【摘 要】
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N2O是一种重要的温室气体,会对臭氧层造成破坏。土壤中的多种非生物机制和微生物活动会产生N2O气体。当土壤孔隙含水率（WFPS）大于70%时,反硝化作用是稻田土壤N2O排放的最重要途径。紫色土由于性质特殊,土壤氮素流失与N2O排放的风险尤为突出。施用生物炭可以改变土壤的理化性质,从而对土壤的硝化和反硝化过程产生影响,最终影响土壤N2O气体的排放量。目前有关生物炭对土壤N2O排放的影响作用机制仍需进
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N2O是一种重要的温室气体,会对臭氧层造成破坏。土壤中的多种非生物机制和微生物活动会产生N2O气体。当土壤孔隙含水率（WFPS）大于70%时,反硝化作用是稻田土壤N2O排放的最重要途径。紫色土由于性质特殊,土壤氮素流失与N2O排放的风险尤为突出。施用生物炭可以改变土壤的理化性质,从而对土壤的硝化和反硝化过程产生影响,最终影响土壤N2O气体的排放量。目前有关生物炭对土壤N2O排放的影响作用机制仍需进一步探索和研究。为探究施加生物炭对紫色土的反硝化作用、N2O气体排放量和综合温室效应的影响与作用机制,论文以水稻秸秆为原材料,在不同热解温度（300、500和700℃）下制备得到3种生物炭,将其以不同添加比例（1%和5%）与土壤混合,开展室内培养试验,通过研究,得到下述主要结论:（1）土壤培养试验结果表明,施加生物炭提高了紫色土1.83%～40.57%的通气孔隙度,改善了土壤的通气性能;施加300℃生物炭对紫色土的水分蒸发有一定的抑制作用;施加生物炭提高了紫色土19.9%～217.6%的可溶性有机碳含量,增加了可供微生物利用的底物含量;施加生物炭提高了紫色土0.38～1.79个单位的初始pH值;与对照组相比,施加秸秆生物炭提高了土壤硝酸盐固定量,试验组的硝酸盐固定量最高增加了211.3%。（2）淹水培养试验结果表明,紫色土中的反硝化作用符合一级反应动力学模型,7个处理组在淹水条件下的反硝化速率常数为0.067～0.362 d-1;土壤pH值、硝酸盐固定量与反硝化速率之间存在显著的负相关关系;施加生物炭通过增加紫色土的pH值以及氮素固定量,从而创造出碱性环境、减少土壤中可用的氮素含量,最终对土壤反硝化过程产生抑制作用。（3）反硝化功能基因丰度测定结果表明,施加生物炭对紫色土反硝化功能基因丰度的影响与生物炭的热解温度和添加比例有关。300℃的生物炭增加了紫色土的narG基因拷贝数,500℃的生物炭对narG基因拷贝数的影响不显著,700℃的生物炭减少了narG基因拷贝数;3种热解温度的生物炭均增加了紫色土的nirS基因拷贝数;300℃和500℃的生物炭显著增加了紫色土的nirK和norB基因拷贝数,而700℃的生物炭对二者的影响不显著;大部分处理均显著增加了紫色土的nosZ基因拷贝数。不同添加比例对紫色土反硝化功能基因丰度的影响是:对于热解温度为300℃的生物炭,添加比例为1%的试验组中反硝化功能基因的丰度显著高于添加比例为5%的试验组;对于热解温度为500℃的生物炭,两种添加比例的试验组的反硝化功能基因丰度水平相当;对于热解温度为700℃的生物炭,添加比例为5%的试验组中反硝化功能基因的丰度显著高于添加比例为1%的试验组。（4）土壤产气试验结果表明,施加生物炭大幅度减少了紫色土N2O气体的产生排放量,削减率为44.34%～89.61%;相比于对照组而言,大部分处理组对紫色土的综合温室效应有削减作用,削减率为41.91%～94.06%。多元线性回归分析表明,5种反硝化功能基因（narG、nirS、nirK、norB和nosZ）的绝对含量可以解释N2O排放量74.6%的变化情况;相较于nirK和norB基因拷贝数,narG、nirS和nosZ基因拷贝数对N2O排放量的影响更为重要。结构方程模型表明,生物炭施加入紫色土中后,会通过一个相当复杂的机制对N2O排放量产生影响,这一影响是由10条路径共同作用而造成的。在生物炭对紫色土N2O排放量的调控路径中,通气孔隙度与pH值是较为重要的理化因子,nirS基因和nosZ基因则是关键的反硝化功能基因;生物炭的施加主要通过改变土壤的通气孔隙度与pH值,进而影响nirS基因和nosZ基因的丰度,最终实现对N2O排放量的削减。
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