学院韩娟教授团队在生物炭施用土壤物理结构与微生物相互作用调控农田N2O排放方面取得进展

近日，韩娟教授团队在《Soil Biology and Biochemistry》发表题为“Biochar strategy for long-term N₂O emission reduction: Insights into soil physical structure and microbial interaction”的研究论文，博士生张叶叶为论文第一作者，韩娟教授和莫非教授为论文通讯作者。

生物炭应用于农业土壤是一种减少氧化亚氮（N₂O）排放的有前景策略。氮肥是作物生产所必需的，但也是N₂O排放的重要来源。生物炭减少N₂O排放的有效性取决于氮肥施用量和生物炭的形态结构。然而，鲜有研究探究田间老化生物炭在不同氮肥施用水平下对N₂O排放的影响，尤其是生物炭的形态特性与土壤性质如何影响微生物驱动的N₂O产生的机制。

该研究结果表明，田间老化多年的生物炭可持续降低土壤N₂O排放，其机制主要与土壤物理特性（如比表面积、孔径和孔隙体积）的改善有关。

图1. 不同氮肥施用量下生物炭施用量与土壤孔隙结构性质的相关性分析

氮肥用量对生物炭调节土壤孔隙结构的方式有显著影响，进而影响氮循环基因和微生物的丰度；生物炭施用量为10 t ha^-1时，土壤颗粒的中孔孔径显著增大，N₂O还原酶基因（如nosZ）丰度显著升高，同时编码N₂O生成酶的基因（如NO还原酶基因norB）的表达受到抑制；但进一步增加生物炭施用量未能带来持续改善。与真菌和细菌的多样性相比，氮循环功能多样性能是N₂O排放更可靠的预测因子。该研究深化了对生物炭通过调节土壤物理性质，进而影响氮循环微生物功能，并最终作用于农田N₂O产生机制的理解。这些研究成果为制定结合生物炭与施肥管理的综合策略，以有效缓解气候变化提供了重要科学依据。

图2. 不同氮水平下相关基因的相对丰度（RPKM）与土壤比表面积（SSA）、总孔容（Vtotal）、微孔容（Vmic）和平均中孔孔径之间的关系

该研究工作得到国家重点研发计划（2021YFD1901102）和中国高校科学基金（2452023081）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109685

编辑：崔亦沐

终审：吴清华