AbstractSoil amendment with biochar

Abstract
Soil amendment with biochar is evaluated globally as a means to improve soil fertility and to mitigate climate change. However, the effects of biochar on soil biota have received much less attention than its effects on soil chemical properties. A review of the literature reveals a significant number of early studies on biochar-type materials as soil amendments either for managing pathogens, as inoculant carriers or for manipulative experiments to sorb signaling compounds or toxins. However, no studies exist in the soil biology literature that recognize the observed large variations of biochar physico-chemical properties. This shortcoming has hampered insight into mechanisms by which biochar influences soil microorganisms, fauna and plant roots. Additional factors limiting meaningful interpretation of many datasets are the clearly demonstrated sorption properties that interfere with standard extraction procedures for soil microbial biomass or enzyme assays, and the confounding effects of varying amounts of minerals. In most studies, microbial biomass has been found to increase as a result of biochar additions, with significant changes in microbial community composition and enzyme activities that may explain biogeochemical effects of biochar on element cycles, plant pathogens, and crop growth. Yet, very little is known about the mechanisms through which biochar affects microbial abundance and community composition. The effects of biochar on soil fauna are even less understood than its effects on microorganisms, apart from several notable studies on earthworms. It is clear, however, that sorption phenomena, pH and physical properties of biochars such as pore structure, surface area and mineral matter play important roles in determining how different biochars affect soil biota. Observations on microbial dynamics lead to the conclusion of a possible improved resource use due to co-location of various resources in and around biochars. Sorption and thereby inactivation of growth-inhibiting substances likely plays a role for increased abundance of soil biota. No evidence exists so far for direct negative effects of biochars on plant roots. Occasionally observed decreases in abundance of mycorrhizal fungi are likely caused by concomitant increases in nutrient availability, reducing the need for symbionts. In the short term, the release of a variety of organic molecules from fresh biochar may in some cases be responsible for increases or decreases in abundance and activity of soil biota. A road map for future biochar research must include a systematic appreciation of different biochar-types and basic manipulative experiments that unambiguously identify the interactions between biochar and soil biota.

Highlights
► Microbial biomass in most cases increases in the presence of biochar. ► Notable exceptions are mycorrhizae in situations of abundant nutrient supply. ► No direct negative effects of biochars on roots have been detected. ► Critical to further advances is the recognition and reporting of the diversity of biochars.

Keywords
Activated carbon; Biochar; Black carbon; Charcoal; Fauna; Microorganisms; Roots
1. Introduction
Biochar is the product of thermal degradation of organic materials in the absence of air (pyrolysis), and is distinguished from charcoal by its use as a soil amendment (Lehmann and Joseph, 2009). Biochar has been described as a possible means to improve soil fertility as well as other ecosystem services and sequester carbon (C) to mitigate climate change (Lehmann et al., 2006, Lehmann, 2007a, Laird, 2008 and Sohi et al., 2010). The observed effects on soil fertility have been explained mainly by a pH increase in acid soils (Van Zwieten et al., 2010a) or improved nutrient retention through cation adsorption (Liang et al., 2006). However, biochar has also been shown to change soil biological community composition and abundance (Pietikäinen et al., 2000, Yin et al., 2000, Kim et al., 2007, O’Neill et al., 2009, Liang et al., 2010, Grossman et al., 2010 and Jin, 2010). Such changes may well have effects on nutrient cycles (Steiner et al., 2008b) or soil structure (Rillig and Mummey, 2006) and, thereby, indirectly affect plant growth (Warnock et al., 2007). Rhizosphere bacteria and fungi may also promote plant growth directly (Schwartz et al., 2006 and Compant et al., 2010). The possible connections between biochar properties and the soil biota, and their implications for soil processes have not yet been systematically described.

The effectiveness of using biochar as an approach to mitigate climate change rests on its relative recalcitrance against microbial decay and thus on its slower return of terrestrial organic C as carbon dioxide (CO2) to the atmosphere (Lehmann, 2007b). Both the composition of the decomposer community as well as metabolic processes of a variety of soil organismal groups may be important in determining to what extent biochar is stable in soils, as is known for wood decay (Fukami et al., 2010). Changes in microbial community composition or activity induced by biochar may not only affect nutrient cycles and plant growth, but also the cycling of soil organic matter (Wardle et al., 2008, Kuzyakov et al., 2009 and Liang et al., 2010). In addition, biochar may change emissions of other greenhouse gases from soil such as nitrous oxide (N2O) or methane (CH4) (Rondon et al., 2005, Yanai et al., 2007, Spokas and Reicosky, 2009, Clough et al., 2010, Singh et al., 2010, Zhang et al., 2010 and Taghizadeh-Toosi et al., 2011). Such changes may either reduce or accelerate climate forcing. The driving processes are still poorly identified (Van Zwieten et al., 2009). A more rapid mineralization of indigenous soil C or greater emission of other greenhouse gases as a result of biochar additions may counteract the benefits of reduced emissions elsewhere in the life cycle of a biochar system. A systematic examination of the ways in which different microbial and faunal populations may play a role in these biogeochemical processes is still lacking.

