生物炭缓解氮沉降对亚热带森林土壤甲烷吸收的抑制效应及其微生物机制

本研究通过三年田间试验揭示：在模拟氮沉降(60 kg N ha?1 yr?1)条件下，生物炭(10 t ha?1)通过提升水溶性有机碳(WSOC)和pmoA基因丰度，降低活性氮(WSON/NH4+-N/NO3?-N)及mcrA基因表达，使亚热带竹林土壤CH4年吸收量提升26–42%，为全球气候变化 mitigation 提供新策略。

　　

Highlight

本研究揭示了生物炭在氮沉降背景下增强亚热带森林土壤甲烷（CH₄）吸收的新机制。通过三年田间实验发现，生物炭的添加使土壤年CH₄吸收量显著提升26%–42%，成功逆转了氮沉降导致的17%–23%吸收抑制。

关键发现

• 生物炭单独处理使CH₄年吸收量增加11%–25%，而氮沉降则降低17%–23%

• 协同作用表现为：生物炭通过提升水溶性有机碳（WSOC）和pmoA基因（编码颗粒甲烷单加氧酶）丰度，促进CH₄氧化

• 同步降低水溶性有机氮（WSON）、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^?-N）及mcrA基因（编码甲基辅酶M还原酶）表达，抑制产甲烷过程

微生物机制

生物炭像一位"土壤调理师"，通过双重调控：

1）为甲烷氧化菌（methanotrophs）打造"豪华公寓"——增加WSOC作为能源，扩建pmoA基因的"工厂生产线"

2）对产甲烷菌（methanogens）实施"精准限产"——削减氮源供应，关停mcrA基因的"生产车间"

实际意义

若在中国毛竹林大规模应用，生物炭每年可增加6478吨CH₄吸收，相当于为地球安装数千个"天然甲烷过滤器"。

Conclusion

生物炭通过调控碳氮组分和微生物功能基因，成为缓解氮沉降对森林甲烷吸收抑制的"生态杠杆"，为应对气候变化提供基于自然解决方案（NbS）的新路径。