075.67μS·cm−1，有机质12.93g·kg−1，速效钾为61.31mg·kg−1，碱解氮26.08mg·kg−1，速效磷4.9mg·kg−1。

1.1.2 生物炭

选取以棉花秸秆、葡萄藤为原材料经高温无氧裂解而生成的生物炭即棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭为供试材料，由新疆农业科学院提供。将两种生物炭自然风干，用筛子筛制所需要的4种粒径：＞5、1～5、0.25～1和<0.25mm。两种生物炭的基本理化性质如表1所示。

表1 供试生物炭基本理化性质

注：TN、TC、TS和Nd分别表示全氮、全碳、全硫和未测定出数据。

Note: TN, TC, TS and Nd represent total nitrogen, total carbon, total sulfur and no data.

1.2 实验设计

1.2.1 方案

采用室内土柱培养方法，以农田土壤与生物炭为研究材料。按照2%的添加比例将4种粒径棉花秸秆生物炭或葡萄藤生物炭分别与8.0kg土壤充分混匀，装入PVC管（直径20cm，高度40cm）。＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm的棉花秸秆和葡萄藤生物炭，分别记为MTa、MTb、MTc、MTd和PTa、PTb、PTc、PTd，以不添加生物炭为对照（CK），每个处理重复4次。期间每10d采用称重法补足水分，加入去离子水保持60%田间持水量，灌水平衡24h后测定土壤呼吸速率。

采用开路式土壤碳通量测量系统LI-COR 8100（Li-COR，USA）测定（图1）土壤呼吸速率。在整个培养期内（85d），试验开始后前10d每天监测土壤呼吸速率，之后分别在第15、20、25、30、34、41、52、63、71、77、85天监测1次，累计监测21次。正式试验前，预试验发现每日16：00−18：00时间段，土壤呼吸速率最接近于全天平均值，故监测选定这个时段进行。Li-COR 8100A数据采集频率为每2s记录一次数据，测定时长为180s，每个处理重复测定两次，取平均值代表该处理当天土壤CO2的平均释放速率。监测土壤呼吸速率同时记录地温计上土壤温度和空气温度。

1.2.2 土壤和生物炭基本指标测定

供试土壤和生物炭的基本指标按照土壤农化分析中的方法测定[19]。土壤酸碱度采用pH计测定（水土比为5︰1）；电导率采用电导仪测定；有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；全碳、全氮和全硫采用元素分析仪EA3000（Euro EA3000-Single, EuroVector, Milan, Italy）测定；土壤温度（0−10cm）采用地温计进行测定。

图1 土柱模拟装置

1.3 数据处理与统计分析

土壤CO2的累积过程符合一级反应动力学方程，因此，采用方程模型对CO2累积排放量进行拟合，其表达式为

Ct=Ci(1−e−kt) （1）

式中，Ci为土壤CO2潜在排放量（g·kg−1），Ct为经过t时间后土壤累积CO2排放量（g·kg−1），k为周转速率（d−1），半周转期T1/2=ln2/k（d）。

F=Rs·M·T （2）

式中，F为T时段内土壤CO2的排放量（g·m−2·d−1）。Rs为Li-COR 8100A测定的土壤CO2排放速率（μmol·m−2·s−1），M为CO2摩尔质量（44g·mol−1），T为时间（s）。

采用Van’t Hoff 模型[20]模拟土壤温度与土壤呼吸速率的关系，即

RS=aebT（3）

式中，RS为土壤呼吸速率（µmol·m−2·s−1），T为土壤温度（℃），a、b均为参数。

利用温度敏感系数（Q10）表征土壤呼吸的温度敏感性，即土壤温度升高10℃时土壤呼吸速率增加或减少的倍数。

Q10=e10b（4）

式中，b为Van’t Hoff 指数模型（RS=aebT）中的温度反应常数。

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据整理，采用SigmaPlot10.0和Origin8.0软件作图，采用SPSS 18.0进行单因素方差分析，LSD法进行显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 生物炭对土壤碳排放的影响