Biochar may pose a direct risk for soil fauna and flora, but could also enhance soil health. Biochar addition may affect the soil biological community composition as demonstrated for the biochar-rich Terra preta soils in the Amazon (Yin et al., 2000, Kim et al., 2007, O’Neill et al., 2009 and Grossman et al., 2010), and has been shown to increase soil microbial biomass (Liang et al., 2010, O’Neill et al., 2009 and Jin, 2010). Whether the abundance of microorganisms increases or not, as discussed for mycorrhizal fungi (Warnock et al., 2007), is likely connected to the intrinsic properties of both biochar and the soil. Biochar properties vary widely and profoundly; not only in their nutrient contents and pH (Lehmann, 2007a), but also in their organo-chemical (Czimczik et al., 2002 and Nguyen et al., 2010) and physical properties (Downie et al., 2009). The role of biochar in soil biological processes therefore represents a frontier in soil science research, with many unexplained phenomena awaiting exploration. Recent advances in our understanding of biochar warrant an evaluation of the relationship between its properties and its impact on the soil biota.

In this paper, we critically examine the state of knowledge on soil populations of archaeans, bacteria, fungi, and fauna as well as plant root behavior as a result of biochar additions to soil. We develop concepts for a process-level understanding of the connection between biochar properties and biological responses, discuss the ramifications of such changes for biogeochemical processes in soil, and develop a road map for future research.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นามธรรม
แก้ไขดินกับ biochar จะประเมินทั่วโลกเป็นวิธีการ เพื่อปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน และลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของ biochar บนดินสิ่งได้รับความสนใจมากน้อยกว่าผลของคุณสมบัติทางเคมีของดิน จากการทบทวนวรรณกรรมพบจำนวนมากศึกษาต้น biochar ชนิดวัสดุเป็นแก้ไขดิน การจัดการโรค เป็น inoculant สายการบิน หรือ สำหรับการทดลองปฏิบัติการ sorb ตามปกติสารหรือสารพิษ อย่างไรก็ตาม ศึกษาไม่มีอยู่ในวรรณคดีชีววิทยาดินที่รู้จักรูปแบบขนาดใหญ่สังเกตคุณสมบัติ biochar ดิออร์ นี้คงได้ขัดขวางความเข้าใจในกลไก โดย biochar ซึ่งอิทธิพลของดินจุลินทรีย์ รากพืชและสัตว์ จำกัดการตีความหมายของ datasets หลายปัจจัยเพิ่มเติมคือ คุณสมบัติดูดสาธิตอย่างชัดเจนที่รบกวนกระบวนการสกัดมาตรฐานดินชีวมวลจุลินทรีย์หรือเอนไซม์ assays และผล confounding ต่าง ๆ แร่ธาตุ ในการศึกษาส่วนใหญ่ ชีวมวลจุลินทรีย์พบเพิ่มจาก biochar เพิ่ม มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในชุมชนจุลินทรีย์เอนไซม์และองค์ประกอบกิจกรรมที่อาจอธิบายผล biogeochemical biochar รอบองค์ประกอบ โรคพืช และเจริญเติบโตของพืช ยัง น้อยมากเป็นที่รู้จักเกี่ยวกับกลไกผ่าน biochar ซึ่งส่งผลต่อองค์ประกอบมากมายและชุมชนจุลินทรีย์ ผลกระทบของ biochar บนดินสัตว์เข้าใจแม้แต่น้อยกว่าผลของจุลินทรีย์ จากไส้เดือนโดดหลายการศึกษาได้ จึงชัดเจน อย่างไรก็ตาม ที่ปรากฏการณ์ดูด ค่า pH และคุณสมบัติทางกายภาพของ biochars เช่นโครงสร้างรูขุมขน พื้นที่ผิวและเรื่องแร่เล่นบทบาทในการกำหนด biochars แตกต่างส่งผลกระทบต่อดินสิ่งสำคัญ ใน dynamics จุลินทรีย์นำไปสู่ข้อสรุปของการใช้ทรัพยากรได้ดีขึ้นเนื่องจากสถานต่าง ๆ ทรัพยากรใน และ รอบ biochars ดูด และจึงยกเลิกการเรียก inhibiting เติบโตสารอาจมีบทบาทในการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินสิ่ง ไม่ปรากฏหลักฐานอยู่มากสำหรับโดยตรงผลกระทบเชิงลบของ biochars บนรากพืช มีแนวโน้มลดลงบางครั้งพบในเชื้อรา mycorrhizal มากมายที่เกิดจากเพิ่มมั่นใจในความพร้อมธาตุอาหาร การลดความต้องการสำหรับ symbionts ในระยะสั้น ปล่อยของโมเลกุลอินทรีย์จาก biochar สดในบางกรณีอาจรับผิดชอบเพิ่มขึ้นหรือลดลงในความอุดมสมบูรณ์ของดินสิ่ง แผนที่ถนนสำหรับวิจัย biochar ในอนาคตต้องมีเพิ่มระบบแตก biochar และปฏิบัติพื้นฐาน experiments ที่ไม่กำกวมระบุการโต้ตอบระหว่าง biochar และดินสิ่ง

