【摘 要】
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目前全球大气CO2浓度上升和温度升高不仅会对作物生长发育产生一定的影响,还会影响农田土壤生态系统碳氮库的稳定性。生物炭作为一种土壤改良剂,施入土壤之后可以改善土壤理化性质和微生物群落活性,促进作物生长。然而在气候变化背景下研究施入生物炭对土壤碳氮组分、酶活性及微生物群落影响的研究还较少。本研究依托山西农业大学人工气候控制平台,设置两个CO2浓度处理（正常CO2浓度400μmol/mol;高CO2浓
【基金项目】
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山西农业大学青年拔尖创新人才支持项目（项目编号:BJRC201602）； 山西省应用基础研究计划面上项目（项目编号:202103021224152）；
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目前全球大气CO2浓度上升和温度升高不仅会对作物生长发育产生一定的影响,还会影响农田土壤生态系统碳氮库的稳定性。生物炭作为一种土壤改良剂,施入土壤之后可以改善土壤理化性质和微生物群落活性,促进作物生长。然而在气候变化背景下研究施入生物炭对土壤碳氮组分、酶活性及微生物群落影响的研究还较少。本研究依托山西农业大学人工气候控制平台,设置两个CO2浓度处理（正常CO2浓度400μmol/mol;高CO2浓度600μmol/mol）、两个温度处理（室外温度,室外温度+2℃）和两个生物炭梯度处理（施用量为0,施用量为干土质量的2%）。于2019-2021年,以“郑麦9023”品种为试验材料进行盆栽试验。研究了与土壤碳氮储量及其组分、酶活性以及土壤微生物群落相对丰度等指标,探究大气CO2浓度与温度升高下施用生物炭对土壤碳氮库的影响机制。本研究得到的结果如下:1、施用生物炭能显著提高正常CO2浓度条件下土壤有机碳含量（4.97%）和β-葡萄糖苷酶活性（P＜0.05）。随着生育期的推进,生物炭对有机碳和易氧化有机碳的提升作用逐渐减弱,成熟期消失,而生物炭对β-葡萄糖苷酶活性的促进作用随着生育期的推进逐渐增强。2、与正常CO2浓度相比,CO2浓度升高能显著促进土壤有机碳（1.76%）含量（P＜0.05）,但对易氧化有机碳含量无显著影响（P＞0.05）。CO2浓度升高下施用生物炭能够显著提高有机碳含量（0.24%）。增温下,施用生物炭能够显著提高拔节期土壤有机碳含量（12.42%）,而易氧化有机碳含量在第一年显著下降（-58.68%）,第二年显著升高（9.92%）。增温削弱了施用生物炭对β-葡萄糖苷酶活性的促进作用,缓解了正常温度下施用生物炭对小麦生育前期β-木糖苷酶活性的限制,并提升了生育后期纤维二糖水解酶活性。增温与CO2浓度升高叠加作用下,土壤有机碳（-4.01%）、易氧化有机碳（-46.94%）含量和β-葡萄糖苷酶活性较正常CO2浓度下均降低,施用生物炭后这种抑制作用得到缓解。同时,叠加作用缓解了正常CO2浓度下施用生物炭对拔节期β-木糖苷酶和成熟期纤维二糖水解酶的限制作用。3、在正常CO2浓度条件下,施用生物炭能够显著促进开花期（4.26%）和成熟期（2.78%）土壤全氮含量和铵态氮（58.02%）含量（P＜0.05）,硝态氮含量仅在拔节期显著上升（218%）,脲酶活性在成熟期显著上升。施用生物炭对N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性无显著影响。4、CO2浓度升高下,施用生物炭仅促进了第一年拔节期（23.23%）和成熟期铵态氮（51.40%）含量,第二年无显著变化,显著降低了第二年成熟期硝态氮（-53.85%）含量。与正常CO2浓度相比,CO2浓度升高能够显著促进第一年N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性,第二年这种促进作用逐渐消失,但是施用生物炭后第二年N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性较CO2浓度升高下显著增加。CO2浓度升高下,施用生物炭能够提高土壤脲酶活性（P＜0.05）。与正常CO2浓度相比,增温能够显著降低土壤全氮（-4.24%）含量（P＜0.05）,显著提高脲酶活性、以及开花期（322%）与成熟期的硝态氮（43.01%）含量。增温下,施用生物炭能够显著促进土壤全氮（2.05%）含量（P＜0.05）,显著降低开花期（-56.25%）和成熟期硝态氮（-66.17%）含量、拔节期和开花期N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性,但对成熟期N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性的抑制作用逐渐减弱。与正常CO2浓度相比,CO2浓度升高与温度叠加作用能显著提高土壤铵态氮含量（P＜0.05）,施用生物炭后铵态氮含量进一步提高,但并未达到显著差异。此外,CO2和温度叠加作用较正常CO2浓度下显著提高了拔节期N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性,但是叠加作用下,施用生物炭后拔节期和成熟期N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性降低。5、施用生物炭能够提高细菌门水平上芽单胞菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、绿弯菌门和纤维杆菌门的相对丰度,真菌门水平上子囊菌门、担子菌门、接合菌门和壶菌门的相对丰度。6、与正常CO2浓度相比,CO2浓度升高促进了芽单胞菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门相对丰度,施用生物炭后芽单胞菌门、放线菌门相对丰度降低。CO2浓度增加促进了真菌中子囊菌门和接合菌门相对丰度,降低了担子菌门相对丰度,施用生物炭后子囊菌门和接合菌门相对丰度进一步增加,而担子菌门相对丰度降低。与正常CO2浓度相比,增温降低了细菌中变形菌门、放线菌门和粘球菌门相对丰度,施用生物炭后变形菌门、放线菌门和粘球菌门相对丰度增加。增温有利于真菌中子囊菌门和担子菌门相对丰度,而施用生物炭后担子菌门相对丰度降低。与正常CO2浓度相比,CO2与增温叠加作用下,变形菌门、粘球菌门和酸杆菌门相对丰度均降低,施用生物炭后进一步降低;而拟杆菌门和厚壁菌门均增加,施用生物炭后相对丰度进一步增加。真菌中,子囊菌门和担子菌门相对丰度在叠加作用下增加,施用生物炭后进一步增加。
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