由图2可见，在整个实验期内（85d），各处理土壤呼吸速率的变化规律基本一致，均表现为前3d逐渐升高，第4−6天保持相对较高的水平，第7天起明显下降，第20−85天在相对较低的位置振荡。从每次监测的数据来看，在处理的前10d，未添加生物炭处理（CK）呼吸速率均最小，说明无论添加何种类型的生物炭均会使土壤呼吸速率加快。图2a中，前10d所有添加棉花秸秆生物炭的土壤呼吸速率平均值为2.07μmol·m−2·s−1，图2b中所有添加葡萄藤生物炭的土壤呼吸速率平均值为1.67μmol·m−2·s−1，均高于CK处理，说明生物炭种类对土壤CO2排放速率有影响，添加棉花秸秆生物炭比葡萄藤生物炭土壤CO2排放速率更快。另一方面，图2a中前10d所测数据的振幅较大，说明添加棉花秸秆生物炭的粒径大小对土壤呼吸速率影响较大，粒径越小（MTd）呼吸速率越低，粒径越大（MTa处理和MTb处理）呼吸速率越大，第3天MTa（3.06μmol·m−2·s−1）和MTb（3.01μmol·m−2·s−1）处理CO2排放速率比MTd高35.90%和 34.87%；而图2b中同期数据的变幅相对较小，说明添加葡萄藤生物炭的粒径大小对土柱中CO2排放速率的影响不大。20d以后所有处理土壤呼吸速率均逐渐平稳下降，两种生物炭间以及同种生物炭不同粒径间的差异不大。

由图3可见，生物炭添加改变了土壤CO2累积排放量，前期（1～10d）土壤CO2排放增长速率高于后期（＞10d），CK处理土壤CO2累积排放量最低。添加不同粒径棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭处理后土壤中CO2累积排放量呈现出两个不同增长阶段，即前期（1～10d）增长迅速，后期（＞10d）增长缓慢；各处理土壤中CO2累积排放量表现为MTa（67.63g·m−2·d−1）＞MTb（60.72 g·m−2·d−1）＞MTc（50.99g·m−2·d−1）＞MTd（43.07g·m−2·d−1），其中MTa处理显著高于CK处理（P＜0.05），其它处理间无显差异。添加不同粒径葡萄藤生物炭土壤中CO2累积排放量增幅低于添加棉花秸秆生物炭处理，各处理土壤CO2累积排放量表现为PTa＞ PTd＞PTC＞PTb，分别达到46.10、43.43、42.56和42.50g·m−2·d−1，土壤中CO2累积排放量随着粒径的减小而降低，但不同处理间不存在显著性差异。

图2 添加不同粒径棉秆炭（a）和葡萄藤炭（b）处理中培养期（85d）内土壤CO2的排放规律

注：MTa、MTb、MTc和MTd分别表示土壤中添加＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm粒径的棉花秸秆生物炭处理，PTa、PTb、PTc和PTd分别表示土壤中添加＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm粒径的葡萄藤生物炭处理，CK为土壤中不添加生物炭的对照处理。图中数据为平均值±标准差，下同。

Note: MTa, MTb, MTcand MTdrespectively indicate the treatment of the biological carbon formation of cotton straw with ＞5，1～5，0.25～1 and <0.25mm, respectively. PTa, PTb, PTcand PTdrepresent the treatment of the formation of vine biological charcoal in soil, respectively. The data are mean±standard deviation. The same as below.

图3 添加不同粒径棉花秸秆生物炭（a）和葡萄藤生物炭（b）后土壤CO2的累积排放量

由表2可见，一级反应动力学方程对不同生物炭处理土壤CO2潜在排放量的模拟结果较好（R2＞0.96）。整体上，土壤CO2潜在排放量随生物炭粒径的增大而降低，CK处理CO2潜在排放量最低（0.08g·kg−1）。说明生物炭添加改变了土壤碳周转速率，不添加生物炭处理周转速率最低，添加不同粒径生物炭处理中，周转速率随粒径减小而增加。土壤碳半周转期与潜在排放量规律一致。就不同生物炭处理而言，棉花秸秆生物炭潜在排放量和半周转期均高于葡萄藤生物炭，对于同一粒径不同生物炭种类，葡萄藤生物炭周转速率较高。