สรุปภาพ
►ชีวมวลจุลินทรีย์ส่วนใหญ่เพิ่มขึ้นในต่อหน้าของ biochar ►สำคัญและข้อยกเว้นคือ mycorrhizae ในสถานการณ์ของธาตุอาหารอุดมสมบูรณ์ ►มีการตรวจพบไม่ตรงผลลบของ biochars ราก ►สำคัญเพื่อก้าวต่อไปคือ การรู้และการรายงานความหลากหลายของ biochars

คำ
คาร์บอน Biochar คาร์บอนสีดำ ถ่าน สัตว์ จุลินทรีย์ ราก
1 แนะนำ
Biochar เป็นผลิตภัณฑ์ของการลดความร้อนของวัสดุอินทรีย์ของอากาศ (ชีวภาพ), และแตกต่างจากถ่าน โดยใช้เป็นการแก้ไขดิน (Lehmann และโจเซฟ 2009) มีการอธิบาย Biochar เท่าที่เป็นไปได้หมายถึง การปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดินรวมทั้งบริการอื่น ๆ ระบบนิเวศ sequester คาร์บอน (C) เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Lehmann และ al., 2006, Lehmann, 2007a, Laird, 2008 และโซฮี et al., 2010) มีการอธิบายผลการสังเกตความอุดมสมบูรณ์ของดิน โดยการเพิ่มค่า pH ในดินเนื้อปูนกรด (Van Zwieten et al., 2010a) หรือปรับปรุงธาตุอาหารคงผ่าน cation ดูดซับ (Liang et al., 2006) อย่างไรก็ตาม biochar มีการแสดงการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบชุมชนชีวภาพดินและความอุดมสมบูรณ์ (Pietikäinen et al., 2000 ยิน et al., 2000, Kim et al., 2007 โอนีลเอ็ด al., 2009 เหลียง et al., 2010, Grossman et al., 2010 และจิน 2010) เปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจมีผลวงจรธาตุอาหาร (Steiner et al ดี, 2008b) หรือดินโครงสร้าง (Rillig และ Mummey, 2006) และ จึง อ้อมมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช (Warnock et al., 2007) ไรโซสเฟียร์แบคทีเรียและเชื้อราอาจยังสนับสนุนพืชเจริญเติบโตโดยตรง (Schwartz และ al., 2006 และ Compant et al., 2010) การเชื่อมต่อได้ระหว่างคุณสมบัติ biochar สิ่งดิน และผลกระทบของพวกเขาสำหรับกระบวนการดินยังไม่ได้อธิบายไว้อย่างเป็นระบบ

ประสิทธิผลของการใช้เป็นวิธีการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอยู่ ใน recalcitrance เป็นญาติกับผุจุลินทรีย์ และ การกลับมาของช้าของอินทรีย์ C ภาคพื้นเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) biochar บรรยากาศ (Lehmann, 2007b) องค์ประกอบทั้งสองของชุมชน decomposer เป็นกระบวนการเผาผลาญของกลุ่ม organismal ดินอาจจะสำคัญในการกำหนดขอบเขต biochar มีเสถียรภาพในดินเนื้อปูน เป็นเป็นหนึ่งในไม้ผุ (Fukami et al., 2010) การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์หรือกิจกรรมที่เกิดจาก biochar อาจไม่ส่งผลกระทบต่อวงจรธาตุอาหาร และพืชเจริญเติบโต แต่ยัง การขี่จักรยานของดินอินทรีย์ (Wardle et al., 2008, Kuzyakov et al., 2009 และเหลียง et al., 2010) , Biochar อาจเปลี่ยนการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ จากดินเช่นมีเทน (CH4) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) (Rondon et al. ปี 2005, Yanai et al., 2007, Spokas และ Reicosky, 2009 คลัฟ et al., 2010, al. สิงห์ร้อยเอ็ด 2010 เตียว et al., 2010 และ Taghizadeh-Toosi et al., 2011) การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจลด หรือเร่งสภาพบังคับได้ กระบวนการขับขี่ที่ระบุยังไม่ดี (Van Zwieten et al., 2009) Mineralization ขึ้นของพื้นดิน C หรือปล่อยก๊าซมากขึ้นของก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ จาก biochar เพิ่มอาจถอนประโยชน์ของการลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ ในวงจรชีวิตของระบบ biochar ยังขาดการตรวจสอบวิธีการที่ประชากรจุลินทรีย์ และ faunal ที่แตกต่างกันอาจมีบทบาทในกระบวนการเหล่านี้ biogeochemical ระบบ

