科研 | SBB：大比表面积的生物炭通过刺激N2O还原微生物的生长从而降低N2O的排放（国人佳作）

在生物炭上定殖的细菌和古菌具有氮代谢能力。比表面积（SSA）较大的生物炭可能会提高氧化亚氮（N₂O）还原微生物的活性，进而降低N₂O的排放，但其中机理目前尚不清楚。为此，我们自制了不同SSA的生物炭，利用16S与nosZ基因的高通量测序（High-throughput Sequencing）技术、氮循环功能基因的qPCR技术并结合荧光原位杂交（FISH）技术，开展了为期56天的培养实验。研究包括5个处理：不添加、只添加尿素、添加尿素与3种不同SSA的生物炭（SSA分别为1193、2023和2773 m² g^-1）。结果表明，N₂O的排放量随着生物炭SSA的增加（2023 m² g^-1以内）而增加，当SSA>2023 m² g^-1，与只添加尿素相比，添加生物炭降低了37%的N₂O排放。SSA最大的生物炭提高了土壤pH、NH₄⁺-N、NO₃^--N、C/N比和阳离子交换量，进而影响细菌多样性、丰度、群落组成、以及N₂O还原微生物群落，同时降低土壤N₂O排放。生物炭SSA越大，氮循环相关功能基因越高，包括固氮基因（nifH）、硝化基因（amoA）和反硝化基因（nirK、nirS、和nosZ）。SSA较小的生物炭提高了氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）的数量，导致土壤N₂O的排放增加。另外，添加最大SSA的生物炭后，nosZ丰度增加，nosZ/(nirK+nirS+amoA)增大，导致土壤N₂O的排放减少。生物炭中与土壤中的nifH、amoA、nirK和nosZ呈正相关关系。我们的研究得出，SSA较大的生物炭通过刺激N₂O还原微生物，增加固氮、硝化和反硝化功能基因的丰度，进而降低N₂O排放，因此，在农业中应用生物炭时应将生物炭的相对SSA纳入考虑因素。