近日，浙江大学环境污染防治研究所吴伟祥教授团队的研究成果以“Biochar drives microbially-mediated rice production by increasing soil carbon”为题，在线发表于国际环境科学与生态学领域top期刊Journal of Hazardous Materials （IF=7.65）。论文第一作者为博士生南琼，通讯作者为吴伟祥教授。
我国是水稻生产大国，每年产生的水稻秸秆多达2亿吨。水稻秸秆是一种宝贵的可再生资源，常通过直接还田方式施入稻田以提升土壤肥力。然而，尽管水稻秸秆还田可以向稻田土壤输入丰富的有机质，但是入土的秸秆有机质微生物降解也会显著促进稻田土壤温室气体甲烷的排放量，从而对环境造成负面影响。
生物质炭是生物质在缺氧（或厌氧）条件下通过低温热解生成的一种稳定的有机质。水稻秸秆炭化还田不仅有助于改良土壤、提高水稻产量和土壤碳储量，还可以有效削减稻田土壤温室气体甲烷排放。与国内外普遍采用的高剂量生物质炭还田模式不同，本文提出了一种新型可持续性的低剂量生物质炭逐年还田模式，并通过长期田间试验，实证了这种还田模式对水稻产量的长期增产效应，并揭示了土壤总碳提升对水稻增产的关键作用。
本文以水稻秸秆（8 t ha-1）和水稻秸秆生物质炭（2.8 t ha-1，等量秸秆炭化还田量）为土壤改良剂，对比分析这两种模式的增产效应。研究发现，低剂量生物质炭（2.8 t ha-1）逐年还田模式不仅能够持续4年提升水稻产量，并且具有长期累积效应趋势；分析低剂量生物质炭逐年还田模式具备长期良好的增产效应机理主要可能是由于生物质炭添加有助于土壤总碳（TC）、总氮（TN）以及有效态钾（K）和镁（Mg）含量逐年累积提升相关。进一步的土壤细菌网络结构分析发现，土壤总碳的含量与细菌群落结构的稳定性显著相关，生物质炭输入稻田对土壤环境微生物生态系统的干扰更小。这项研究结果表明，采用低剂量生物质炭逐年还田模式不仅可以实现水稻可持续稳产增产效果，而且具有比传统秸秆直接还田更好的环境效益。
图2 生物质炭对土壤细菌群落结构的影响
该研究成果受国家自然科学基金面上项目，浙江省自然科学基金支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121680