2.2 不同粒径生物炭与碳排放的相关性

采用线性方程拟合土壤呼吸速率与生物炭粒径的关系，在95%置信区间内，用决定系数（R2）来解释土壤呼吸的变异量。由图4可见，棉花秸秆和葡萄藤生物炭的不同粒径（x）与CO2累积排放量（y）之间满足线性方程，二者粒径的变化分别可解释土壤呼吸速率变化的82.9%和39.4%（P＜0.05）。表明两种生物炭的粒径大小均对CO2累积排放量影响显著。

表2 土壤CO2潜在排放量（Ci）﹑周转速率（k）和半周转期（T1/2）

图4 不同粒径棉花秸秆生物炭（a）和葡萄藤生物炭（b）与CO2累积排放量的相关性分析

2.3 土壤呼吸与温度的相关性及土壤呼吸温度敏感系数（Q10）

表3表明，CK和添加生物炭处理土壤呼吸速率均与大气温度和土壤温度显著相关（P＜0.05）。与CK相比，添加生物炭土壤呼吸速率与温度的相关性较高，即生物炭添加改变了土壤呼吸速率与温度的相关性。就同种生物炭而言，土壤呼吸速率与空气温度的相关性（0.613）高于土壤温度（0.594）；同种生物炭不同粒径则表现为，随着生物炭粒径的减小，土壤呼吸速率与大气温度的相关性增加，即粒径越小，土壤呼吸速率与大气温度越相关，而其与土壤温度则不存在类似规律，但MTd和PTd处理（<0.25mm粒径生物炭处理）与土壤温度的相关性最高。

采用指数方程分别拟合土壤呼吸速率与空气温度的关系，在95%置信区间内，用决定系数（R2）来解释土壤呼吸的变异量。由图5可知，不同处理土壤呼吸速率与空气温度呈极显著指数相关（P＜0.01）。与不添加生物炭相比，空气温度对CK、MTa、MTb、MTc和MTd处理土壤呼吸速率变化的解释率分别为48.5%、49.2%、48.0% 、45.8%和54.2%，对PTa、PTb、PTc和PTd处理土壤呼吸速率变化的解释率分别为44.7%、45.2%、50.2% 和49.9%，除MTc和PTc处理外，空气温度对添加棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率变化的解释率均高于葡萄藤。同样采用指数拟合方程拟合土壤呼吸速率与土壤温度的关系（图6），结果表明，指数方程均能很好地模拟生物炭处理土壤呼吸速率与土壤温度的相关性（P＜0.01）。土壤温度对棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率的解释率（0.576）高于葡萄藤（0.544）。整体而言，土壤温度对呼吸速率的解释率低于空气温度。

表3 土壤呼吸与温度的相关分析

注：*表示P＜0.05，双尾检验，n=21。

Note:*P＜0.05, double tail test, n=21.

土壤呼吸温度敏感系数（Q10）可反应温度变化对土壤碳排放速率的影响。与不添加生物炭处理相比，土壤呼吸对空气温度的敏感性有所变化。MTa和PTa（＞5mm粒径生物炭处理）处理Q10（6.9和6.3）与CK（6.7）接近，即大粒径生物炭添加不影响土壤呼吸温度敏感系数；除MTc（0.25～1mm粒径生物炭处理）处理外，Q10随生物炭粒径的减小而增大，MTd和PTd（<0.25mm粒径生物炭处理）分别为12.1和11.2。土壤呼吸对土壤温度的敏感性见图6，由图可见，MTa和PTa处理Q10（9.7和7.9）均低于CK（10.1）。除MTc处理外，Q10随生物炭粒径的减小而增加，MTd和PTd分别为18.5和14.5。因此可知，生物炭添加可改变土壤Q10，且生物炭粒径越小，土壤呼吸对温度变化的响应程度越大。