Biochar อาจมีความเสี่ยงโดยตรงในดินที่สัตว์และพืช แต่ยังสามารถเพิ่มสุขภาพดิน Biochar นี้อาจส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบชุมชนชีวภาพดินดังที่แสดงในการรวย biochar Terra preta ดินเนื้อปูนในอเมซอน (ยิน et al., 2000, Kim et al., 2007 โอนีลเอ็ด al., 2009 และ Grossman et al., 2010), และจะเพิ่มชีวมวลจุลินทรีย์ดิน (Liang et al., 2010 โอนีลเอ็ด al., 2009 และจิน 2010) ว่าความอุดมสมบูรณ์ของจุลินทรีย์เพิ่ม หรือ ไม่ ตามที่อธิบายไว้สำหรับเชื้อรา mycorrhizal (Warnock et al., 2007), อาจจะเชื่อมต่อกับคุณสมบัติ intrinsic biochar และดิน Biochar คุณสมบัติแตกต่างกันอย่างกว้างขวาง และ ซึ้ง ไม่เพียงแต่ ในเนื้อหาธาตุอาหารและ pH (Lehmann, 2007a), แต่ยังอยู่ ในความชำนาญเคมี (Czimczik et al., 2002 และเหงียน et al., 2010) และคุณสมบัติทางกายภาพ (Downie et al., 2009) บทบาทของ biochar ในกระบวนการทางชีวภาพของดินแสดงถึงชายแดนดินวิทยาศาสตร์วิจัย ดังนั้น มีหลายปรากฏการณ์ที่ไม่คาดหมายรอการสำรวจ เราเข้าใจ biochar ก้าวล่าสุดรับประกันราคาการประเมินความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติและผลกระทบบนดินสิ่ง

ในกระดาษนี้ เราตรวจสอบสถานะความรู้เกี่ยวกับประชากรดินเหลือ archaeans แบคทีเรีย เชื้อรา และสัตว์ เช่นเป็นพืชลักษณะรากจาก biochar เพิ่มในดิน เราพัฒนาแนวคิดสำหรับความเข้าใจระดับกระบวนการของการเชื่อมต่อระหว่าง biochar คุณสมบัติและการตอบสนองทางชีวภาพ สนทนา ramifications เปลี่ยนแปลงดังกล่าวสำหรับกระบวน biogeochemical ในดิน และพัฒนาแผนที่ถนนสำหรับการวิจัยในอนาคต

