生物炭-微生物菌剂协同调控酶活性驱动温室气体减排：有机替代策略在水稻生态系统中的增产与固碳效应

本研究通过田间试验揭示生物炭与微生物菌剂联用（BMI）可显著提升土壤酶活性（NAG、LAP、NR等），调控功能基因（mmoX、pmoA、nirS-1、nosZ-1）表达，协同降低CH4和N2O排放达8.57%和53.12%，同时提高水稻产量33.55%并增强土壤固碳能力，为农业绿色减排提供创新策略。

　　

Highlight

实验地点与实验设计

实验位于中国湖南省长沙市淳化镇（北纬28°27′，东经113°25′），年均温17.2℃，年降水量1361毫米。实验设置4个处理：CK（284 kg·ha^?1基础肥料）、BA（基础肥料+1375 kg·ha^?1生物炭）、MIA（基础肥料+75 kg·ha^?1微生物菌剂）、BMI（基础肥料+1375 kg·ha^?1生物炭与75 kg·ha^?1微生物菌剂联用）。

水稻生长与土壤理化特性

结果显示，BMI处理较CK、BA和MIA显著提高水稻产量3.87%–33.55%（p < 0.05），尤其在分蘖期和孕穗期提升土壤全氮（TN）含量（图1b），并显著增加生物量与叶绿素含量（图1c,d）。BA、MIA和BMI均改善土壤理化性质，但BMI对酶活性驱动减排的协同效应最为突出。

Conclusion

生物炭与微生物菌剂联用使水稻增产33.55%。微生物菌剂虽降低全球变暖潜势（GWP），但增加了碳足迹（CF），而BMI通过调控土壤酶活性有效抑制温室气体排放，降低温室气体强度（GHGI）。BMI显著提升土壤碳库容量和氮养分含量，其中甲烷单加氧酶（MMO）和一氧化二氮还原酶（Nos）是减排关键酶类，其活性变化直接关联CH₄和N₂O排放通量。