Meta分析生物炭对我国农田土壤的増汇减排效应

摘要：生物炭作为一种土壤改良剂，对土壤碳汇功能也有着重要影响，在农业和生态修复等领域有很好的应用前景。为系统评估生物炭对农田土壤碳汇和温室效应的影响，本研究采用Meta分析整合了中国知网中204篇（1079个试验组）关于生物炭施入农田土壤后土壤有机碳（SOC）及温室气体排放相关指标变化的文献研究结果。结果表明，生物炭施入土壤后显著增强了土壤碳汇功能，SOC及其不同碳组分均显著增加，SOC增幅达47.97%，可溶性有机碳和微生物量碳分别增加17.99%和27.45%，不同粒级团聚体中的有机碳含量增幅介于13.63%～62.41%，其中< 0.053 mm团聚体的增幅最高。其次，生物炭施入农田土壤后有明显的减排效应，土壤氧化亚氮和甲烷排放量分别降低了23.7%和21.27%，虽然二氧化碳排放量增加了20.28%，但土壤温室气体排放全球增温潜势降低了9.7%，此外，土壤有机碳累积矿化速率也显著降低。总之，生物炭施用可显著促进农田土壤的增汇减排作用，其广泛应用不仅有利于农田土壤的改良，更有利于“碳达峰，碳中和”目标的早日实现。

关键词：生物炭；土壤固碳；温室气体排放；Meta分析

中图分类号：X144 文章标志码： A 文章编号：1001-2443（2024）05-0422-08

引言

生物炭或生物质炭 （以下统称“生物炭”） 是黑碳的一种，通常是指以自然界广泛存在的生物质资源为基础，利用特定的炭化技术，由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的炭质［1］。生物炭研究起源于南美洲巴西亚马逊河流域一种富含黑色物质的土壤 （Terra Preta），考古学家对这些土壤成分分析后发现其中含有人类烧毁的木材和制陶的含碳残余物、农作物残余以及各种动物的骨头残渣等。木炭中黑色的碳被认为是组成Terra Preta的重要成分，它可以在土壤中存在1000年或者更长时间，且它的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃［2］。Terra Preta的发现吸引了大量学者的研究，生物炭开始出现在大众的视野，其研究与应用也变得越来越广泛。将作物秸秆、畜禽粪便、树木枝条等农林废弃物经高温炭化裂解技术制成生物炭，以返还农田提升耕地质量、实现碳封存，成为生物质废弃物主要应用方向之一［3］。已有研究证实，生物质炭施用能够显著改善土壤肥力、增加作物产量［4-7］，同时降低农田温室气体排放［8-9］。因此，生物炭还田在提高土壤质量、增加粮食产量以及应对全球气候变化等方面具有重要作用。

