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CARR:长期施用生物炭影响根际磷及其伴生铁和硫的转化

发表时间:2024-04-29 14:19

文章信息

**作者: 袁佳慧

通讯作者:王慎强& 汪玉

通讯单位:中国科学院南京土壤研究所

期刊:Carbon Research

DOI:10.1007/s44246-024-00109-0


摘要:

长期施用生物炭对土壤磷(P)在水稻(Oryza sativa L)根-土界面的通量及其在根际的可用性的影响尚不清楚。本研究使用薄膜扩散梯度(DGT)、激光剥蚀感应耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)和平面膜极传感器技术,对施用生物炭10年后水稻根际土壤中磷、铁(Fe)、硫(S)和微量元素通量、溶解氧和pH的二维异质性和动态进行了原位表征。与对照(未施用生物炭)相比,以4.5、22.5和45.0 Mg ha−1 yr−1施用的生物炭分别使根际磷通量减少了11.6%、63.4%和79.0%。生物炭处理下磷通量的减少归因于根际土壤中溶解氧降低导致的铁和硫的氧化还原状态改变,以及土壤pH升高引起的可溶性无机磷沉淀为不可为作物吸收的难溶形式,如与钙结合的磷和残余磷。较高施用量的生物炭导致水稻根际中砷(As)和铅(Pb)通量降低,以及作物对它们的可用性降低。在施用生物炭10年后,对水稻根际的微米级原位观测结果直接显示了长期生物炭和根际异质性对磷转化过程的复杂影响。

长期施用(10年)和不施用生物炭的水稻根际磷释放过程的概念图


利用Zr-oxide DGT和平面光极分析仪(PO)分别获取了有效态磷通量的二维空间分布及DO的二维时空变化。


利用Zr-oxide DGT和平面光极分析仪(PO)分别获取了有效态磷通量的二维空间分布及pH的二维时空变化。


在施用生物炭十年后,通过平板膜电极传感器和HR-ZCA DGT 2D成像测量的溶解氧(DO)、pH以及可溶性磷(labile P)、铁(Fe)和硫(S)通量的特征


在本研究中,我们阐明了施用生物炭10年后如何减少水稻根际区的磷可用性。我们认为这些发现归因于溶解氧(DO)衍生的氧化还原活性元素(铁和硫)的形态变化,以及pH触发的钙-磷和残余磷的转化。磷、铁和硫的空间分布相似性证明了根介导的氧化还原活性元素形态变化调节了水稻土中磷的转化和释放过程。化学通量在空间分布特性上的一致性及其在生物炭添加下的差异直接展示了生物炭如何影响元素间相互作用的复杂性。结合我们之前的研究成果,生物炭不仅增加了土壤中的钙-磷,还由于磷酸酶活性的刺激,促进了有机磷的水解,最终可能维持作物可吸收的土壤有效磷水平。因此,由于其对土壤磷转化相关生化过程的影响,生物炭可以被视为一种缓释磷肥。然而,重要的是要注意,高施用量的生物炭可能会导致土壤磷积累,因为生物炭中磷含量高。调整生物炭施用量和化学磷肥的使用变得至关重要,以解决这一问题。这将有助于我们更有效地在农业生态系统中利用生物炭资源。


Yuan, J., Chen, H., Chen, G. et al. Long-term biochar application influences phosphorus and associated iron and sulfur transformations in the rhizosphere. Carbon Res. 3, 25 (2024). https://doi.org/10.1007/s44246-024-00109-0


文章链接:

https://link.springer.com/article/10.1007/s44246-024-00109-0


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