基本參數

生物炭對土壤氮循環相關微生物的影響

與土壤硝化作用及反硝化作用相關的微生物會受到土壤環境改變帶來的影響，進而影響土壤N2O的排放。硝化作用中，主要是由氨氧化細菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）來完成氨（NH3）的氧化過程，并控制產生N2O。在土壤中添加生物炭會通過提高土壤 pH 值進而引起土壤中氨氧化細菌豐度的增加，從而提高土壤的硝化速率。生物炭的多孔性使其具有強大的吸附能力，酚類化合物等被生物炭吸附后，促進了硝化細菌的增長，從而間接促進了土壤的硝化作用。

反硝化作用中，作為反硝化細菌的功能標志物硝酸還原酶基因（narG），主導著將NO3?催化還原為NO2?的過程，由亞硝酸還原酶催化的亞硝酸鹽轉化為氮氧化物（NO2? → NO）是最關鍵步驟，該過程最為重要的功能標記基因為nirK和nirS基因。由一氧化二氮還原酶催化的N2O還原成N2的過程也被認為十分重要，抑制該過程的進行將有利于氧化亞氮的產生，該過程功能標記基因為nosZ基因。研究反硝化過程中產生的N2O/N2的比例及其影響因素，是解決土壤N2O排放對生物炭施加響應機制的關鍵，并可為提高土壤氮素利用率和減少土壤N2O排放提供必要的理論依據。有研究認為生物炭含有一些堿性灰分，可以抑制反硝化硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和促進一氧化二氮還原酶的活性，從而減少N2O的產生。有研究表明，影響反硝化作用的主要因素是有機質以及硝酸鹽含量而不是氧氣含量，這是由于許多微生物具有周質型硝酸鹽還原酶（Nap）的緣故。硝化作用以及反硝化作用常常發生耦合作用，二者共同影響了N2O的排放。與此同時，參與反硝化作用的種類繁多，已經發現有80多個屬的細菌和部分古菌、真菌和放線菌都參與反硝化作用。

此外，生物炭還可通過其它途徑來影響土壤微生物活動和土壤N2O排放。生物炭可為固氮微生物提供生長繁殖的有利條件，從而進一步誘發氮固定。對于有機質高、氮素充足的土壤應該使用制作溫度比較高的惰性生物炭，這樣的土壤主要靠生物炭自身的性質來減少土壤N2O的排放。生物炭由于自身生產以及材料的原因，也可能產生一些對土壤有害的物質，從而抑制硝化和反硝化作用。