CAW對(duì)蘋果樹(shù)根區(qū)土壤性質(zhì)的影響

在蘋果樹(shù)根區(qū)施用CAW后土壤性質(zhì)的變化，與之前的報(bào)告基本一致。本研究中觀察到的土壤NO??-N減少和土壤NH??-N增加，與在受控實(shí)驗(yàn)室條件下的其他生物炭研究結(jié)果一致，可能與非生物和生物因素有關(guān)。高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的生物炭具有大的比表面積和高度芳香化的碳結(jié)構(gòu)，因此具有很強(qiáng)的吸附能力。因此，生物炭通常用于土壤處理以吸附氮。在本研究中，CAW在高溫下生產(chǎn)，具有較大的比表面積，這可能影響土壤氮轉(zhuǎn)化。冗余分析顯示了蘋果根區(qū)土壤中氮轉(zhuǎn)化微生物功能基因豐度與氮形態(tài)之間的對(duì)比關(guān)系，表明氮轉(zhuǎn)化微生物的變化對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了影響。

CAW對(duì)蘋果根區(qū)土壤微生物氮轉(zhuǎn)化的影響

據(jù)報(bào)道，向土壤中施用CAW會(huì)根據(jù)施用比例影響細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)。此外，生物炭改良可以通過(guò)改變幾種已知影響氮轉(zhuǎn)化微生物豐度和活性的環(huán)境特性來(lái)影響土壤中N?O還原功能微生物特征的相對(duì)豐度和分類組成，并可能減輕農(nóng)業(yè)N?O排放。因此，很可能是這些特性中幾個(gè)的相互作用共同決定了含生物炭微觀世界中功能基因的豐度。

氨氧化

土壤NH??-N含量與氨氧化微生物衍生的NH??離子轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，這可能會(huì)降低土壤NH??-N含量。在本研究中，施用較高比例的CAW顯著降低了Anammox基因的拷貝數(shù)，這抑制了厭氧氨氧化細(xì)菌的增殖，從而減少了土壤中NH??-N的損失。必須指出，CO?是厭氧氨氧化細(xì)菌唯一可用的碳源，而生物炭施用可以穩(wěn)定土壤有機(jī)碳，從而減少CO?積累。CAW的微孔結(jié)構(gòu)可以改變土壤結(jié)構(gòu)、O?含量和pH；因此，本研究中CAW改良土壤中的厭氧氨氧化細(xì)菌群落與對(duì)照相比發(fā)生了改變。此外，CAW改良顯著降低了AOA豐度，而施用高比例CAW增加了AOB豐度。這可能是因?yàn)橥寥纏H值升高，為AOA創(chuàng)造了更不利的條件，為AOB創(chuàng)造了有利條件。

反硝化作用

CAW在高溫下制備，具有高的C/N比和低的H/C比。當(dāng)其他生物可利用碳源變得有限時(shí)，反硝化微生物群落通過(guò)降解CAW的芳香碳結(jié)構(gòu)得以維持。在本研究中，nirS和nirK基因拷貝數(shù)在施用不同比例CAW后均有所下降，這對(duì)應(yīng)于擁有這些基因的反硝化細(xì)菌數(shù)量的減少。因此，這些微生物的反硝化活性在一定程度上受到抑制，從而減少了NO??向NO和N?O的轉(zhuǎn)化。先前的研究也報(bào)道了生物炭改良后反硝化速率降低。反硝化作用的減少可能是由于生物炭改良后土壤中無(wú)機(jī)氮化合物吸附增加，降低了其對(duì)反硝化微生物的有效性。添加CAW也可能增加土壤通氣性，使土壤缺氧程度降低。

CAW對(duì)蘋果樹(shù)根區(qū)土壤氮氧化物的影響

許多研究表明，施用生物炭可減少土壤N?O排放。土壤N?O主要來(lái)源于土壤NO??的還原，這通常發(fā)生在缺氧條件下。據(jù)報(bào)道，生物炭施用可增加土壤孔隙度，改善通氣性和O?含量，并降低土壤WFPS，使土壤缺氧程度減輕。在低WFPS下，O?有效性增加抑制了反硝化菌的活性，隨后硝化菌成為N?O的主要生產(chǎn)者。在本研究中，盡管CAW沒(méi)有降低NO??-N含量，但它降低了土壤NO和N?O濃度。此前有研究證實(shí)，不含生物炭的對(duì)照微觀世界中的N?O通量大于含生物炭的微觀世界。類似地，有研究發(fā)現(xiàn)生物炭改善了土壤pH和O?分壓，并改變了關(guān)鍵電子受體NO??和電子供體NH??的生物有效性和分布，從而影響了土壤N?O的產(chǎn)生和還原。本研究結(jié)果表明，CAW降低了反硝化細(xì)菌基因拷貝數(shù)，這降低了NiR活性，并不可避免地減少了由NO??還原產(chǎn)生的土壤氮氧化物。CAW的緩沖能力可能是在反硝化過(guò)程中減少N?O排放的基礎(chǔ)，因?yàn)榉聪趸饔脮?huì)產(chǎn)生更多N?O并將其轉(zhuǎn)化為N?。另有研究證明生物炭促進(jìn)了反硝化的最后階段。此外，有研究表明，由于生物炭施用后nosZ基因豐度增加導(dǎo)致N?O排放減少，N?O可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為N?，從而降低了土壤氮氧化物的濃度，并適度減少了其從土壤中的排放。

在氨氧化過(guò)程中，N?O也可以通過(guò)NH?OH的化學(xué)分解形成。在本研究中，施用特定比例的CAW后，AOA amoA基因拷貝數(shù)減少，這反過(guò)來(lái)削弱了土壤氨氧化作用，并減少了與對(duì)照相比的N?O產(chǎn)生。也有報(bào)道稱，碳化秸稈和CAW提高了土壤羥胺還原酶的活性。這種酶活性的提高促進(jìn)了NH?OH還原為氨，而不是氧化為N?O，從而減輕了土壤N?O的損失。

與實(shí)驗(yàn)室條件不同，在考慮CAW改良對(duì)田間條件下土壤微生物的影響時(shí)，不能忽視蘋果樹(shù)本身的影響。生物炭改良土壤中根系的生長(zhǎng)會(huì)影響水分和養(yǎng)分的吸收以及植物的根系分泌物。盡管根系的養(yǎng)分吸收和呼吸作用可能影響氮源和氣體擴(kuò)散，并且根系分泌物作為土壤微生物的主要碳能源，但它們也可能對(duì)微生物產(chǎn)生不利影響。因此，CAW改良土壤中的氮轉(zhuǎn)化微生物也可能直接或間接受根系養(yǎng)分吸收和根系分泌物的影響，未來(lái)的研究應(yīng)考慮全面的土壤-植物-微生物-生物炭相互作用。

向土壤中施用不同比例的碳化蘋果木可以改變土壤微生物群落和氮氧化物含量。以適量比例施用碳化蘋果木增加了土壤微生物生物量，降低了土壤NO??-N含量，并提高了NO??-N和NH??-N含量。此外，CAW改良影響了參與微生物氮轉(zhuǎn)化的功能基因的豐度，并降低了蘋果根區(qū)土壤中的NO和N?O濃度?？傮w而言，適量的CAW改良是一種可持續(xù)的技術(shù)，可用于調(diào)節(jié)根區(qū)土壤中氮轉(zhuǎn)化微生物的豐度和氮氧化物的濃度。