南京林业大学学报(自然科学版)

作者：吕润锦,周思静,代雯雅,刘琦

单位：南京林业大学林草学院, 水土保持学院, 江苏 南京 210037

关键词：生物炭,硝化速率,N2O,异质性,机器学习,空间变异,土壤改良

基金：国家自然科学基金项目(32271714),国家自然科学基金项目(31901196),江苏省自然科学基金项目(BK20190746)

【目的】硝化作用是农田土壤氮循环的关键过程,与温室气体N2O排放密切相关。生物炭作为新型土壤改良剂,已被证实可显著影响土壤硝化过程,但其对硝化速率以及硝化过程中N2O排放的异质性规律尚不明确,制约了其在农业实践中的科学应用。本研究旨在揭示生物炭对全球农田土壤硝化作用的空间变异规律,为优化生物炭的农业环境效益提供理论依据。【方法】基于94篇已发表文献的研究数据,采用 Meta分析方法系统评估生物炭对土壤硝化作用的影响,并运用机器学习算法解析其全球空间分异特征。【结果】生物炭施用使土壤硝化速率平均提高56%、氨氧化细菌(AOB)丰度增加41%,但对氨氧化古菌(AOA)丰度无显著影响,表明AOB是生物炭调控硝化作用的关键微生物群落。生物炭虽然整体上降低了硝化过程N2O排放系数,但并未降低硝化过程N2O的排放总量。生物炭在低缓冲能力土壤(如酸性、低有机碳或砂性土壤)中表现出对硝化速率、硝化过程N2O排放以及AOB丰度更强的促进作用,主要归因于其碱性效应(提高土壤pH)及结构效应(提升土壤通气性)。空间分析显示,生物炭在热带地区对硝化速率及硝化过程N2O排放的促进作用高于亚热带及温带地区。土壤类型特异性分析表明,生物炭在氧化土、老成土和淋溶土中对硝化速率及硝化过程N2O排放的增加作用较明显,而在始成土、新成土、干旱土和均腐土中对硝化速率的增加作用相对较小,对硝化过程N2O排放没有显著增加的风险。【结论】生物炭在低缓冲性的土壤中可能具有促进硝化作用并增加N2O排放的风险,在实际应用中需根据土壤类型和气候带特征制定差异化施用策略,以实现土壤改良与温室气体减排的双重目标。

来源：2025年第5期

《南京林业大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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