Page 72 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2022年第2期

第 2 期 王吉元 等：不同原料生物炭对酸性红壤氮素转化及理化性质的影响 67

在理化性质、表面结构等方面的特性是导致土壤 pH 和净矿化速率相对于单施肥处理显著降低（图 2，3）。
具有显著性差异的主要原因。 这可能与生物炭能够显著提高土壤 C/N 比有关，当
添加生物炭能够明显提高土壤有机质、总氮、速 土壤 C/N 比大于 25∶1 时，可能会造成微生物缺乏氮
效磷及速效钾含量（表 2），这是由于生物炭含有较高 素，土壤矿质氮的生物固持作用大于矿化作用 ［20］ 。
的碳含量、矿质元素和有机官能团 ［22］ 。3种原料生物 在 Luo 等 ［28］ 的研究中也发现了相似的结果，添加芦
炭对于土壤理化性质的影响存在显著差异，这可能 苇秸秆显著提高了土壤 C/N 比并抑制了土壤氮矿
与供试生物炭的自身特性有关，水稻秸秆生物炭的 化。生物炭能够刺激土壤微生物的活性和数量，这
pH和矿质元素含量远高于水稻壳生物炭和木质生物 可能会增加微生物对无机氮的生物固持 ［29］ ，从而减
炭（表 1），这能够更大刺激土壤养分循环相关的微生 少矿质氮的积累。也有研究认为生物炭的添加为土
物和酶活性 ［23］ 。土壤中的酶具有催化和驱动土壤养 壤微生物提供了不稳定碳源，进而在短期内出现土
分循环的功能 ［24］ ，本试验发现，3 种生物炭与肥料配 壤氮素固定的现象 ［30］ 。此外，多孔性的生物炭能够
施在一定程度上均刺激了土壤碳循环相关的 β-G 和 吸附大量多酚化合物，土壤微生物可将其作为碳源，
CBH 活性，促进了土壤有机碳的分解，为微生物活动 并增加对氮素的需求 ［31］ 。相关性分析表明（图 5），氮
提供了底物，有利于提高土壤微生物活性 ［25］ 。 素矿化速率与无机氮含量和 NAG 活性呈显著正相
3.2 不同生物炭影响土壤氮素转化的差异性分析 关。NAG 是与氮素矿化有关的酶，能够降解土壤中
施用化学氮肥通常会因“激发效应”使土壤氮素 的几丁质释放氨基葡萄糖。添加不同生物炭后均显
矿化量增加 ［26］ 。本试验中，单施化学肥料显著提高 著降低了 NAG 活性，从而抑制了土壤氮素的矿化作
了土壤中的矿质态氮含量和氮素净矿化速率，这可 用（图 6）。另一方面，生物炭对 NH 4 具有吸附能力，
+
能会导致土壤氮素损失的增加。Li 等 ［27］ 的研究表 不同原料制成的生物炭所表现出的吸附作用存在差
明，向土壤中添加有机物料能够对土壤氮素转化产 异 ［32］ ，从而导致不同生物炭处理矿质氮含量具有显
生影响。本研究中，3 种生物炭处理的矿质氮积累量 著差异。

图6 不同原料生物炭对土壤理化性质和氮素转化的作用机制
Fig.6 Effects of biochar from different feedstocks on soil physic-chemical properties and nitrogen transformation
目前关于生物炭对土壤硝化作用影响的结论并 通过提高土壤氨氧化菌（AOA、AOB）的丰度，来促
不统一。在低 pH 的土壤中硝化作用较为敏感，土壤 进土壤硝化作用 ［34］ 。β-G和 CBH 是与土壤有机碳分
pH 的升高有利于硝化作用的进行 ［33］ 。本研究结果 解相关的酶，B 1 、B 3 处理 β-G 和 CBH 活性显著提高，
显示，土壤 pH 与铵态氮含量呈显著负相关关系（图 这可能会为硝化微生物提供更多的不稳定碳源，从
5），因此，施用生物炭能够通过提高酸性土壤 pH，促 而促进了硝化作用。Dempster 等 ［35］ 发现，生物炭对
进土壤铵态氮向硝态氮的转化。施用生物炭也可以 土壤理化性质的改变能够影响硝化微生物的活性。