近年来，生物炭已成为国内外研究的热点。生物炭具有含碳量高、不易于分解、疏松多孔等特性，使其施入土壤后对土壤容重、含水量、孔隙度、阳离子交换量、养分含量等产生一定影响，从而直接或间接地影响土壤微生态环境。生物炭施用于农田土壤，在有效改良土壤的同时，也可以增强土壤的碳汇功能。高尚志等［10］对种植大豆暗棕壤施用三种剂量的生物炭，发现与未添加生物炭处理相比，施用生物炭提高土壤有机碳（SOC）含量16.5%～32.4%。此前多项研究也发现生物炭施用可显著提高土壤SOC含量［4-6］。此外，生物炭施用后土壤中 > 2 mm、2～0.25 mm、0.25～0.053 mm和 <0.053 mm团聚体中的矿物结合态有机碳分别显著提高14.68%～15.96%、11.51%～17.59%、9.80%～20.55%和16.56%～64.21%［10］。生物炭可以改善土壤微生物的基本活动，改变土壤结构和理化性质及团聚体稳定性，进而提高土壤肥沃度，增加作物产量质量。于衷浦等［11］通过研究化肥减量配施生物炭基肥对玉米产量及土壤温室气体排放特征的影响，发现化肥减量20%配施生物炭基肥可降低温室气体累计排放量、综合增温潜势和温室气体排放强度，同时增加玉米产量。生物炭单独或和其他物质混在一起进行土壤改良，被广泛用于缓解环境污染、减少温室气体排放等方面。稻田是甲烷（CH4）的主要排放源之一，一些研究证实生物炭输入对稻田甲烷的吸收有明显的促进作用［9，12-13］。此外，农田生物炭的输入对氧化亚氮（N2O）排放的影响在不同研究中也表现出较大的变异性［12-14］。但也有部分研究发现生物炭施用加剧了土壤温室气体排放［7］。我国幅员辽阔，在经纬度、海拔、土壤等因素的影响下，不同地区的生物炭施用造成的土壤碳库和温室气体排放变化必然有所不同。因此，准确评估生物炭施用对我国土壤碳库和减排潜力的影响，对农业生产的可持续发展具有重要的理论和实践指导意义。目前对生物炭影响农田温室气体排放的田间试验数据报道较多，但综合定量考虑生物炭对土壤增汇减排效应的影响鲜有报道。

Meta分析是用于比较和综合针对同一科学问题研究结果的统计学方法，起源于医学研究领域。通过整合所有相关研究，Meta分析可更准确地评估研究处理的效果，且有利于分析不同研究结果的一致性及研究间的差异。1998年，彭少麟和唐小焱在国内首次将Meta分析引入生态学领域，随后，Meta分析被越来越多地用于解决各种生态学问题［15-16］，尤其在研究对土壤有机碳的影响方面，被认为是最好的数量综合方法［17］。目前国内已有研究运用Meta分析调查生物炭理化性质等因素对作物产量及温室气体减排的影响［18-19］，但相关研究或仅关注土壤碳汇，或仅关注温室气体排放方面的影响，对其增汇减排效应的系统、综合调查仍未见报道。此外，尽管多数研究发现施用生物炭可显著增加土壤碳汇，但也有研究发现施用生物炭导致二氧化碳（CO2）排放显著增加［7］，其综合的固碳减排效应仍有待全面深入的分析。由此，为全面了解生物炭对土壤增汇减排效应的影响，本研究运用Meta分析方法，综合分析生物炭对土壤碳汇和温室气体排放相关的研究结果，包括其对土壤有机碳及其不同组分，不同温室气体排放量，土壤碳矿化速率等的影响，旨在科学、准确地揭示生物炭在增加土壤碳汇及降低温室效应等方面的作用，评估生物炭在固碳减排方面应用潜力，为实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标及我国生物炭产业化及其合理应用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 数据选取

通过检索中国知网收录的相关中文期刊论文并进行数据搜集，文献检索于2022年4月14日进行，期刊来源为EI来源期刊、CSCD期刊和北大核心期刊，非上述数据库收录的期刊和硕博论文等其他形式的文献未纳入研究范围。依照“主题”进行文献检索，检索关键词为“生物质炭”或“生物炭”“土壤”“碳”或“温室气体”。共检索到464篇目标文献。

根据Meta分析及研究基本要求，对目标文献进行筛选，文献纳入标准包括：（1） 实验中必须有严格的处理和对照，处理组为施用生物炭处理，对照组为不施生物炭处理；（2） 文献中清楚详细地描述了试验设计、生物炭施用量等基本信息；（3） 处理组和对照组除生物炭处理外，其他试验条件一致；（4） 文献研究中每一个试验处理的重复数必须大于2；（5） 必须报道了标准误 （SE）、标准差 （SD） 或置信区间。

