生物炭对土壤氮循环相关微生物的影响

与土壤硝化作用及反硝化作用相关的微生物会受到土壤环境改变带来的影响，进而影响土壤N2O的排放。硝化作用中，主要是由氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）来完成氨（NH3）的氧化过程，并控制产生N2O。在土壤中添加生物炭会通过提高土壤 pH 值进而引起土壤中氨氧化细菌丰度的增加，从而提高土壤的硝化速率。生物炭的多孔性使其具有强大的吸附能力，酚类化合物等被生物炭吸附后，促进了硝化细菌的增长，从而间接促进了土壤的硝化作用。

反硝化作用中，作为反硝化细菌的功能标志物硝酸还原酶基因（narG），主导着将NO3?催化还原为NO2?的过程，由亚硝酸还原酶催化的亚硝酸盐转化为氮氧化物（NO2? → NO）是最关键步骤，该过程最为重要的功能标记基因为nirK和nirS基因。由一氧化二氮还原酶催化的N2O还原成N2的过程也被认为十分重要，抑制该过程的进行将有利于氧化亚氮的产生，该过程功能标记基因为nosZ基因。研究反硝化过程中产生的N2O/N2的比例及其影响因素，是解决土壤N2O排放对生物炭施加响应机制的关键，并可为提高土壤氮素利用率和减少土壤N2O排放提供必要的理论依据。有研究认为生物炭含有一些碱性灰分，可以抑制反硝化硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和促进一氧化二氮还原酶的活性，从而减少N2O的产生。有研究表明，影响反硝化作用的主要因素是有机质以及硝酸盐含量而不是氧气含量，这是由于许多微生物具有周质型硝酸盐还原酶（Nap）的缘故。硝化作用以及反硝化作用常常发生耦合作用，二者共同影响了N2O的排放。与此同时，参与反硝化作用的种类繁多，已经发现有80多个属的细菌和部分古菌、真菌和放线菌都参与反硝化作用。

此外，生物炭还可通过其它途径来影响土壤微生物活动和土壤N2O排放。生物炭可为固氮微生物提供生长繁殖的有利条件，从而进一步诱发氮固定。对于有机质高、氮素充足的土壤应该使用制作温度比较高的惰性生物炭，这样的土壤主要靠生物炭自身的性质来减少土壤N2O的排放。生物炭由于自身生产以及材料的原因，也可能产生一些对土壤有害的物质，从而抑制硝化和反硝化作用。