微生物活动调节了生物炭与氮或磷结合后对土壤呼吸作用以及易氧化有机碳在不同土壤深度上的影响。这一现象主要发生在Cunninghamia lanceolata（一种桉树品种）的种植园中

《Journal of Environmental Management》：Microbial activity mediates the contrasting effects of biochar combined with nitrogen or phosphorus on soil respiration and easily oxidizable organic carbon across soil depths in Cunninghamia lanceolata plantations

　　

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  在六个月时，土壤有机碳的初始下降在十八个月后不再明显。
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  土壤碳组分主要与酶活性和氮素可利用性相关。
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  含氮的生物炭抑制了土壤呼吸作用，而含磷的生物炭则增强了这一作用。
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  易氧化碳对生物炭的应用特别敏感。

引言

作为陆地生态系统中最大的碳库，土壤有机碳（SOC）主要受环境和生物因素的调控，这些因素决定了其稳定性（Schmidt et al., 2011）。作为土壤改良剂，研究表明生物炭可以改善土壤物理结构和水分利用效率，从而提高植物生物量生产（Kalu et al., 2021; Wu et al., 2019）。然而，生物炭对土壤碳储存的影响仍存在争议，目前尚不清楚生物炭是增强了微生物介导的SOC稳定作用，还是诱导了一种加速碳损失的“启动效应”（PE）（Ji et al., 2025; Chen et al., 2022）。尽管生物炭的应用可以改善土壤生态功能，但其对碳循环的影响是双面的，因为先前研究报道在添加生物炭后土壤CO₂排放平均增加了11%（Bekchanova et al., 2024）。相比之下，氮素的添加可以通过增加氮素可利用性来抑制土壤呼吸作用，减少幅度可达5%（Jiang et al., 2025a; Ramirez et al., 2010）。此外，鉴于我们研究区域土壤中普遍存在磷缺乏的问题，适量补充磷对于缓解营养限制是必要的（Xue et al., 2024）。因此，探索生物炭与氮肥和磷肥联合应用对亚热带人工林土壤碳循环过程的影响至关重要。

SOC由多个亚组分构成，这些亚组分在稳定性、生物可利用性和周转速率上存在差异（Sapkota et al., 2024）。在缺氮土壤中，生物炭为放线菌（ACT）提供了更适宜的生存环境，其应用增加了溶解有机碳（DOC）的含量，这可能是由于放线菌分泌物的增加（Che et al., 2021）。生物炭通过降低可溶性SOC组分（如DOC和微生物生物量碳（MBC）的周转速率以及增加轻质有机碳（LFOC）的含量来增强自然SOC的稳定性，这可能是通过LFOC改善土壤结构实现的（Ding et al., 2023; Demisie et al., 2014; Ma et al., 2021）。生物炭对SOC稳定性的增强主要是通过增加可氧化有机碳（EOC）来实现的，与DOC和MBC相比，其效果更为显著（Cheng et al., 2024a）。生物炭对不同碳组分作用机制仍不清楚。

SOC的空间分布和迁移动态对全球碳储量平衡有重要影响（Li et al., 2024a）。虽然深层土壤中的环境因素主要影响顽固性SOC的分解，但表层土壤更受根系分泌物和新鲜凋落物等外部输入的影响，这些因素促进了微生物活动，导致微生物生物量增加，这从PLFAs含量可以得到证实（Pries et al., 2018; Lv et al., 2015）。由于生物炭的胶体特性，它倾向于垂直迁移到更深层的土壤中（Yang et al., 2020），导致土壤各层间分布分层或不均匀。生物炭的应用通过改变根系吸收动态和增加氮素吸附能力来减缓土壤中有效氮的淋溶（Hamada et al., 2024; Lv et al., 2021）。生物炭在土壤中的垂直移动受到应用后时间推移的影响，这种影响会随着时间的延长而加剧（Yang et al., 2020）。生物炭内在性质的变化对其应用后两年内土壤物理性质（如容重和孔隙度）的时间变化产生了最显著的影响（Jiang et al., 2025b）。特别是在季节性土壤特征的影响下，生物炭对微生物群落和酶活性的影响表现出时间变异性（Wang et al., 2025）。这种微生物群落和酶活性的时间依赖性响应也在氮肥和磷肥施用条件下得到体现（Shen et al., 2019）。

一般来说，随着土地利用和管理的加剧，森林碳储量往往会减少（Tan et al., 2007）。Cunninghamia lanceolata是一种生长迅速的常绿针叶树种，在单一栽培和管理条件下，其土壤质量、肥力和生态系统稳定性均有所下降，这对人工林的生产力和可持续性产生了负面影响（Zheng et al., 2024）。因此，实施有效的土壤管理策略对于维持< />. lanceolata人工林的长期生产力至关重要（Zhou et al., 2020）。在这项研究中，我们分析了在近两年时间内，结合氮-磷肥料处理的生物炭对三个土壤层中的SOC及其组分、土壤养分、微生物PLFAs、酶活性和土壤呼吸速率的影响。目的是进一步探索适当的施肥策略，以提高碳稳定性并减少土壤呼吸作用。我们提出以下假设：（1）不同深度的SOC对各种生物炭处理反应可能在不同土壤层中导致不同的碳矿化或稳定模式；（2）生物炭单独使用或与氮或磷联合使用会对SOC和土壤呼吸产生不同影响；（3）随着生物炭的老化，其对SOC矿化的明显效果会逐渐减弱。

章节片段

研究区域

本研究在中国浙江省嘉定市的寿昌林场进行（29°20′24″N, 119°13′12″E）。该地区属于北亚热带湿润季风气候区，年平均温度为17.6°C，年降水量为1700毫米，主要集中在4月至9月（Huang et al., 2025）。该地区无霜期约为265天，年日照时间约为1762小时（Huang et al., 2025）。实验林

生物炭改良肥料对SOC及其组分的效应及效果持续时间

三因素方差分析（ANOVA）显示，肥料处理显著影响了SOC、LFOC和MBC（所有< />< />

施肥对SOC及其组分的早期效应

生物炭的添加适度增加了DOC含量（图S1）。由于亚热带森林土壤通常呈酸性，生物炭中的碱性成分（如碳酸盐和灰分）可能通过表面功能团吸附酸性离子来中和土壤酸性（表1）（Lu et al., 2025）。生物炭带来的碱度可能提高了土壤pH值，进而改变了革兰氏阴性细菌的数量和PPO活性（图S5）（Li et al., 2022）。生物炭诱导的PPO和SUC

结论

我们的结果显示，所有生物炭改良处理在应用六个月后SOC含量均有所下降，而在应用十八个月后SOC水平趋于恢复。在早期阶段，单独施用或与氮肥和磷肥联合施用的生物炭显著降低了0-10厘米和10-20厘米土壤层中的EOC和LFOC含量，并伴随着总氮含量的减少。多元回归分析确定总氮是主要驱动因素

CRediT作者贡献声明

Xupeng Xue: 文章撰写——初稿撰写、软件使用、数据分析。Zhirong Jia: 数据分析。Xiaogai Ge: 文章撰写与编辑、软件使用、资金争取。Ge Gao:Jilai Chen: 数据管理。Benzhi Zhou: 软件使用。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系会影响到本文所报告的工作。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD2200404-02）、中央非营利研究机构的基本研究基金（CAFYBB2021QD002-2）以及钱江源国家森林生态研究站的支持。

Xupeng Xue|Zhirong Jia|Xiaogai Ge|Ge Gao|Jilai Chen|Benzhi Zhou