西北旱区农田减氮配施生物炭调控土壤微生物碳氮利用效率的碳氮固存机制

《Journal of Environmental Management》：Nitrogen fertilizer reduction and biochar addition change the microbial carbon and nitrogen use efficiency of farmland soils in arid areas

　　本研究通过田间试验揭示减氮配施生物炭（BC）对旱区青贮玉米农田土壤微生物碳利用效率（CUE）与氮利用效率（NUE）的调控作用。BC添加显著提升土壤养分与微生物量，缓解碳限制但加剧氮限制；随机森林与PLS-PM模型表明化学计量失衡（C:Nimb、C:NEEA）和微生物养分限制是核心驱动因子，为旱区农业碳 sequestration 与养分优化提供理论依据。

　　

Study site

试验于2023–2024年（4–10月）在甘肃华瑞农业有限公司（110°22′–101°13′E, 37°56′–38°48′N）开展，该区域位于中国西北河西走廊中部，属温带大陆性荒漠草原气候，昼夜温差大、太阳辐射强、蒸发旺盛，无霜期140天。年均温、降水量和日照时数分别为5.1°C、156 mm和3100小时。供试土壤为砂壤土，基本理化性质为：pH 8.2、有机碳（SOC）10.58 g·kg^?1、全氮（TN）0.87 g·kg^?1、全磷（TP）0.65 g·kg^?1。

Soil physical and chemical properties

单一施氮处理下，土壤pH、SWC（土壤含水量）、SOC、C:N和C:P随施氮量减少呈显著上升趋势，而TP和TN含量下降（图2）。与N3处理相比，BC添加显著提升SOC和TN含量，且TP在N3BC处理下最高。相同施氮水平下，BC添加降低土壤pH（图2A, P < 0.05），并增加SOC、TN和TP含量。

Effects of N application and BC addition on stoichiometric imbalance and microbial nutrient limitation

土壤微生物的C:N:P化学计量特征反映了分解者的营养需求，其生长常受能量和养分可用性限制。土壤资源与微生物生长需求间的化学计量失衡可表征微生物面临的资源限制（Zhang et al., 2024）。研究表明，化学计量失衡可能与微生物对养分的需求相关（Yuan et al., 2019）。

Conclusion

BC添加对土壤养分和微生物的影响显著高于单一施氮处理。BC缓解了碳限制但加剧了氮限制。微生物CUE随施氮量减少而降低，NUE保持稳定；BC添加（N1BC和N2BC）提升微生物CUE但降低NUE。PLS-PM分析表明，在减氮配施BC模式下，微生物养分限制对CUE和NUE的影响更强。