随着农业不断的发展,为了提高作物产量和质量,化肥的需求量也在不断增长,而化肥的大量使用会导致氮素流失、土壤N2O气体排放等一系列环境问题,N2O气体对全球气候变化的影响也不断引起科学家们的重视。近年来,生物炭作为一种新的材料进入人们的视线中,由于其特殊的理化性质,在减排温室气体方面有着不可忽视的作用。因此研究生物炭输入农田土壤对土壤性质的影响,对提升土壤氮素利用或是促进可持续发展农业都有着重大的意义。本研究利用不同温度(300℃和700℃)热解猪粪制备生物炭,探究热解温度对生物炭性质的影响,并研究生物炭、土壤水分和氮源对土壤N2O气体排放及其相关微生物的影响。通过设置不同含水量(60%和130%的田间持水量(FC))和氮源输入(尿素和硝酸钠),研究不同添加水平(0%,1%和3%w/w)生物炭对土壤N20气体排放和氮循环相关微生物功能基因(AOBamoA、AOA amoA、nirK、nirS和nosZ)丰度的影响;同时进行生物炭可利用碳库中的可利用碳(labile C)提取和应用实验,探索生物炭对土壤氮循环影响的有效成分。主要研究结果如下:(1)不同温度(300℃和700℃)制备的猪粪生物炭的性质差异显著。随着热解温度的提高,生物炭的pH值、灰分含量和EC值都显著提高,pH值由7.08呈中性提升至10.07呈碱性,灰分含量几乎提升一倍,芳香性增加,稳定性增强;而生物炭的产率和含水率降低,碳、氢、氧和氮的元素含量百分比以及labile C含量均下降,表面极性减弱。本研究向土壤中添加700℃生物炭最高提升了 1.96个单位的土壤pH值,该生物炭偏碱性的性质以及高灰分含量,可能是一种良好的酸性土壤改良剂;(2)以不同添加量(0%、1%和30%w/w)和种类(300℃和700℃)的猪粪生物炭为试材,输入到不同的土壤环境(60%和1300%FC以及铵态氮和硝态氮氮源)中,探究了恒温培养条件下生物炭输入对不同土壤环境土壤理化性质和土壤N20气体排放的影响。结果表明,不同生物炭对不同土壤环境中的土壤理化性质和N2O气体排放影响不同。猪粪生物炭的添加能显著地提升酸性土壤pH值。低温热解(300℃)生物炭输入土壤会显著提升土壤的可溶性有机碳含量,而高温热解(700℃)生物炭中对土壤可溶性有机碳影响不显著,添加3%300℃生物炭处理最多能提升土壤可溶性有机碳20-30倍。本研究中猪粪生物炭的添加会提高土壤N2O气体排放总量,尤其是在以反硝化反应为主的土壤环境(130%FC添加硝酸钠)中,土壤N20气体排放总量最高达到58.14 kg hm-1。土壤含水量较低(60%FC)时,主要发生的是硝化反应,在高含水量(130%FC)添加尿素的土壤中硝化、反硝化反应共同发生,而在高含水量(130%FC)添加硝酸钠的土壤环境中,主要发生反硝化反应,因此在130%FC添加硝酸钠的土壤中N2O气体排放总量最高;(3)以不同添加量(0%、1%和3%w/w)和种类(300℃和700℃)的猪粪生物炭为试材,输入到不同的土壤环境(60%和130%FC以及铵态氮和硝态氮氮源)中,探究了恒温培养条件下生物炭输入对不同土壤环境中N2O气体排放相关微生物丰度的影响。通过分析可知生物炭输入会增加氨氧化细菌(AOB)和反硝化微生物的丰度,并会在一定程度上抑制氨氧化古菌(AOA)的丰度,且抑制效果随时间变长而减弱;(4)探究了生物炭中labile C对生物炭性质的贡献以及将其加入土壤后带来的影响。发现labile C能显著提高土壤可溶性有机碳水平,且是提升土壤N2O气体排放量的因素之一。生物炭中的labile C成分能够提升反硝化微生物丰度,可能是与反硝化微生物的生长繁殖更依赖可利用碳源有关。