1.2 数据库建立与数据分类

根据以上条件进行文献筛选后，最终获得204篇有效文献，从所得文献中逐一提取以下数据：

（1） 试验前后土壤碳库指标：SOC含量、可溶性有机碳（DOC）含量、微生物量碳（MBC）及土壤团聚体有机碳含量。

（2） 试验前后土壤有机碳矿化程度指标：土壤有机碳累积矿化量、土壤有机碳累积矿化率。

（3） 温室效应相关指标：CO2排放、CH4排放、N2O排放、全球增温潜势 （GWP）。

（4） 生物炭的相关指标：生产原料、炭化温度、施用量、施用年限、制备方法等。

在数据提取过程中，图表类数据利用 Get Data Graph Digitizer （v2.24） 软件转化。共获得有效数据1079对，每组数据均包含相应的SD。如果文献中给出的是SE，则根据下式进行转换 （样本量为n）。

[SD=SEn]

如果文献中未标注SD和SE，只报道了置信区间，则根据下式将置信区间转化成SD （以95%置信区间为例）：（[区间上限-区间下限）×n/（1.96×2]）。

数据提取过程中，对文献中提取的数据进行标准化处理，将SOC和团聚体有机碳单位统一为g/kg，将温室气体排放单位统一为g/m²/d，如果文献以重量标准衡量温室气体，以土壤容重1.5 g/cm³计算，1 kg土壤转化为20 cm的土壤面积为1/300 m²，DOC、MBC和土壤总有机碳累计矿化量单位统一为mg/kg。土壤水稳性团聚体为采用湿筛法测定的数据，分为4种粒径类型，分别是> 2 mm、0.25～2 mm、0.25～0.053 mm和< 0.053 mm的土壤团聚体。

1.3 全球增温潜势的计算

采用 GWP （全球增温潜势，glocal warming potential）来评价生物炭的施用对CO2、CH4和N2O排放的综合影响。根据IPCC第六次报告，100年的时间尺度下，CH4和N2O的增温潜势分别是CO2的 27 倍和 273 倍［21］。对于未直接报道GWP数据，但报道了上述三种主要温室气体排放量数据的文献，采用上述系数计算对应的增温潜势及GWP。

1.4 数据分析

本研究的原始数据均来自检索文献，不同研究之间具有独立性，符合整合分析的要求。每组数据分为对照组CK （不施用生物炭） 和试验组TR （施用生物炭），采用自然对数的响应比 （response ration，简写为R） 作为统计效应量，比较各指标在生物炭施用前后变化。

lnR=lnTR/CK （2）

如果TR和CK均为正态分布且CK不等于零时，lnR也为近似正态分布，其方差为

[θ=S2TRnTRTR+S2CKnCKCK] （3）

式中：STR和SCK分别表示处理组和对照组的标准差；nTR和nCK分别表示处理组和对照组的样本量。本文研究采用R语言 （v4.1.3） 的metafor包进行Meta分析［22-23］。

Meta分析的结果用施加生物炭相对于不施生物炭的变化量即百分比，即 （eR-1） × 100%来表示［24］。负值代表施加生物炭后该指标降低，正值代表施加生物炭后该指标增加，同时，分析结果给出了相应指标变化量的95%置信区间。Meta分析采用随机效应模型，如果异质性检验（Q检验）对应的p值小于0.05，则认为所分析数据组内有显著差异，有必要进一步开展亚组分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭的研究趋势

对检索到的464篇相关期刊论文进行统计分析，得出我国学者在生物炭增汇减排方面发表的期刊论文数量变化如图1所示。相关期刊论文发文量在2009年和2010年仅1篇，至2016年达62篇，呈现明显上升的趋势，随后保持稳定，2021年发文量为63篇。这说明在生物炭被认识和研究之初，学者们对于生物炭的研究热度迅速上升，并在之后一直保持着高度关注的状态。

2.2 施用生物炭对土壤碳库的影响

已有研究证明了土壤中施加生物炭会增加土壤碳含量，起到固碳增汇的作用。本研究进一步从土壤碳库的SOC、DOC和MBC含量三方面，对前人的研究结果进行汇总分析，获得有关SOC、DOC和MBC的试验数据分别为716组，140组和345组，分别涉及121篇，37篇和59篇文献，其中，SOC、DOC和MBC的总样本量分别为2470、558和1113个。

