生物炭与有机肥替代对土壤碳组分及细菌群落稳定性的差异化调控机制

　　针对农业土壤碳固存难题，中国科研团队通过田间试验探究生物炭（1%-2%）与有机肥替代尿素氮（0%-60%）的协同效应。研究发现高剂量生物炭（HB）通过抑制纤维二糖水解酶（CBH）活性和提升细菌网络复杂度，显著增加矿物结合态有机碳（MAOC）比例（15-19 g kg?1 ），而有机肥替代主要促进颗粒有机碳（POC）积累（2.03-6.6 g kg?1 ）。该研究为土壤碳库精准管理提供了微生物调控新视角。

　　

在传统农业依赖化学氮肥的背景下，土壤质量退化与碳流失已成为全球性挑战。虽然生物炭和有机肥被公认为改善土壤碳储量的有效手段，但两者如何协同影响不同土层碳组分稳定性，以及微生物在其中扮演的角色，始终是学术界未解的谜题。更关键的是，深层土壤（16-30 cm）作为潜在的碳汇宝库，其响应机制长期被忽视。这些认知空白严重制约了农业固碳措施的精准实施。

为破解这一难题，宿州学院农业科学院的研究团队设计了一项创新性田间试验。通过设置生物炭梯度（0%、1%、2%）与有机肥替代尿素氮比例（0%、20%、40%、60%）的组合处理，结合酶活性检测、细菌网络分析和结构方程模型等先进技术，首次系统揭示了农业管理措施对土壤碳库的层级调控机制。该成果发表在土壤学权威期刊《European Journal of Soil Biology》上。

关键技术方法
研究采用分层采样（0-15 cm和16-30 cm）结合碳组分物理分组法测定POC和MAOC；通过微孔板法检测β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）和纤维二糖水解酶（CBH）活性；利用16S rRNA高通量测序解析细菌群落结构；基于分子生态网络分析细菌互作关系；采用零模型量化群落组装过程；最后通过结构方程模型（SEM）整合多维度数据。

研究结果

1. 有机碳组分的变化
• 生物炭与有机肥的协同效应呈现明显土层分化：高剂量生物炭（HB）使表层土壤有机碳（SOC）提升34%（达24 g kg^?1
），深层仅增加19%。
• 有机肥替代显著提高POC含量（表层最高6.6 g kg^?1
），但生物炭通过抑制CBH活性使POC/MAOC比值降低15%-22%，表明其促进碳向稳定形态（MAOC）转化。

2. 酶活性响应
• 表层土壤水解酶活性是深层的1.2-1.6倍，生物炭通过改变pH环境使CBH活性降低，而有机肥替代通过缓解细菌生物量限制间接提升酶活性。

3. 细菌群落调控
• 生物炭增强异质选择（heterogeneous selection）作用，使细菌网络复杂度提升38%，这种效应在两层土壤中均显著。
• SEM模型显示细菌负/正内聚系数每增加1个单位，表层MAOC比例提升12%（P<0.05），证实微生物互作关系对碳稳定的正向调控。

结论与意义
该研究首次阐明生物炭通过"酶活性抑制-细菌网络强化"双重途径提升土壤碳稳定性，而有机肥替代主要影响活性碳库（POC）的短期积累。特别重要的是，研究发现深层土壤对管理措施的响应强度弱于表层，但生物炭仍能通过垂直运输的有机碳增强其固碳能力。这一发现为制定分层碳管理策略提供了理论依据——在表层土壤实施生物炭与有机肥组合措施，同时通过生物炭改良促进深层碳封存，有望实现农田碳汇效能的最大化。研究建立的"微生物网络复杂度-MAOC形成"关联模型，为开发基于微生物调控的智能固碳技术开辟了新思路。