生物炭被認(rèn)為是在溫帶草原生態(tài)區(qū)域進(jìn)行碳封存的一種前景途徑。它是通過在有限氧氣條件下，在低于700°C的溫度下對有機物進(jìn)行熱分解而產(chǎn)生的一種熱解碳。通過向土壤添加生物炭，即難降解的碳，已經(jīng)證明可以通過改變土壤的生化特性來減緩農(nóng)業(yè)溫室氣體排放，例如增加陽離子交換容量和減少微生物活動。相對于更易降解的改良劑（如糞便和堆肥），生物炭穩(wěn)定了土壤有機物，因此產(chǎn)生了更高的土壤碳效益。將生物炭應(yīng)用于耕地還經(jīng)常與改善土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量相關(guān)聯(lián)；生物炭通常會提高土壤pH值，并增加植物吸收的養(yǎng)分可利用性。
最近的研究發(fā)現(xiàn)，將生物炭用于動物飼料中可以降低反芻動物產(chǎn)生的甲烷（CH4）排放，從而擴大了其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景。類似地，生物炭-糞便混合物也可以穩(wěn)定糞便有機物，在施用到耕地后產(chǎn)生的氨（NH3）、氧化亞氮（N2O）和甲烷（CH4）排放量更少。Romero等人（2021年）證明，生物炭增加了糞便有機物的難降解性和整體碳封存潛力，但其對糞便有機物礦化的影響大多是未知的。
在草原土壤中，熱解碳可以占總土壤碳的20%至65%。然而，在加拿大中部的耕地上，農(nóng)業(yè)活動通過抑制野火移除了熱解碳，從而改變了其在表層土壤中的循環(huán)。通過添加生物炭等手段恢復(fù)熱解碳水平可能會增加作物產(chǎn)量，特別是在灰泥中，這種土壤由于其固有的低pH和養(yǎng)分供應(yīng)不足而經(jīng)常難以耕種。本研究的目標(biāo)是在64天的室內(nèi)培養(yǎng)期內(nèi)確定糞便改良劑對土壤碳和氮礦化的影響。由于熱解碳的難降解性質(zhì)，研究者們假設(shè)一旦生物炭被圈養(yǎng)牛類排泄出來，它將保留一些性質(zhì)，從而限制微生物活動及其相關(guān)的土壤碳和氮礦化。
本研究進(jìn)行了為期64天的培養(yǎng)實驗，以量化糞便（RM）、生物炭-糞便（BM）、原生生物炭（BC）、RM + BC和BM + BC改良劑對土壤碳（C）和氮（N）礦化的短期影響。結(jié)果顯示，糞便增加了CO2-C排放速率，RM + BC觀察到了最高的累積CO2-C排放量。BM處理可以停止土壤C的礦化，表明糞便-C的穩(wěn)定化。相比之下，RM和BM均不影響土壤N的礦化。因此，長期來看，施用BM可能有利于通過降低CO2排放量來促進(jìn)土壤碳的封存。
土壤采集后，被放置在室溫下進(jìn)行空氣干燥，并通過2mm篩除去植物殘體。然后，樣品被均質(zhì)化處理，并在室溫（22°C）下儲存30天。隨后，樣品在25°C下被放入培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。兩組相同的200g（干重）空氣干燥土壤被稱重并放入500ml的玻璃瓶中。一組保持不動用于二氧化碳（CO2）氣體濃度測量。第二組也保持不動，但在采樣間隔會取出少量樣品用于無機氮分析。兩組都在60% 持水力WHC下預(yù)培養(yǎng)7d，預(yù)培養(yǎng)后立即施加糞便/生物炭改良劑于土樣中。土壤瓶每周取下蓋子10min，以確保培養(yǎng)期間充足的通氣。樣品在此期間被稱重并添加水以保持60% WHC條件。CO2-C通量和無機N、硝酸鹽（NO3-N）和銨態(tài)氮（NH4-N）濃度每3d測量一次（首周），接下來2周每周1次，然后每2周測量1次，持續(xù)測量64天。使用LI-COR LI-8150多通道土壤溫室氣體通量測量系統(tǒng)（LI-COR, Lincoln, NE, USA）進(jìn)行瓶式測量，以量化CO2-C通量。
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