在716组SOC相关数据中，仅有43组数据表明施用生物炭后SOC降低，其余673组数据均表明施用生物炭可增加SOC含量。与不施用生物炭相比，施用生物炭平均可增加SOC达47.97% （43.80%～52.27%，p < 0.0001）。在有关DOC的140组数据中，有106组数据表明施用生物炭可增加DOC含量，仅有34组数据发现DOC降低，Meta分析结果表明施用生物炭可使DOC增加17.99% （13.19%～23.00%，p < 0.0001）。有关MBC的345组数据中，有297组数据表明施用生物炭可增加MBC，48组实验的结果与此相反，施用生物炭后MBC可增加27.45% （23.17%～31.87%，p < 0.0001）。

2.3 施用生物炭对土壤水稳性团聚体中有机碳含量的影响

本研究共收集到团聚体有机碳含量相关试验数据57组，共有177个样本，涉及6篇文献。57组试验中有56组发现团聚体有机碳在施加生物炭后增加，仅1组降低。与不施生物炭相比，添加生物炭处理的各粒级土壤团聚体有机碳含量均显著增加，其中 > 2 mm团聚体有机碳含量增加22.32% （12.88%～32.54%，p < 0.0001），0.25～2 mm团聚体增加13.63% （9.01%～18.46%，p < 0.0001），0.053～0.25 mm团聚体增加42.97% （22.36%～67.06%，p < 0.0001），< 0.053 mm团聚体有机碳含量增幅最大，增加62.41% （21.91%～116.36%，p = 0.0009）。

2.4 施加生物炭对土壤有机碳累积矿化量和矿化率的影响

共9篇文献报道了生物炭施用后土壤有机碳矿化情况的相关数据，共提取到数据结果74组，241个样本，其中有26组数据表明施加生物炭后土壤有机碳累积矿化量和矿化速率增加，而48组表明土壤有机碳累积矿化量和矿化速率降低（图4）。与不加生物炭相比，施加生物炭的土壤有机碳累积矿化量降低1.42% （-8.22%～5.87%，p = 0.69），变化不显著，而累积矿化速率显著降低，降幅19.68% （-31.68%～-5.56%，p = 0.008）。

2.5 施加生物炭对土壤温室气体排放及全球增温潜势的影响

通过收集生物炭影响温室气体CO2、CH4和N2O排放以及GWP的文章数据，运用Meta分析方法对施加生物炭前后温室气体排放和GWP的变化量进行了研究 （图5）。

共检索到涉及CO2的研究文献24篇，提取到试验数据109组，共521个样本，其中有80组数据表明施加生物炭后CO2排放量增加，29组数据CO2排放量降低。Meta分析结果表明施加生物炭之后，CO2的排放量显著增加20.28% （p = 0.0002） （图5） 。

有29篇文献报道了CH4相关的试验数据，共提取到112组数据，样本量达535个，其中有30组数据表明施加生物炭后CH4的排放量增加，82组数据表明CH4排放量降低。Meta分析表明施加生物炭降低了CH4的排放量，降低幅度为21.27% （p = 0.0011）。

从提取到的有关N2O排放量的147组数据 （644个样本） 来看，有28组数据表明土壤施加生物炭后N2O排放量升高，119组N2O排放量降低。Meta分析结果表明生物炭施加后N2O排放量显著降低，降低幅度为23.70% （p < 0.0001）。

共收集到GWP相关数据29组，277个样本，其中有6组数据表明施加生物炭之后GWP增加，23组数据GWP降低。Meta分析表明生物炭施用导致GWP降低9.7% （p = 0.0044）。

