生物炭对土壤氮循环的影响研究进展

分类：论文范文 发表时间：2021-04-20 09:29

　　摘要:在定性资料调研的基础上，基于ISIWebofScience数据库，采用文献计量学方法，针对“生物炭对土壤氮循环的影响”及其分支技术进行文献检索、数据整理、分类以及主题分析，从国际整体研究态势和分支技术主题两个角度探讨了目前国内外生物炭影响土壤氮循环方面的研究进展，并从生物炭对土壤N2O排放、肥料利用率、硝化速率、NH+4/NH3吸附、NO－3吸附以及土壤微生物氮素固持等6个方面的影响进行了详细论述。近年来，生物炭对土壤氮循环的影响研究急剧增温，发文量逐年增加，截止2014年6月，SCI数据库中共检索到2468篇论文。其中，期刊论文2188篇、综述性论文93篇，其它类论文177篇。美国、加拿大、英国等欧美国家在该领域的研究中占有明显优势，而自2010年以来，中国已成为该领域全球第一的年发文大国。发文热点主要集中在生物炭对土壤N2O排放和对氮肥利用率的影响2个方面，占总发文量的73．7%。从6个方面的分支技术主题来看，生物炭的影响作用争议性较大。大部分研究认为，生物炭能够抑制土壤N2O排放、提高氮肥利用率、促进土壤硝化速率、提高土壤对NH+4/NH3和NO－3的固持作用以及土壤微生物氮素固持作用等，但也有研究表明生物炭会促进土壤N2O排放、抑制土壤硝化速率，且不具备NO－3固持能力。这主要与生物炭的类型、老化过程，以及土壤类型及其含水孔隙率等密切相关。总之，探讨了生物炭对土壤氮循环影响的研究动态、热点及主要结论，为深入了解生物炭对土壤理化特性影响的作用机制提供了一定研究思路，为生物炭的农业应用提供了一定借鉴和参考。

　　关键词:生物炭;土壤氮循环;文献计量学

　　科学界对生物炭的研究源于南美亚马逊盆地黑土(TerraPreta)的发现［1］。生物炭是指在无氧或少氧条件下各种生物质(木材、草、玉米秆、麦秆、种壳、粪便、树叶等)经过高温处理，部分生物质转化为油和气后产生的一类富碳产物［2］。生物炭含碳量丰富，具有高度的物理稳定性、生物化学抗分解性［2-3］以及具有较大的比表面积、多孔结构［4］等优良特性，不但有利于农田土壤固持养分，提高养分利用率［5-6］，而且储存于土壤，能大幅度提升土壤碳库，是碳封存的一个重要手段［7-9］。另外，有研究指出生物炭能够减少N2O和CH4等温室气体的排放［10］，Wolf等［11］认为，全面应用生物炭能够削减12%的人为产生温室气体(CO2、CH4、N2O)。

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　　1整体态势分析

　　以ISIWebofScience数据库中全部期刊为检索对象，检索时间截止到2014年6月，检索关键词为“biochar/charcoal/blackchar/blackcarbon”and“nitrogencycling/nitrogen-cycling”，共检索到2468篇论文。其中，期刊论文(Article)2188篇、综述性论文(Ｒeview)93篇，其它类论文177篇。对检索出的文献数据采用美国汤森路透公司文献分析工具Thomsondataanalyzer(简称TDA)和Excel2010进行分析。

　　2分支技术分析

　　生物炭对土壤氮循环的影响体现在对土壤N2O排放、氮肥利用率、硝化速率、NH+4/NH3的吸附、NO－3的吸附以及微生物氮素固持能力的影响等6类分支技术方面，下面从发文量情况和研究进展2个角度进行详细介绍。

　　3展望

　　随着科学界对农业面源污染领域的重视，生物炭在土壤氮循环过程中的作用机制受到越来越多的关注，然而，目前已有的相互矛盾的研究结果，充分表明了目前关于生物炭对土壤氮循环影响了解的知识是极为有限的，还存在许多的不确定性和未解决问题，已有的科学结论和问题需要更进一步的研究来验证和丰富，针对“生物炭对土壤氮循环影响”6个分支主题，作者做了以下几点展望:

　　(1)生物炭具有固碳、减缓全球气候变化和降低温室气体排放等作用，将生物炭对碳氮循环的影响有机结合起来，将为农业发展及环境保护的和谐发展提供可借鉴意义。

　　(2)已有的短、中期试验结果表明施用生物炭能够提高作物肥料利用率，但目前仍缺少长期定位试验的结论，需要大量的长期监测试验。

　　(3)不同的研究者关于“生物炭对土壤硝化速率的影响作用研究”得到的结论不同，缺少关键作用机制的研究。如，生物炭对土壤氮相关功能微生物的主要作用机制是什么，生物炭如何影响其硝化和反硝化反应等关键问题仍没有答案。

　　(4)进一步在大气-土壤-植物生态系统中开展土壤氮素的定性和定量研究，为明确生物炭对土壤微生物氮素固持作用机制提供有力手段。

　　参考文献：

　　［1］LehmannJ，JosephS．Biocharforenvironmentalmanagement:Anintroduction［M］．InLehmannJandJosephS，eds．Biocharforenvironmentalmanagement，scienceandtechnology，London:EarthscanPublicationsLtd．，2009:1-12．

　　［2］XieT，ＲeddyKＲ，WangC，YargicogluE，SpokasK．Characteristicsandapplicationsofbiocharforenvironmentalremediation:Areview．CriticalＲeviewsinEnvironmentalScienceandTechnology，2015，45:939-969．

　　［3］LiangB，LehmannJ，SolomonD，KinyangiJ，GrossmanJ，O'NeillB，SkjemstadJO，ThiesJ，LuizaoFJ，PetersenJ，NevesEG．Blackcarbonincreasescationexchangecapacityinsoils．SoilScienceSocietyofAmericaJournal，2006，70(5):1719-1730．

　　王洪媛，盖霞普，翟丽梅，刘宏斌*

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