双同位素示踪揭示生物炭优化氮肥调控蔬菜地N2O消耗的机制

《Applied Soil Ecology》：Promoting N 2O consumption in vegetable soils: An optimized nitrogen combined with biochar strategy traced by dual isotopocule method

本文通过双同位素（SP/δ18O）示踪技术，系统探究了不同热解温度生物炭（400℃/700℃）与氮肥优化配施对蔬菜土壤N2O排放的抑制机制。研究发现生物炭通过提升土壤pH、增强N2O还原酶活性、调控反硝化微生物群落（如增加nosZ基因丰度），显著促进N2O向N2的转化，其中700℃生物炭结合优化氮肥可实现减排47.7%且维持作物产量。

　　

N₂O排放、生成与消耗

在整个实验过程中，所有处理的土壤N₂O通量变化趋势相似：先升后降，最终稳定在较低水平。蔬菜生长期的9月6日至18日出现显著排放峰值，常规氮肥（CN）处理的N₂O通量最高达284 μg·m^?2·h^?1（图1a）。从累积排放量看，CN处理最高（0.48 kg·ha^?1），而生物炭添加显著降低排放量，其中优化氮肥+700℃生物炭（ONB₂）减排效果最达47.7%。双同位素分析显示，生物炭使N₂O还原率提升3.3%–61.6%，且高温生物炭促进效果更显著。

生物炭与氮肥用量对N₂O排放的影响

生物炭的添加通过提高土壤pH（图4c）激活N₂O还原酶，加速N₂O向N₂转化。同时，生物炭促进可溶性有机碳（DOC）矿化，加剧微生物对硝酸盐（NO₃^?-N）的竞争，间接抑制硝化作用产生的N₂O。当土壤含水量（SWC）≥25.8%时，N₂O主要来源由硝化作用转为反硝化作用，且生物炭处理中更低的SP值印证了反硝化贡献率的增加。

结论

生物炭配施氮肥不仅能降低N₂O排放，还对蔬菜生长无负面影响。SP值与SWC的负相关性揭示了N₂O排放途径随水分变化的动态转换。生物炭通过提升反硝化潜力和降低N₂O/(N₂O+N₂)比率（r_N2O），显著强化N₂O的微生物还原功能。