生物机制：微生物酶介导

土壤中物质和能量的吸收、转化和利用主要通过微生物介导的系列生物化学反应完成。土壤酶是由动植物活体和微生物分泌或残体分解而来，参与土壤中各种生化反应，如土壤腐殖质组分的合成与分解，有机物、动植物和微生物残体的水解与转化以及土壤中氧化还原反应。土壤酶活性反映了土壤中生化反应的活跃程度及土壤质量和养分循环状态。生物质炭可显著影响土壤中参与碳、氮、磷等养分循环的多种酶和微生物活性。研究表明，生物质炭添加显著提高了土壤中的脲酶和过氧化氢酶活性，前者的酶促反应影响了土壤有机态氮向有效态氮转化，后者影响过氧化氢分解，降低生物毒性，促进微生物代谢活动，进而增加了土壤中速效养分含量，提高土壤肥力。贺超卉等[83]研究发现，在褐土中施加生物质炭可增强还原氧化亚氮的细菌活性，促进完全反硝化。郑慧芳等[62]研究发现，施用生物质炭增加了土壤 pH，提高了碱性磷酸酶和溶磷细菌活性，抑制了酸性磷酸酶活性，进而促进土壤中磷素的转换和利用，使土壤中有机碳、总氮、总磷、有效磷等含量显著提高。一方面，因生物质炭具保水保热功能，能为生化反应提供更有利水热条件；孔隙中的空气为好氧反应提供了充足氧气，一定程度上抑制了厌氧反应进行。另一方面，生物质炭对反应底物的吸附便于酶结合，利于酶促反应进行，提高了酶活性。此外，生物质炭通过改变土壤 pH 影响酶和微生物的活性，在黄土土壤中按 0、1%、3%和5%施加的 300 和 600 ℃下制得的油菜秸秆，生物炭脲酶、过氧化氧酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脱氢酶、多酚氧化酶和蛋白酶的活性受土壤 pH 影响较明显，呈酸化抑制、碱化激活规律。然而，如果生物质原料含过量重金属，重金属会富集在热解制备的生物质炭中，引起土壤 PAHs 含量增加。当施加的生物质炭中引入过多的重金属或 PAHs 等物质时，反而会对土壤中的酶和微生物产生一定毒害，抑制养分循环。