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อ
การแก้ไขดินที่มี biochar ได้รับการประเมินในระดับโลกเป็นวิธีการในการปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดินและเพื่อลดการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ แต่ผลกระทบของ biochar ในสิ่งมีชีวิตในดินได้รับความสนใจมากน้อยกว่าผลกระทบต่อคุณสมบัติทางเคมีของดิน การทบทวนวรรณกรรมที่แสดงให้เห็นความสำคัญของการศึกษาในช่วงต้นของวัสดุ biochar ประเภทการแก้ไขดินอย่างใดอย่างหนึ่งสำหรับการจัดการเชื้อโรคเป็นผู้ให้บริการอินหรือสำหรับการทดลองในการยักย้ายถ่ายเท SORB สารส่งสัญญาณหรือสารพิษ แต่ไม่มีการศึกษาที่มีอยู่ในวรรณคดีชีววิทยาดินที่รับรู้รูปแบบขนาดใหญ่ที่สังเกตของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี biochar ข้อบกพร่องนี้ได้ขัดขวางความเข้าใจในกลไกการโดยที่จุลินทรีย์ดินมีอิทธิพล biochar, สัตว์และรากพืช ปัจจัยอื่นที่มีความหมาย จำกัด การตีความของชุดข้อมูลจำนวนมากที่มีคุณสมบัติดูดซับแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ายุ่งเกี่ยวกับขั้นตอนการสกัดมาตรฐานสำหรับจุลินทรีย์ดินหรือการตรวจเอนไซม์และผลกระทบที่ซับซ้อนของจำนวนเงินที่แตกต่างกันของแร่ธาตุ ในการศึกษามากที่สุดจุลินทรีย์มีการค้นพบที่จะเพิ่มขึ้นเป็นผลมาจากภาพ biochar มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบของชุมชนและเอนไซม์กิจกรรมของจุลินทรีย์ที่อาจอธิบายผลกระทบทางชีวเคมีของ biochar ในรอบองค์ประกอบโรคพืชและการเจริญเติบโตของพืช แต่น้อยมากที่เป็นที่รู้จักกันเกี่ยวกับกลไกซึ่งมีผลกระทบต่อความอุดมสมบูรณ์ biochar จุลินทรีย์และองค์ประกอบชุมชน ผลกระทบของ biochar ในสัตว์ดินจะเข้าใจแม้แต่น้อยกว่าผลกระทบต่อจุลินทรีย์ที่นอกเหนือจากการศึกษาที่มีชื่อเสียงหลายไส้เดือน เป็นที่ชัดเจน แต่ที่ปรากฏการณ์การดูดซับกรดด่างและคุณสมบัติทางกายภาพของ biochars เช่นโครงสร้างรูขุมขนบริเวณผิวดินและเรื่องแร่บทบาทสำคัญในการกำหนดวิธีการที่แตกต่างกันมีผลต่อ biochars สิ่งมีชีวิตในดิน ข้อสังเกตในการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์นำไปสู่ข้อสรุปของการใช้ทรัพยากรที่ดีขึ้นเป็นไปได้เนื่องจากการ co-location ของทรัพยากรต่างๆในและรอบ ๆ biochars การดูดซับและจึงยับยั้งการเจริญเติบโตของสารยับยั้งแนวโน้มที่มีบทบาทมากมายที่เพิ่มขึ้นของสิ่งมีชีวิตในดิน ไม่มีหลักฐานที่มีอยู่เพื่อให้ห่างไกลสำหรับผลกระทบเชิงลบโดยตรงของ biochars บนรากพืช ลดลงสังเกตบางครั้งในความอุดมสมบูรณ์ของเชื้อรา mycorrhizal แนวโน้มที่จะเกิดจากการเพิ่มขึ้นไปด้วยกันในการมีสารอาหารที่ช่วยลดความจำเป็นในการ symbionts ในระยะสั้น, การเปิดตัวของความหลากหลายของโมเลกุลของสารอินทรีย์จาก biochar สดในบางกรณีอาจต้องรับผิดชอบในการเพิ่มขึ้นหรือลดลงในความอุดมสมบูรณ์และการทำงานของสิ่งมีชีวิตในดิน แผนที่ถนนสำหรับการวิจัย biochar อนาคตจะต้องมีความชื่นชมระบบของ biochar ชนิดที่แตกต่างกันและการทดลองบิดเบือนพื้นฐานที่ไม่น่าสงสัยระบุปฏิสัมพันธ์ระหว่าง biochar และสิ่งมีชีวิตในดินจุดเด่น►จุลินทรีย์ชีวมวลในส่วนที่เพิ่มขึ้นในกรณีที่มี biochar ►ข้อยกเว้นเด่น mycorrhizae ในสถานการณ์ของการจัดหาสารอาหารที่อุดมสมบูรณ์ ►ไม่มีผลกระทบโดยตรงจากการ biochars รากได้รับการตรวจพบ ►ไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญต่อการรับรู้และการรายงานของความหลากหลายของ biochars คำเปิดใช้งานคาร์บอน biochar; สีดำคาร์บอน ถ่าน; สัตว์; จุลินทรีย์ ราก1 บทนำBiochar เป็นผลิตภัณฑ์ของการสลายตัวของสารอินทรีย์ในกรณีที่ไม่มีอากาศ (ไพโรไลซิ) และแตกต่างจากถ่านโดยใช้เป็นปรับปรุงดิน (มาห์และโจเซฟ, 2009) ของ Biochar ได้รับการอธิบายเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดินและการให้บริการของระบบนิเวศอื่น ๆ และยึดทรัพย์คาร์บอน (C) เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (มาห์และอัล. ปี 2006 มาห์, 2007A, สกอตแลนด์ 2008 และ Sohi, et al. 2010 ) ผลกระทบที่พบในความอุดมสมบูรณ์ของดินที่ได้รับการอธิบายโดยส่วนใหญ่เพิ่มขึ้นของค่าความเป็นกรดในดินเป็นกรด (Van Zwieten ตอัล. 2010A) หรือการเก็บรักษาสารอาหารที่ดีขึ้นผ่านการดูดซับไอออนบวก (เหลียงและคณะ. 2006) แต่ biochar ยังได้รับการแสดงเพื่อเปลี่ยนดินองค์ประกอบชุมชนทางชีวภาพและความอุดมสมบูรณ์ (Pietikäinen et al,., 2000, หยินและคณะ., 2000, คิมและคณะ. 2007 โอนีลและอัล., 2009, เหลียงและอัล , 2010, กรอสแมนและคณะ. 2010 และจิน, 2010) การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจมีผลกระทบต่อวงจรสารอาหาร (ทิเอตอัล. 2008b) หรือโครงสร้างของดิน (Rillig และ Mummey, 2006) และจึงส่งผลกระทบต่อทางอ้อมเจริญเติบโตของพืช (มือเป็นหลังมือและคณะ. 2007) เชื้อแบคทีเรียบริเวณรากและเชื้อรายังสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชโดยตรง (Schwartz et al,. ปี 2006 และ Compant et al,. 2010) การเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ระหว่างคุณสมบัติและ biochar สิ่งมีชีวิตในดินและผลกระทบของพวกเขาสำหรับกระบวนการในดินยังไม่ได้รับการอธิบายไว้อย่างเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพของการใช้ biochar เป็นวิธีการที่จะบรรเทาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศที่วางอยู่บนดื้อรั้นญาติกับการสลายตัวของจุลินทรีย์และจึงกลับช้าลงของ อินทรีย์ของโลกเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกสู่บรรยากาศ (มาห์, 2007b) ทั้งสององค์ประกอบของชุมชนสลายอินทรีย์สารที่เป็นกระบวนการเผาผลาญอาหารของความหลากหลายของกลุ่ม organismal ดินอาจมีความสำคัญในการกำหนดสิ่งที่ biochar ระดับมีเสถียรภาพในดินเป็นที่รู้จักกันสำหรับงานไม้ผุ (Fukami เอตอัล. 2010) การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในชุมชนหรือกิจกรรมที่เกิดจาก biochar อาจไม่เพียง แต่ส่งผลกระทบต่อวงจรสารอาหารและการเจริญเติบโตของพืช แต่ยังขี่จักรยานของอินทรียวัตถุในดิน (เดิ้ลและอัล., 2008, Kuzyakov ตอัล. ปี 2009 และเหลียงและคณะ. 2010) . นอกจากนี้อาจมีการเปลี่ยนแปลง biochar การปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ จากดินเช่นก๊าซไนตรัสออกไซด์ (N2O) หรือก๊าซมีเทน (CH4) (รอนเอตอัล. ปี 2005 และอัล Yanai. 2007 Spokas และ Reicosky, 2009, คลอฟและอัล , 2010, ซิงห์และอัล., 2010, Zhang et al,. 2010 และ Taghizadeh-Toosi และคณะ. 2011) การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจจะลดหรือเร่งบังคับให้สภาพภูมิอากาศ กระบวนการการขับรถยังคงระบุไม่ดี (Van Zwieten et al,. 2009) แร่อย่างรวดเร็วมากขึ้นของซีดินในประเทศมากขึ้นหรือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ ที่เป็นผลของการเพิ่ม biochar อาจรับมือกับประโยชน์ของการลดการปล่อยที่อื่น ๆ ในวงจรชีวิตของระบบ biochar การตรวจสอบระบบของวิธีการที่ประชากรจุลินทรีย์และ faunal ที่แตกต่างกันอาจมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีวเคมีเหล่านี้ยังขาดBiochar อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงโดยตรงสำหรับสัตว์ดินและพืช แต่ยังสามารถเสริมสร้างสุขภาพดิน นอกจากนี้อาจมีผลต่อ biochar ดินองค์ประกอบทางชีวภาพชุมชนที่แสดงให้เห็นถึงการ biochar ที่อุดมด้วย Terra ดินเปรในอเมซอน (หยินและคณะ., 2000, คิมและคณะ. 2007 โอนีลและอัล. ปี 2009 และกรอสแมนและอัล , 2010) และได้รับการแสดงเพื่อเพิ่มจุลินทรีย์ในดิน (เหลียงและคณะ. 2010, โอนีลและอัล. ปี 2009 และจิน 2010) ไม่ว่าจะเป็นความอุดมสมบูรณ์ของจุลินทรีย์เพิ่มขึ้นหรือไม่ตามที่กล่าวเชื้อรา mycorrhizal (มือเป็นหลังมือและคณะ. 2007), มีการเชื่อมต่อแนวโน้มที่จะมีคุณสมบัติที่แท้จริงของทั้งสอง biochar และดิน biochar คุณสมบัติแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวางและลึกซึ้ง; ไม่เพียง แต่ในเนื้อหาสารอาหารของพวกเขาและความเป็นกรดด่าง (มาห์, 2007A) แต่ยังอยู่ในของพวกเขา Organo เคมี (Czimczik ตอัล. ปี 2002 และเหงียนและคณะ. 2010) และคุณสมบัติทางกายภาพ (Downie และคณะ. 2009) บทบาทของ biochar ในดินกระบวนการทางชีวภาพจึงแสดงให้เห็นถึงชายแดนในการวิจัยวิทยาศาสตร์ดินด้วยการอธิบายปรากฏการณ์หลายที่รอการสำรวจ ความก้าวหน้าในความเข้าใจของ biochar รับประกันการประเมินผลของความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติและผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในดินที่ในบทความนี้เราวิกฤตตรวจสอบสถานะของความรู้เกี่ยวกับประชากรของดิน archaeans แบคทีเรียเชื้อราและสัตว์เช่นเดียวกับที่ พฤติกรรมของรากพืชที่เป็นผลของการเพิ่ม biochar ดิน เราพัฒนาแนวคิดเพื่อความเข้าใจกระบวนการในระดับของการเชื่อมต่อระหว่างสมบัติ biochar และการตอบสนองทางชีวภาพหารือเครือข่ายของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวสำหรับกระบวนการทางชีวเคมีในดินและพัฒนาแผนที่ถนนสำหรับการวิจัยในอนาคต

