生物炭对土壤N2O通量的影响与土壤氮转化途径高度相互作用，而该过程受土壤水分控制。当土壤处于相对较低的水分条件（＜80％孔隙含水量WFPS）时，硝化作用是产生N2O的主要途径，生物炭往往会因硝化作用的增加而刺激土壤N2O排放；相反，当土壤处于高湿条件（WFPS＞80％）时，反硝化作用是产生N2O的主要途径，生物炭则倾向于减少土壤N2O的排放；在土壤水条件饱和时，添加生物炭的土壤N2O排放可能会增加，特别是在酸性并富含矿质氮的稻田土中施用生物炭可以增强硝化作用，土壤PH的增加可以进一步刺激硝化作用，从而导致生物炭添加后土壤N2O排放量的增加。在淹水阶段或重新润湿土壤中，生物炭具有更强的N2O减排效果。研究进一步表明，生物炭添加通过间接影响土壤水分含量（20％～50％）和植物氮吸收而影响土壤N2O的排放。通过对比土壤粗砂、细砂和粉砂的保水特性，生物炭在粗砂中表现出更大的优势，其植物可利用性水分含量增加了45％。

生物炭的吸附作用通过影响土壤硝化和反硝化作用过程的底物浓度来实现。生物炭具有发达的孔隙结构和表面富含多种官能团，使其具有较强的吸附能力，可以吸附土壤中游离的。因吸附使减少，进而抑制硝化作用和反硝化作用，从而减少N2O排放量。在土柱试验中，高温（＞600℃）条件下生产的生物炭相比低温生物炭显示出更强的吸附能力，归因于高温生物炭具有更大的表面积和有机质吸收容量。不同生物炭对的吸附量不同，而吸附量较小，在施用生物炭后，土壤累积N2O排放量随生物炭对吸附能力的增加而减少。由花生壳在600℃条件下制 成的生物炭有效地减少了土壤溶液中的硝酸盐和铵，降幅分别为34％和34.7％，同样条件下由胡椒木制成的生物炭减少了淋失，降幅分别为34％和14％。

研究表明生物炭与微生物之间的相互作用调控土壤N2O排放。生物炭改变了控制N2O产生的土壤微生物特性，如微生物量、群落组成和活性及功能基因的丰度。整合分析表明，生物炭增加了微生物生物量，长期低速率添加生物炭会增加微生物多样性。反硝化过程中N2O还原为N2过程由nosZ基因编码的N2O还原酶（N2OR）催化，生物炭添加增加了土壤中nosZ基因的丰度，进而增加了N2OR酶活性，同时增加生物固氮nifH丰度，从而减少了N2O的排放。在酸性土壤中，生 物炭通过增加亚硝酸盐还原酶基因（nosZ和nirK）丰度和增加土壤PH（从5.48升至6.11）以缓解N2O的释放。