氮和碳底物的可用性

有效态氮尤其是硝态氮，是反硝化过程进行的基本底物。生物炭的施用降施用低了沙壤土中N2O的排放量，其主要原因是固氮量( NH4 +、NO3－等) 的增加而不是土壤pH值的升高。施用生物炭降低了土壤反硝化速率，减少了N2O的排放， 且N2O的排放与土壤含水量无显著相关性，与土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮含量呈显著正相关。生物炭的吸附作用可增强土壤固氮作用，降低反硝化作用底物的可利用性，从而抑制反硝化作用的进行。碳和氮的可利用性对土壤反硝化过程具有重要作用。反硝化是一个电子消耗和异养过程，土壤有机物为硝态氮的还原提供电子，为反硝化菌的生长和活性提供有机底物。生物炭施用后，土壤DOC含量和电导率等显著提高，可为微生物提供足够的有机碳源和营养物质，增强反硝化菌的活性。

生物炭对土壤反硝化作用及其功能微生物的影响

反硝化作用被认为是土壤中NO3－在厌氧条件下，通过一系列反硝化微生物的作用，渐次还原成NO2－、NO、N2O、N2的生物学过程，这4步过程需要的还原酶依次为: (1)nar基因编码的硝酸盐还原酶; (2)nir基因编码的亚硝酸盐还原酶; (3)nor基因编码的一氧化氮还原酶; (4)nos基因编码的氧化亚氮还原酶。反硝化微生物广泛分布于细菌、真菌和古生菌中，包括假单胞菌科、芽孢杆菌科、盐杆菌科、根瘤菌科、红螺菌科、噬纤维菌科等。反硝化作用受土壤含氧量、pH 值、碳有效性等多种环境因子的影响。反硝化作用是一个厌氧过程，氧气的存在能够抑制硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的合成，进而不利于整个反硝化作用的进行。此外，土壤含氧量不同也会导致反硝化气体产物组成的差异，低含氧量的环境有利于氧化亚氮向氮气的还原。土壤pH值是影响反硝化作用的重要因素之一，酸性环境下反硝化速率慢。大多数反硝化作用是通过异养微生物进行的，因此高度依赖于碳源。且碳源分解的同时产生 CO2，有利于低氧环境的形成。

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