CAW對蘋果樹根區土壤性質的影響

在蘋果樹根區施用CAW后土壤性質的變化，與之前的報告基本一致。本研究中觀察到的土壤NO??-N減少和土壤NH??-N增加，與在受控實驗室條件下的其他生物炭研究結果一致，可能與非生物和生物因素有關。高溫熱解產生的生物炭具有大的比表面積和高度芳香化的碳結構，因此具有很強的吸附能力。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，具有較大的比表面積，這可能影響土壤氮轉化。冗余分析顯示了蘋果根區土壤中氮轉化微生物功能基因豐度與氮形態之間的對比關系，表明氮轉化微生物的變化對土壤氮轉化產生了影響。

CAW對蘋果根區土壤微生物氮轉化的影響

據報道，向土壤中施用CAW會根據施用比例影響細菌和真菌的生長。此外，生物炭改良可以通過改變幾種已知影響氮轉化微生物豐度和活性的環境特性來影響土壤中N?O還原功能微生物特征的相對豐度和分類組成，并可能減輕農業N?O排放。因此，很可能是這些特性中幾個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??離子轉化密切相關，這可能會降低土壤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，這抑制了厭氧氨氧化細菌的增殖，從而減少了土壤中NH??-N的損失。必須指出，CO?是厭氧氨氧化細菌唯一可用的碳源，而生物炭施用可以穩定土壤有機碳，從而減少CO?積累。CAW的微孔結構可以改變土壤結構、O?含量和pH；因此，本研究中CAW改良土壤中的厭氧氨氧化細菌群落與對照相比發生了改變。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。這可能是因為土壤pH值升高，為AOA創造了更不利的條件，為AOB創造了有利條件。

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。當其他生物可利用碳源變得有限時，反硝化微生物群落通過降解CAW的芳香碳結構得以維持。在本研究中，nirS和nirK基因拷貝數在施用不同比例CAW后均有所下降，這對應于擁有這些基因的反硝化細菌數量的減少。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的轉化。先前的研究也報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機氮化合物吸附增加，降低了其對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對蘋果樹根區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主要來源于土壤NO??的還原，這通常發生在缺氧條件下。據報道，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的主要生產者。在本研究中，盡管CAW沒有降低NO??-N含量，但它降低了土壤NO和N?O濃度。此前有研究證實，不含生物炭的對照微觀世界中的N?O通量大于含生物炭的微觀世界。類似地，有研究發現生物炭改善了土壤pH和O?分壓，并改變了關鍵電子受體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的產生和還原。本研究結果表明，CAW降低了反硝化細菌基因拷貝數，這降低了NiR活性，并不可避免地減少了由NO??還原產生的土壤氮氧化物。CAW的緩沖能力可能是在反硝化過程中減少N?O排放的基礎，因為反硝化作用會產生更多N?O并將其轉化為N?。另有研究證明生物炭促進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基因豐度增加導致N?O排放減少，N?O可以進一步轉化為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。

在氨氧化過程中，N?O也可以通過NH?OH的化學分解形成。在本研究中，施用特定比例的CAW后，AOA amoA基因拷貝數減少，這反過來削弱了土壤氨氧化作用，并減少了與對照相比的N?O產生。也有報道稱，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。

與實驗室條件不同，在考慮CAW改良對田間條件下土壤微生物的影響時，不能忽視蘋果樹本身的影響。生物炭改良土壤中根系的生長會影響水分和養分的吸收以及植物的根系分泌物。盡管根系的養分吸收和呼吸作用可能影響氮源和氣體擴散，并且根系分泌物作為土壤微生物的主要碳能源，但它們也可能對微生物產生不利影響。因此，CAW改良土壤中的氮轉化微生物也可能直接或間接受根系養分吸收和根系分泌物的影響，未來的研究應考慮全面的土壤-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化的功能基因的豐度，并降低了蘋果根區土壤中的NO和N?O濃度。總體而言，適量的CAW改良是一種可持續的技術，可用于調節根區土壤中氮轉化微生物的豐度和氮氧化物的濃度。