3 讨论

3.1 生物炭对土壤碳库及其组分的影响

本研究表明，生物炭添加能够提高土壤中SOC、DOC和MBC含量，这与生物炭本身含有一定量的有机碳有关［25］，生物炭施入农田土壤后，可直接提高SOC含量，而且生物炭自身性质稳定，不易被矿化［26］，可有效提升SOC含量。此外，生物炭与SOC结合后可以降低有机碳的生物活性，提高其氧化稳定性。生物炭表面有大量的孔隙，可以吸附土壤中原有的有机碳，从而把微生物和有机物分离开，形成物理隔离，这样就降低了微生物对有机碳的分解利用，这些作用都有利于SOC的积累［27］。

土壤中DOC的增加可能与生物炭施用后SOC含量增加有关，SOC含量升高后，其水溶性成分自然增多，已有许多研究观察到土壤中的DOC含量随SOC升高而升高［28-29］。施加生物炭后土壤中MBC含量的增加可能有以下两点原因：1） 生物炭较大的孔隙结构及其施入土壤后对土壤结构的改善，为微生物生长提供了养分和生存空间，促进了微生物的生长繁殖，提高土壤中微生物量。2） 生物炭施用后对土壤的改良作用促进了作物的生长，例如生物炭作为一种内、外表面积极大和具有丰富官能团的碱性物质，能够中和土壤中的酸性离子，提高土壤pH［12］，降低土壤中吸附态金属的解吸量和重金属的利用率，为植物提供良好的生存环境。这可能会增加作物的总根长和总表面积［30］，导致作物的根系分泌物或残留于土壤中的根系增加，为土壤微生物的生长繁殖提供了更多的营养物质，从而提高MBC含量。

土壤团聚体作为土壤的基本结构单位，决定着土壤的诸多性质。生物炭的施加可改善土壤理化性质，提高土壤团聚体稳定性，降低土壤密度以及容重等。Meta分析结果表明，生物炭的施加对各粒级土壤团聚体有机碳含量的增加均有促进作用。各粒级团聚体的数量分布和空间排列方式决定了土壤孔隙的分布和连续性，进而决定了土壤的水力性质和通透性能，并影响土壤生物的活动和养分的保持与供应［31-32］。本研究中微团聚体的SOC含量增加最为显著，这可能是由于生物炭较土壤中的其他有机碳组分更易嵌入土壤微团聚体中，从而提升其有机碳含量［33］。另外，生物炭中芳香族碳含量较高，且易于与原生有机质结合，这有利于增强有机质的惰性，提高土壤团聚体的凝聚作用［34］。

土壤有机碳矿化是土壤微生物为获取化学能量和营养物质，满足自身新陈代谢和生长繁殖等需求的结果，是SOC周转的重要过程和土壤温室气体排放的主要来源。土壤有机碳的矿化作用变化也能很好的说明生物炭施用后对土壤碳库的影响。生物炭的施用不仅改善了土壤的理化性质，其特有的复杂孔隙结构和丰富的表面形态特征能够包裹和吸附土壤中的有机碳，提高有机碳对微生物降解的抵抗能力，对土壤本底有机碳的矿化起到抑制作用［26］，从而降低了土壤有机碳矿化量。此外，生物炭也可吸附土壤中的酶和有机物，这些有机物进入生物炭孔隙中被保护起来，外界微生物不易进入分解，进而使土壤有机碳矿化受到抑制。

3.2 生物炭对温室气体排放的影响分析

CO2、CH4和N2O作为最重要的温室气体，对温室效应的贡献率占了近80%［35］。本研究发现，生物炭施用后对土壤中不同温室气体排放的影响效应不一，主要表现为CO2的排放量增加，而N2O和CH4排放量降低。尽管生物炭对其影响效应不一，但通过分析生物炭对GWP的影响可以判断其温室效应究竟如何，本研究发现生物炭的施加显著降低了GWP，对温室气体减排有积极作用，这与前述的有机碳含量增加和矿化速率降低的结果一致，说明生物炭总体上是有利于土壤增汇减排的。生物炭施用后不同温室气体的变化趋势差异主要是由于生物炭对其影响机制存在明显差异。