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ปรับปรุงดินนามธรรม
กับไบโอชาร์ประเมินทั่วโลกเป็นวิธีการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดิน และลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อย่างไรก็ตาม ผลของไบโอชาร์ใน biota ดินได้รับความสนใจน้อยกว่าผลกระทบต่อคุณสมบัติของดินทางเคมีการทบทวนวรรณกรรมพบจํานวนแรกของการศึกษาในวัสดุชนิดไบโอชาร์เป็นดินเหมือนกันสำหรับการจัดการเชื้อโรค เป็นพาหะหรือ manipulative Inoculant ทดลอง sorb ส่งสัญญาณสารประกอบหรือสารพิษ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการศึกษาที่มีอยู่ในดินชีววิทยาวรรณกรรมที่รู้จักสังเกตการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีขนาดใหญ่ไบโอชาร์ .ข้อบกพร่องนี้มี hampered ความเข้าใจในกลไกซึ่งไบโอชาร์ของจุลินทรีย์ในดินพืชและรากพืช เพิ่มเติมปัจจัยจำกัดการตีความหลายชุดข้อมูลที่มีความหมายเป็นคุณสมบัติที่ชัดเจนแสดงการรบกวนขั้นตอนการสกัดมาตรฐานจุลินทรีย์หรือเอนไซม์ทดสอบดิน ,ผลของการเปลี่ยนแปลงปริมาณและอยู่นอกเหนือการควบคุมของแร่ ในการศึกษามากที่สุด จุลินทรีย์ถูกพบเพื่อเพิ่มผลของไบโอชาร์เพิ่ม มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบของชุมชนจากกิจกรรมที่อาจอธิบายผลชีวธรณีเคมีของไบโอชาร์ในรอบองค์ประกอบเชื้อโรคพืชและการเจริญเติบโตของพืช ยังน้อยมากที่เป็นที่รู้จักกันเกี่ยวกับกลไกที่มีผลต่อความอุดมสมบูรณ์ของจุลินทรีย์ไบโอชาร์และองค์ประกอบของชุมชน ผลของไบโอชาร์ในพืชดินแม้แต่น้อยเข้าใจกว่าผลต่อจุลินทรีย์ นอกจากงานวิจัยหลายชิ้นเด่นเกี่ยวกับไส้เดือน มันชัดเจน อย่างไรก็ตาม การปรากฏการณ์ , pH และสมบัติทางกายภาพของ biochars เช่นโครงสร้างรูขุมขนพื้นที่ผิวและแร่ธาตุสำคัญมีบทบาทสำคัญในการกำหนดวิธีการที่ biochars แตกต่างกันมีผลต่อสิ่งมีชีวิตในดิน ข้อสังเกตเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์นำไปสู่ข้อสรุปของการปรับปรุงการใช้ทรัพยากรที่เป็นไปได้เนื่องจาก Co Location ของทรัพยากรต่าง ๆใน และ รอบ ๆ biochars . การดูดซับและจึงทำให้การเติบโตของการมีโอกาสที่สารมีบทบาทเพื่อเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิตในดินไม่มีหลักฐานที่มีอยู่เพื่อให้ห่างไกลสำหรับผลกระทบเชิงลบโดยตรงของ biochars ในรากพืช บางครั้งพบว่าลดลงในความอุดมสมบูรณ์ของไมโคไรซา เชื้อรามักเกิดจากผู้ป่วยเพิ่มปริมาณธาตุอาหาร การลดความต้องการสำหรับการ symbionts . ในช่วงระยะเวลาสั้นๆรุ่นของความหลากหลายของโมเลกุลอินทรีย์จากไบโอชาร์สดอาจในบางกรณีรับผิดชอบเพิ่มขึ้น หรือลดลงได้ในความอุดมสมบูรณ์และกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตในดิน แผนที่เส้นทางสำหรับการวิจัยไบโอชาร์ในอนาคตจะต้องรวมถึงความชื่นชมในระบบของไบโอชาร์ประเภทแตกต่างกันและการทดลองปฏิบัติพื้นฐานที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและไบโอชาร์ biota ดิน


