氧化亚氮(N2O)不仅是三大温室气体之一,而且还会间接破坏臭氧层。来自农田排放的N2O占全球N2O总排放量的60%,这主要是因农田大量施用氮肥导致的,而我国又是世界上氮肥施用量最高的国家之一。因此,如何降低农田土壤N2O排放已经成为目前研究热点。生物炭是生物质在部分或完全缺氧条件下,经高温慢热炭化产生的一种含碳量极高、不易分解、高度芳香化的固态黑色物质。近些年,生物炭施入到土壤后对土壤N2O排放的影响引起了科研人员的高度重视。生物炭通过影响土壤的理化性质、土壤结构以及土壤中氮素迁移转化的相关微生物活动进而影响N2O排放,但是具体机制目前仍不具有统一的、系统的结论。为此,本文简要概述归纳添加生物炭对土壤理化性质和农田N2O排放及其相关机制的影响,并展望了今后生物炭对土壤N2O排放影响的理论研究方向,以期为生物炭削减农田土壤N2O排放应用的可行性提供参考。
生物炭对农田土壤N2O排放的作用效应大量研究表明,添加生物炭可以显著降低土壤N2O的排放量。盆栽试验表明,在土壤中添加不同剂量竹木生物炭、硬木生物炭和稻草生物炭,结果显示80 g·kg-1硬木生物炭对土壤N2O排放抑制效果最 佳,达89%;在菜田添加3%生物炭可以有效抑制土壤N2O排放达40.70%;在山东德州的冬小麦—夏玉米轮作体系中,添加 4.5~13.5t·hm-2生物炭处理降低了土壤N2O排放,达33.3%~62.2%。综合上述引文,可以看出添加生物炭能提高土壤的pH值,从而提高N2O还原酶(nosZ)的活性,加速N2O向N2转化,同时可抑制NO3-和NO2-向N2O转化的酶活性,减少反硝化作用中N2O的产生。生物炭的施入可增加土壤的通透性,促进了O2在土壤中的扩散,有利于有机物利用N2O发生非生物反应,以减少N2O的排放。此外,生物炭可吸附固定土壤中的铵态氮,降低反硝化作用的底物,进而抑制土壤N2O的排放。