目前，国内外关于生物炭还田对CO2排放的影响还未形成统一结论。本研究表明，生物炭的施加使CO2的排放增加了约20.28%，生物炭还田引起CO2排放的效果为正效应，其原因可能是由于生物炭的施用改善了土壤理化性质，为微生物的生长和有机物消耗提供了有利条件，从而增加了CO2排放［36］。生物炭还田后，其中一些活性成分会被微生物分解，从而促进CO2排放增加。这与杨世梅等［8］研究发现生物炭的输入提高了土壤的呼吸速率，加快了腐殖质的分解，促进了CO2释放，以及刘丽君等［14］研究发现施用玉米秸秆生物炭促进了CO2产生的结果一致。江明华等［36］认为低稳定性的生物炭，对CO2的排放具有正激发效应。对于何种理化性质的生物炭以及何种类型的土壤性质才能实现生物炭对CO2的减排，仍需进一步研究。

与CO2排放量变化不同，本研究发现施加生物炭降低了约21.27%的CH4排放和约23.7%的N2O排放。与对CO2排放的影响作用类似，生物炭对N2O和CH4排放的影响主要与生物炭性质、土壤及其与氮肥的交互作用有关［37-38］。研究表明，生物炭施入土壤后，可改善土壤物理性状，尤其是对田间透气持水量产生正效应，可提高CH4的吸收量，减少CH4的生成。Karhu等［39］发现生物炭施用后，田间持水量增加了11%，土壤对CH4的吸收增加了96%，所以生物炭可能通过调控土壤水分含量而影响CH4排放量。此外，生物炭施用后破坏了土壤中存在的一些严格的厌氧环境，从而破坏了产甲烷菌的生存环境，导致甲烷氧化菌的多样性和活性增加，促进了土壤中CH4的氧化，进而减少CH4的排放［9］。

土壤中N2O产生的来源具多样性，而其中大部分都是由微生物硝化、反硝化途径以及硝酸盐异化作用贡献的［37］。生物炭施用后对田间透气持水量产生正效应，从而影响微生物群落，对土壤的硝化和反硝化作用产生直接或间接的影响，进而降低N2O排放。生物炭中碱性物质与土壤中阴离子结合，提高土壤pH，同时增加N2O还原酶的活性，减少了N2O/N2的产生比例，降低N2O的产率。此外，生物炭可能促进了NH4+-N和NO3--N的固定，王紫君等［12］通过田间试验发现生物炭显著降低了土壤NH4+-N和NO3--N的含量，从而减少了N2O排放。生物炭由于其自身的电子穿梭功能，可促进稻田土壤中硝酸盐异化还原为铵的过程和相关微生物功能基因的表达，进而增加稻田土壤中的氮保留，减少N2O排放［40］。

尽管生物炭影响不同温室气体排放的机制不同，但也有部分影响效应是统一的。例如生物炭的多孔性会增强对温室气体的吸附，从而减少其排放量，但这种吸附作用具有时效性，随着土壤的动态变化，温室气体可能被重新释放［41］。其次，最新研究发现生物炭在田间老化后，表面形成有机-矿物复合体，从而增强颗粒物理稳定性，进而形成明显的“土盔甲”效应，可显著减少土壤温室气体的排放，但新鲜生物炭的这种减排效应并不明显［42］。此外，土壤微生物的活动驱动着温室气体的排放，但目前生物炭对土壤微生物的影响研究仍十分不足。一方面生物炭施用后土壤理化性质的改善和对植物生长的促进作用，可明显促进土壤微生物活性；另一方面，生物炭对有机质的吸附和隔离保护，减少了部分微生物的可利用营养物质。此外，不同生物炭的属性差异明显，也会对微生物群落产生不同的影响。可以明确的是生物炭必然会对土壤微生物群落结构产生重要影响，且这一过程是十分复杂且受环境条件显著影响的，由于不同的温室气体排放过程可能由不同的微生物类群主导，所以仍需要针对具体的生态过程开展深入研究，尤其是对具体的功能类群及其对应功能变化方面。

