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研 究 背 景
近日，华中农业大学微量元素研究中心养分调控与资源高效利用团队在生物炭替代钾肥方面的研究中取得新进展，该工作阐明了生物炭与钾肥配施对土壤钾素有效性和微生物功能的长期作用，研究成果发表在环境科学领域TOP期刊Journal of Cleaner Production。
钾（K）是植物生长所必需的大量营养元素之一，在农业生产中起着至关重要的作用。然而，中国70%以上的土壤存在土壤缺钾问题，每年的钾肥施用不能完全补充地上植物生物量去除的钾，从而加剧了土壤钾库亏损。作为生产钾肥的主要原料，钾盐矿是一种不可再生资源。因此，合理地向土壤中补充钾元素对农业的可持续发展至关重要。生物炭是生物质在限氧条件下高温裂解的富碳产物。在热解过程中，大部分生物质中的钾元素能够保留下来。有研究报道，生物炭中可供植物吸收利用的钾占中总钾含量的50%以上。因此，施用生物炭是提高土壤钾素含量的有效手段。此外，土壤微生物在土壤养分循环方面起着重要作用。然而，目前关于长期条件下生物炭和钾肥联合施用对土壤钾库动态和微生物群落影响的研究较少，土壤钾素有效性，有机碳组分以及微生物功能之间的联系需要进一步探索。
研 究 内 容
团队基于四年的盆栽试验，设置四种钾肥施用量（分别为常规钾肥的0%、60%、80%和100%）和两种生物炭施用率（0%和2%），并利用高通量测序和GeoChip技术，研究了微生物对土壤有机碳和钾库变化的反应。结果表明，生物炭施用4年后仍可以替代40%的钾肥。生物炭和常规钾肥的同时施用使土壤有效钾含量增加了192.3%，促进了柑橘的生长。添加生物炭对土壤有机质、腐殖质组分和芳香族C组分有显著影响。与碳循环相关的土壤酶活性提高了31.9%-84.4%。此外，在生物炭和钾肥联合施用的土壤中，观察到微生物群落的改变、细菌多样性的提高和微生物碳源利用能力的增强。生物炭和钾肥的共同施通过提高土壤钾的有效性，从而使微生物的有机碳降解功能增加了35.2%。总的来说，长期共同施用生物炭和钾肥不仅能够缓解植物钾营养缺乏，而且有利于碳固存，从而有利于促进农业的可持续发展。
图2 生物炭与钾肥联合施用对土壤钾素和碳库的影响
华中农业大学微量元素研究中心已毕业博士研究生夏浩和在读博士研究生王吉元为论文共同第一作者，姜存仓教授为通讯作者，Muhammad Riaz副教授，刘波副研究员，博士研究生Saba Babar、李宇轩、王响玲和夏晓阳参与了该研究。本研究得到国家自然科学基金（42167042），国家重点研发计划项目（2023YFD1700204）和国家重点研发计划项目（2023YFD1900904）资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143211
精 彩 回 顾
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