Biochar application as a tool to decrease soil nitrogen losses (NH3 volatilization, N2O emissions, and N leaching) from croplands: Options and mitigation strength in a global perspective

生物炭 挥发 浸出(土壤学) 氮气 环境科学 环境化学 氮氧化物 化学 土壤科学 土壤水分 热解 废物管理 工程类 有机化学
作者
Qi Liu,Benjuan Liu,Yanhui Zhang,Tianlong Hu,Zhibin Lin,Gang Liu,Xiaojie Wang,Jing Ma,Hui Wang,Haiyang Jin,Per Ambus,James E. Amonette,Zubin Xie
出处
期刊:Global Change Biology [Wiley]
卷期号:25 (6): 2077-2093 被引量:217
标识
DOI:10.1111/gcb.14613
摘要

Abstract Biochar application to croplands has been proposed as a potential strategy to decrease losses of soil‐reactive nitrogen (N) to the air and water. However, the extent and spatial variability of biochar function at the global level are still unclear. Using Random Forest regression modelling of machine learning based on data compiled from the literature, we mapped the impacts of different biochar types (derived from wood, straw, or manure), and their interactions with biochar application rates, soil properties, and environmental factors, on soil N losses ( NH 3 volatilization, N 2 O emissions, and N leaching) and crop productivity. The results show that a suitable distribution of biochar across global croplands (i.e., one application of <40 t ha −1 wood biochar for poorly buffered soils, such as those characterized by soil pH <5, organic carbon<1%, or clay>30%; and one application of <80 t ha −1 wood biochar, <40 t ha −1 straw biochar, or <10 t ha −1 manure biochar for other soils) could achieve an increase in global crop yields by 222–766 Tg yr −1 (4%–16% increase), a mitigation of cropland N 2 O emissions by 0.19–0.88 Tg N yr −1 (6%–30% decrease), a decline of cropland N leaching by 3.9–9.2 Tg N yr −1 (12%–29% decrease), but also a fluctuation of cropland NH 3 volatilization by −1.9–4.7 Tg N yr −1 (−12%–31% change). The decreased sum of the three major reactive N losses amount to 1.7–9.4 Tg N yr −1 , which corresponds to 3%–14% of the global cropland total N loss. Biochar generally has a larger potential for decreasing soil N losses but with less benefits to crop production in temperate regions than in tropical regions.
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