ไฮไลท์►มวลชีวภาพจุลินทรีย์ ในกรณีส่วนใหญ่เพิ่มขึ้นในการแสดงตนของไบโอชาร์ . ►เด่นข้อยกเว้นเป็นไมคอร์ไรซาในสถานการณ์ของการจัดหาสารอาหารที่อุดมสมบูรณ์ ►โดยตรงไม่มีผลกระทบเชิงลบของ biochars รากได้ถูกตรวจพบ ►มีความก้าวหน้าต่อไปคือการยอมรับและการรายงานของความหลากหลายของคำหลัก biochars


ถ่านคาร์บอน ถ่านไบโอชาร์ ; ; ; ; พืช ;จุลินทรีย์ ; ราก
1 บทนำ
ไบโอชาร์เป็นผลิตภัณฑ์ของการสลายตัวทางความร้อนของวัสดุอินทรีย์ในที่ไม่มีอากาศ ( แยก ) และแตกต่างจากถ่าน โดยใช้เป็นปรับปรุงดิน ( เลห์มันน์และโจเซฟ , 2009 )ไบโอชาร์ได้ถูกอธิบายว่าเป็นวิธีที่เป็นไปได้เพื่อปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน รวมทั้งบริการอื่น ๆและโดดเดี่ยว คาร์บอน ( C ) เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ( เลห์มันน์ et al . , 2006 , เลห์แมน 2007a เลด , 2551 และ sohi et al . , 2010 ) และผลกระทบต่อความอุดมสมบูรณ์ของดินได้ถูกอธิบายโดยส่วนใหญ่ pH เพิ่มขึ้นในดินเปรี้ยว ( รถตู้ zwieten et al . ,2010a ) หรือปรับปรุงการเก็บรักษาผ่านการดูดซับสารอาหาร ( Liang et al . , 2006 ) อย่างไรก็ตาม ไบโอชาร์ยังได้แสดงการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางชีวภาพของดินและความอุดมสมบูรณ์ ( pietik ชุมชนและ inen et al . , 2000 , Yin et al . , 2000 , Kim et al . , 2007 , โอนีล et al . , 2009 , Liang et al . , 2010 , กรอสแมน et al . , 2010 และจิน , 2010 ) . การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจจะมีผลกระทบต่อวัฏจักรธาตุอาหาร ( Steiner et al .2008b ) , หรือโครงสร้างของดิน ( rillig และ mummey , 2006 ) และ งบ ทางอ้อม มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ( วอร์น็อค et al . , 2007 ) แบคทีเรียบริเวณรากและเชื้อราอาจส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชโดยตรง ( Schwartz et al . , 2006 และ compant et al . , 2010 ) การเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ระหว่างคุณสมบัติไบโอชาร์และ biota ดินและผลกระทบต่อกระบวนการดินยังไม่รับไว้