图5 土壤呼吸速率与空气温度的相关性

图6 土壤呼吸速率与土壤温度的相关性

3 结论与讨论

3.1 讨论

3.1.1 添加生物炭对土壤碳排放的影响

本研究表明，整个研究期间内（0～85d），添加不同类型和不同粒径生物炭均不同程度促进了土壤呼吸，且前10d呼吸增加速率较大。生物炭施入土壤后会对土壤碳排放产生激发效应[11]，这是因为外源有机碳的进入会在短时间内激活土壤中休眠微生物，从而使土壤呼吸速率增加。本研究中，添加生物炭土壤碳排放速率比对照高23.25%，高于王月玲等[21−22]研究结果，这可能是由于生物炭基本性质（pH 10.43，TC 72.38%，TN 1.19%）与本研究所使用土壤和生物炭基础性质不一致造成的；生物炭施入土壤后会改变土壤物理化学性质[23]，这也可能会间接改变土壤呼吸速率。本研究中，添加棉花秸秆生物炭土壤呼吸速率高于葡萄藤，这也可能与棉花秸秆生物炭的全碳和电导率较高有关。添加同种材料不同粒径生物炭，土壤呼吸速率随粒径的减小而降低。土壤呼吸速率与土壤结构密切相关，土壤孔隙结构较大处于好氧条件会促进土壤呼吸[24]，大粒径生物炭施入土壤后，在一定程度上会增加土壤孔隙结构，从而增加土壤好氧微生物活性，从而提高土壤呼吸速率。采用线性方程模拟生物炭粒径与土壤呼吸的相关性，棉花秸秆和葡萄藤生物炭粒径可解释土壤呼吸速率变异的82.9%和39.4%，因此，除生物炭粒径外，影响土壤呼吸的因素还有土壤温度、养分等。土壤碳排放速率和排放量取决于碳的潜在释放量、周转速率和半周转期，一级动力学方程拟合结果表明，生物炭粒径越大土壤碳周转速率和半周转期相对较高，潜在排放量加大。郭振等[25]研究表明，土壤有机碳排放中k值受土壤类型、养分含量、颗粒组成及pH的影响，因此，生物炭添加驱动的土壤碳排放也可能与生物炭的类型、养分含量、颗粒大小和pH有关，而有关不同粒径生物炭对土壤呼吸速率影响的机理还有待进一步研究。

3.1.2 生物炭添加对土壤呼吸温度敏感系数的影响

不添加生物炭的对照和添加不同粒径生物炭处理土壤呼吸速率与空气温度和土壤温度极显著相关，且指数模型能很好模拟土壤呼吸与温度的关系。CO2作为微生物代谢产物，温度影响呼吸作用的各个方面[26]，但温度对土壤呼吸的影响存在一定范围，即当土壤温度处于较适范围时（＜35℃）酶活性最大，土壤呼吸速率随温度的升高而增加，当温度超出此范围时，土壤呼吸与温度将会呈负相关[27]，本研究中，土壤温度和空气温度介于12～22℃，属于酶活性较高的温度，因此，土壤呼吸速率与温度极显著相关。整体而言，添加生物炭土壤呼吸与温度的相关性随粒径的减小而增大，这可能是由于大粒径生物炭被分解为细颗粒后，炭中矿质养分和可被微生物分解的有机碳也被释放出来，当土壤温度和养分处于合适水平时，土壤中休眠的微生物能在很短的时间内被激活从而促进土壤CO2的释放[28]。同种生物炭同种粒径处理，土壤呼吸与空气温度的敏感性大于土壤温度，可能是由于土壤温度达到最适与空气温度相比存在滞后现象[26]。

土壤呼吸温度敏感系数（Q10）可反应温度变化情况下微生物活性或有机碳的矿化响应。添加棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭处理Q10分别为8.8和10.7，显著高于中国不同生态系统土壤Q10（1.8～3.05）[29]。生物炭中易分解态碳组分可作为碳源优先被土壤微生物利用，从而促进生物炭自身的矿化[30−31]；此外，由于生物炭具有多孔性及含有多种营养元素，也促进土壤本底有机碳的分解[32−33]。添加不同生物炭处理Q10存在一定差异，这可能是由于生物炭原材料物理性质不一致造成的。生物炭从较大颗粒分解为较细颗粒时，大颗粒中养分元素被释放出来，温度轻微变化后微生物可利用的底物含量相对较高，可促进土壤呼吸。土壤呼吸对土壤温度变化的敏感性高于空气，这也很好地解释了土壤微生物活性取决于土壤温度而并非空气温度。综上可知，施加粒径较小的生物炭可降低土壤呼吸速率，但温度敏感系数较高。因此，在未来气候变暖的背景下，与大颗粒生物质炭相比，细颗粒生物炭施入土壤可能会激发土壤微生物矿化易分解有机碳释放更多温室气体。

