施肥农田的氧化亚氮（
N
₂
O）排放是全球变暖的重要因素。生物炭添加可通过调节土壤结构、提高微生物活性和作物氮利用率，以减少
N
₂
O
排放。而生物炭对
N
₂
O
排放的影响与其生产条件、性质和施加量的关系尚不清楚。为此，本研究进行了一项全球meta分析，收集了来自全球48个站点
的550
项结果
，评估了不同类型生物炭添加对
N
₂
O
排放量、硝化速率NEA、反硝化速率DEA和土壤氮循环功能基因（
amoA
、
amoB
、
narG
、
nirK
、
nirS
和
nosZ
）丰度的影响。研究发现生物炭主要通过调节反硝化过程减少施肥农田的
N
₂
O
排放。总体而言，由麦秸制备的生物炭显著提高了DEA相关基因丰度，低温热解的生物炭显著减少了
N
₂
O
排放，DEA相关基因的丰度随生物炭pH、灰分含量和阳离子交换量（CEC）的增加而增加。随着施加量增加，
N
₂
O
排放量降低，主要归因于
nosZ
基因丰度和土壤pH的提高。当生物炭施加量低于20 t/ha/
yr，
生产条件及其特性对
N
₂
O
排放的影响有限；当施加量超过20
t/ha/
yr
，不同类型生物炭对
N
₂
O
排放影响的差异变得明显，表明生物炭对土壤氮循环和
N
₂
O
排放的影响具有累积效应。本研究揭示了生物炭在减少施肥农田
N
₂
O
排放量的重大潜力，有助于应对全球气候变化。
图文摘要
-
当生物炭的平均施加量达到20
t/ha/
yr
，全球施肥农田
N
₂
O
排放量将减少19%。
-
生物炭主要通过调节反硝化过程来影响土壤氮循环和
N
₂
O
排放。
-
当施加量较低，生物炭的生产条件及其特性对
N
₂
O
排放的影响有限，但改变了与
N
₂
O
排放相关基因的丰度。
-
生物炭对土壤氮循环和
N
₂
O
排放的影响具有阈值效应，这可能是由于生物炭性质的累积效应。
图1 荟萃分析所涉及的实验站点的地理位置及其相应的年平均温度与年平均降水量
图3 生物炭的特性、生产条件以及施用量对硝化微生物丰度的影响：（a）氨氧化古菌（
AOA
）；（b）氨氧化细菌
（
AOB
）
图4 生物炭特性、制备条件及施用量对反硝化功能基因丰度的影响：（a）亚硝酸盐还原酶基因（
nirK
）；（b）
亚硝酸盐还原酶基因（
nirS
）；
（
c）
氧化亚氮还原酶基因
（
nosZ
）
图5 生物炭特性、制备条件及施用量对酶活性与
N₂O
排放的影响：
（a）
硝化酶活性；
（b）反硝化酶活性；
（c）土壤
N₂O
累积排放通量
图6 土壤属性的效应值与氮循环基因丰度之间的皮尔逊相关性：（a）皮尔逊相关性热图；（b）硝化酶活性与
nirS
基因的线性相关性；（c）土壤NO₃⁻与
nirS
基因的相关性；（d）N₂O排放量与土壤pH的相关性；以及（e）N₂O排放量与土壤NH₄⁺的相关性
-
生物炭显著降低了施肥农田
N
₂
O
排放
，但其效应主要取决于施加量。
-
由于累积效应，生物炭对土壤氮循环和
N
₂
O
排放的影响具有阈值效应，而原材料、生产条件和性质的影响依赖于添加量。
-
当生物炭施加量达到20
t
/ha/
yr
，农田
N
₂
O
排放量降低19%，而施用量提高到
50
t
/ha/
yr
，降幅可达到48%
。
-
优化生物炭生产条件及其性能可以提高其减少全球农田
N
₂
O
排放的潜力。
-
本研究揭示了生物炭对农田
N
₂
O
排放的影响，对于农田生态系统氮素管理和全球气候变化有参考意义。
天津大学环境科学与工程学院副教授，研究方向为全球气候变化与土壤氮循环、土壤修复与改良，以第一/通讯作者在《Soil Biology and Biochemistry》、《Science of the Total
Environment》等国际期刊发表SCI论文三十余篇，担任《Biochar》和《环境生态学》青年编委，主持国家自然科学基金项目、天津市京津冀协同创新等项目十余项。
中国科学院地理科学与资源研究所研究员，主要研究方向为生态系统养分循环、根际激发效应。在《Global Change Biology》、《New Phytologist》等国际TOP期刊发表SCI论文百余篇，参与并主持多项国家自然科学基金项目和国家“973”计划项目。
赞助基金项目
：
国家自然科学基金项目（41601245）、喀山联邦大学“优先级-2030”战略学术领导计划、俄罗斯人民友谊大学战略学术领导计划
文章链接：
https://doi.org/10.1007/s44246-025-00198-5
改性生物炭：合成及其去除环境中重金属的机制
Modified biochar: synthesis and mechanism for removal of environmental heavy metals
更好地理解土壤中铁循环对碳的稳定及降解的作用
Towards a better understanding of the role of Fe cycling in soil for carbon stabilization and degradation