3.3 关于Meta分析

本研究中所有指标效应量计算过程中的异质性检验均显著，说明不同研究中存在明显的异质性，需要进行进一步的亚组试验以揭示不同研究间产生异质性的原因。本研究搜集了生物炭的相关指标，用于对土壤碳库、土壤有机碳矿化程度和温室效应相关指标进行亚组分析，以揭示其在不同研究中结果存在差异的原因，但采用搜集的所有生物炭相关指标进行亚组分析，均未能发现不同亚组间相关指标变化量的显著差异，因此，未能揭示具体的异质性原因，结果部分也未具体展示相关数据和分析结果。这说明不同研究间的异质性很可能是由本研究所搜集数据之外的其他试验因素差异带来的，如土壤类型、气候条件、作物类型等。此外，由于部分指标搜集到的数据量较少，如GWP和水稳性团聚体有机碳，不宜进行亚组分析，也一定程度上限制了本研究对相关机制的深入揭示。

4 结论

通过对国内开展的关于生物炭的土壤增汇减排效应方面的研究进行整合分析发现，生物炭施加不仅可以提高土壤碳库不同组分的含量，增强土壤碳汇功能，还可以有效减少温室气体排放，对缓解全球温室效应有着积极作用。在农业生产和生态修复中合理施用生物炭，充分挖掘其应用潜力，对早日实现“碳达峰，碳中和”双碳目标有重大意义。未来研究应进一步深入揭示生物炭的增汇减排机制，为其合理应用提供更有力的理论支撑。

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Impact of Biochar Application on Soil Carbon Sink and Greenhouse Gas Emissions of Farmlands in China： a Meta-Analysis

ZHOU Jing-wen， XIANG Qin-pei， XIANG Jin-jin， ZHOU Zi-qing， LI Jia-qi， XU Shang-qi， ZHOU Ji-hai

（Collaborative Innovation Center of Recovery and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Wanjiang Basin Co-founded by Anhui Province and Ministry of Education， School of Ecology and Environment， Anhui Normal University， Wuhu 241002， China）

Abstract： Biochar， as a soil amendment， has significant effects on soil carbon sequestration and greenhouse gas emissions， making it has great application prospects in agriculture and ecological restoration. To systematically evaluate the impact of biochar on soil carbon sequestration and greenhouse effects， this study conducted a Meta-analysis by integrating 204 articles （with a total of 1，079 experimental groups） from the China National Knowledge Infrastructure （CNKI） database concerning changes in soil organic carbon （SOC） and related greenhouse gas emission indicators after biochar application. The results indicated that the addition of biochar significantly enhanced soil carbon sequestration， with a significant increase observed in SOC and its carbon components. The increase in SOC was approximately 47.97%， while soluble organic carbon and microbial carbon increased by 17.99% and 27.45%， respectively. The organic carbon content in different particle-size aggregates increased by 13.63% to 62.41%， with the highest increase observed in aggregates <0.053 mm. Moreover， biochar application in farmland resulted in significant emissions reduction， with emissions of nitrous oxide and methane decreasing by 23.7% and 21.27%， respectively. Although carbon dioxide emissions increased by 20.28%， the global warming potential of soil greenhouse gas emissions decreased by 9.47%. Additionally， the rate of soil organic carbon mineralization was significantly reduced. In conclusion， the application of biochar can significantly promote carbon sequestration and emission reduction in farmland soils， thus， its widespread adoption not only benefits soil improvement but also contributes to the achievement of the "carbon peaking and carbon neutrality" goals.

Key words： biochar; soil carbon sequestration; greenhouse gas emission; Meta analysis

（责任编辑：巩 劼）