近日，农业农村部环境保护科研监测所农业生物多样性与生态农业创新团队系统揭示了长期生物炭添加对深层碱性稻田土壤异化硝酸盐还原过程的分异调控效应及微生物驱动机制。该研究为科学施用生物炭阻控深层土壤氮素损失、提升稻田氮素固持效率提供了理论依据。相关成果发表于《生物炭》(Biochar)。

氮素是作物生长的关键养分，其在土壤中的转化路径直接影响农田生产力与环境安全。异化硝酸盐还原成铵过程有利于土壤总氮固持，而反硝化与厌氧氨氧化过程则造成土壤氮损失。生物炭具备调控氮循环路径的潜力，但其对碱性稻田土壤尤其是深层土壤异化硝酸盐还原过程的影响尚缺乏系统研究。

该研究以长期施用生物炭的碱性稻田系统为对象，采用15N同位素示踪技术量化0—80 cm土层反硝化、厌氧氨氧化及异化硝酸盐还原成铵的速率特征，并结合功能基因高通量测序技术，解析了生物炭对上述三个过程的分配规律。结果表明，长期施用生物炭对氮循环路径的调控具有深度依赖性：在表层土壤中，生物炭提高反硝化速率；在深层土壤中，生物炭抑制反硝化和厌氧氨氧化过程，同时激活异化硝酸盐还原成铵途径。其机制在于生物炭改变了深层土壤理化微环境，主要通过调节土壤pH、溶解性有机碳和Fe2+等关键因子，影响napA和nosZ等功能基因的丰度表达，从而减少深层土壤氮损失并提高氮固持。研究结果为构建基于生物炭的稻田氮素分层精准调控管理策略提供了科学依据。

该研究得到中国农业科学院科技创新工程等项目资助。