ของประสิทธิผลการใช้ไบโอชาร์เป็นวิธีการเพื่อบรรเทาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ วางอยู่บน recalcitrance ของญาติต่อการสลายตัวของจุลินทรีย์จึงช้าลงกลับบกชั้นเอกเช่นคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2 ) บรรยากาศ ( เลห์มันน์ 2007b , )ทั้งองค์ประกอบของชุมชนผู้ย่อยสลาย รวมถึงกระบวนการเมตาบอลิซึมของความหลากหลายของกลุ่ม organismal ดินอาจจะสำคัญในการกำหนดสิ่งที่ขอบเขตไบโอชาร์มั่นคงในดินที่เป็นที่รู้จักสำหรับผุไม้ ( ฟุคามิ et al . , 2010 ) การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของชุมชนจุลินทรีย์หรือกิจกรรมที่กระตุ้นด้วยไบโอชาร์อาจจะไม่เพียงส่งผลกระทบต่อวัฏจักรธาตุอาหารและการเจริญเติบโตของพืชแต่ยังจักรยานของดินอินทรีย์ ( วอร์เดิล et al . , 2008 , kuzyakov et al . , 2009 และเลี่ยง et al . , 2010 ) นอกจากนี้ ไบโอชาร์อาจเปลี่ยนแปลงการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ จากดิน เช่น ไนตรัสออกไซด์ ( N2O ) หรือก๊าซมีเทน ( ร่าง ) ( รอนเดิ้น et al . , 2005 , Yanai et al . , 2007 , spokas และ reicosky 2009 คลัฟ et al . , 2010 , Singh et al . , 2010 , Zhang et al . 2010 และ taghizadeh toosi et al . ,2011 ) การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจลดหรือเร่งบรรยากาศบังคับ . ขับรถกระบวนการยังระบุได้ไม่ดี ( รถตู้ zwieten et al . , 2009 ) รวดเร็วมากกว่าการเมืองดิน C หรือสูงกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ เป็นผลมาจากไบโอชาร์เพิ่มอาจแก้ประโยชน์ของการลดมลภาวะไปในวงจรชีวิตของระบบไบโอชาร์ .การตรวจสอบระบบของวิธีการที่ประชากรจุลินทรีย์และ faunal แตกต่างกันอาจมีบทบาทในกระบวนการชีวธรณีเคมีเหล่านี้ยังขาด

ไบโอชาร์อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงสำหรับสัตว์และพืชในดินโดยตรง แต่ยังสามารถปรับปรุงสุขภาพของดินนอกจากไบโอชาร์อาจส่งผลกระทบต่อชุมชนดินชีวภาพองค์ประกอบที่แสดงให้เห็นสำหรับไบโอชาร์รวย Terra เปรตดินใน Amazon ( หยิน et al . , 2000 , Kim et al . , 2007 , โอนีล et al . , 2009 และกรอสแมน et al . , 2010 ) และได้รับการแสดงเพื่อเพิ่มจุลินทรีย์ในดิน ( Liang et al , ชีวมวล , 2553 , โอนีล et al . , 2009 และจิน , 2010 ) ไม่ว่าปริมาณของจุลินทรีย์เพิ่มหรือไม่เมื่อกล่าวถึงเชื้อราไมโคไรซา ( วอร์น็อค et al . , 2007 ) , มีโอกาสที่เชื่อมต่อกับคุณสมบัติที่แท้จริงของทั้ง ไบโอชาร์ และดิน คุณสมบัติของไบโอชาร์แตกต่างกันอย่างกว้างขวางและลึกซึ้ง ไม่เพียงในธาตุอาหารและ pH ( เลห์มันน์ 2007a , ) แต่ยังอยู่ในการใช้ประโยชน์ทางเคมี ( czimczik et al . , 2002 และ Nguyen et al . , 2010 ) และคุณสมบัติทางกายภาพ ( ดาวนี่ et al . , 2009 )บทบาทของไบโอชาร์ในกระบวนการทางชีวภาพจึงเป็นดินแดนในการวิจัยดินวิทยาศาสตร์ กับหลายอธิบายปรากฏการณ์รอการสำรวจ ความก้าวหน้าล่าสุดในความเข้าใจของเราของไบโอชาร์รับประกันการประเมินความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติและผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในดินของ .

ในกระดาษนี้เราวิกฤตตรวจสอบสถานะความรู้เกี่ยวกับดิน ประชากรของ archaeans แบคทีเรีย เชื้อรา และสัตว์ รวมทั้งพืชรากพฤติกรรมเป็นผลของไบโอชาร์เพิ่มดิน เราพัฒนาแนวคิดสำหรับกระบวนการระดับความเข้าใจของความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติและการตอบสนองทางชีวภาพไบโอชาร์ ปรึกษาปัญหาของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเพื่อให้กระบวนการชีวธรณีเคมี ดินและพัฒนาถนนแผนที่สำหรับการวิจัยในอนาคต