3.2 结论

（1）添加棉花秸秆生物炭的土壤呼吸速率高于葡萄藤生物炭，是由于实验生物炭基础性质存在差异造成的。添加生物炭处理土壤呼吸速率整体高于对照（CK），说明生物炭在试验周期内（0～85d）可促进土壤CO2的排放。

（2）添加不同粒径生物炭改变了土壤潜在CO2排放量、周转速率和半周转期。土壤呼吸速率随生物炭粒径的减小而降低，棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭与土壤CO2排放量均存在显著线性相关，棉花：y=7.51x+88.53，葡萄藤：y=2.68x+75.85，x为生物炭粒径（mm）。

（3）添加生物炭处理土壤呼吸速率与空气温度和土壤温度呈显著指数相关，生物炭粒径越小与温度的相关性越强。添加不同粒径生物炭土壤呼吸温度敏感系数随粒径的减小而增加，说明粒径小的生物质炭对温度敏感性更高。综合土壤呼吸速率和土壤温度敏感系数考虑，建议农田土壤改良过程中选择中等粒径（1～5mm）生物质炭较适宜。

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Effect of Biochar Addition on Soil Respiration of Oasis Farmland in Arid Areas

YAN Cui-xia1, YANG Guo-liang1, LI Dian-peng1, SUN Yue-bing2, HAN Dong-liang1, XU Xiao-long1, ZHU Xin-ping1, JIA Hong-tao1

(1. College of Grassland and Environment Sciences, Xinjiang Agricultural University/Xinjiang Key Laboratory of Soil and Plant Ecological Processes, Urumqi 830052, China;2. Key Laboratory of Original Environmental Quality，Agro-Environmental Protection Institute，Ministry of Agriculture，Tianjin 300191)

In this paper, authors investigated the influence of biochar addition with four different particle sizes of cotton stalks biochar and vine biochar (＞5，1−5，0.25−1 and ＜0.25mm) on the changes of soil CO2emission using the soil column incubation method in a grey desert soil. The results showed that: (1) addition with biochar soil respiration rate increased first and then decreased during the incubation period (0−85d), and the increase of soil respiration in the former 10d was higher than that in the late stage. The soil respiration rate (1.27μmol·m−2·s−1) under the biochar addition was higher than that of the not biochar addition control treatments (1.01μmol·m−2·s−1), and the soil respiration rate under cotton stalk biochar (1.43μmol·m−2·s−1) was higher than that of the grapevine biochar addition treatments (1.08μmol·m−2·s−1). The accumulation of soil CO2emission accorded with the first-order reaction kinetics equation during the incubation period. Biochar addition changed the potential emissions, the turnover rate and half-life time of soil CO2. (2) The equations of linear regression between the two biochar treatments and the cumulative emission of CO2were y=7.51x+88.53 and y=2.68x+75.85 (x was biochar particle diameter) for cotton stalks biochar and vine biochar, respectively. (3) Soil respiration rates under biochar addition were significantly correlated with air temperature and soil temperature. The correlation between soil respiration rate and temperature under cotton stalks biochar was higher than that of the grape vine biochar. The temperature sensitivity coefficient of CO2emissions increased with the decrease in grain size. Considering the soil respiration rate and temperature sensitivity coefficient, we suggested that medium size biochar (1−5mm) should be applied in oasis farmland.

Xinjiang; Gray desert soil; Soil respiration; Cotton stalks biochar; Vine biochar

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.09.003

2018−02−26

。E-mail：hongtaojia@126.com

国家自然科学基金（31560171）；南京农业大学−新疆农业大学联合基金（KYYJ201702）

闫翠侠（1992−），女，硕士生，主要从事农业资源与环境相关研究。E-mail：ycx121216@163.com

闫翠侠,杨国亮,李典鹏,等.生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响[J].中国农业气象,2018,39(9):575−584