生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响研究进展

作者：王翰琨; 吴永波; 刘俊萍; 薛建辉^*

来源：生态与农村环境学报, 2022, 38(06): 689-701.

DOI：10.19741/j.issn.1673-4831.2021.0313

• 生物炭
• 土壤氮循环
• 土壤微生物
• 功能基因

生物炭是生物质材料在部分或完全无氧条件下，经热裂解形成的高度芳香化的难溶固体。施用生物炭可改变土壤理化性质，强烈影响土壤微生物的栖息环境，影响土壤固氮微生物、硝化微生物和反硝化微生物的群落结构及活性，进而影响土壤氮循环的主要过程(固氮、硝化、反硝化等)。该研究综述了施用生物炭对土壤氮循环主要过程及微生物功能基因的影响，结果表明，施用生物炭改善了土壤的透气性，提高了土壤pH值，增加了土壤碳和养分的有效性，可使土壤固氮量提高15%～227%,土壤硝化速率提高28%～200%,但土壤氨挥发累积量减少20%～73%,土壤N2O排放累积量减少11%～78%。此外，生物炭的施用提高了nifH、amoA的基因丰度，进而促进土壤的固氮作用和硝化作用。生物炭的施用还提高了土壤nosZ等基因的丰度以及N2O还原酶的活性，有利于土壤反硝化作用(N2O最终转化为N2),抑制N2O的排放，且这种效应随着生物炭施用量的增加而增强。此外，生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响取决于生物炭原料和试验条件，不同调控基因对土壤氮循环过程的贡献不一。生物炭介导下，土壤pH值增大，养分有效性增强，氨氧化细菌(AOB)对土壤硝化作用的贡献可能比氨氧化古菌(AOA)更大。且与其他调控基因(narG、nirS、nirK)相比，nosZ基因对于土壤反硝化作用似乎更为重要。因此，仍需深入研究施用生物炭对土壤微生物氮循环功能基因的影响，尤其是不同功能基因对氮循环过程的贡献大小及其影响因素，进而深化对土壤微生物氮循环功能基因的认识。

• 单位
  江苏省中国科学院植物研究所; 南京林业大学; 南方现代林业协同创新中心; 南京中山植物园