王朝旭*，陳紹榮，張峰，崔建國，李紅艷

1. 太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030600；2. 山西省市政工程研究生教育創(chuàng)新中心，山西 晉中 030600

生物炭是生物質(zhì)材料在缺氧環(huán)境中高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的難熔的、穩(wěn)定的富碳物質(zhì)（Lehmann et al.，2009）。近年來，生物炭備受關(guān)注，將其施入土壤可以達到固碳（Woolf et al.，2010）、改良土壤（Spokas et al.，2012）和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)（Atkinson et al.，2010）的目的。

氮素是作物生長必需的營養(yǎng)元素，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的根本要素。生物炭的農(nóng)田施用對土壤氨氧化作用、氨氧化細菌（Ammonia Oxidizing Bacteria，AOB）數(shù)量和無機氮含量的影響將直接決定氮肥的生物有效性。一些研究表明，生物炭可以促進土壤氨氧化作用（Nelissen et al.，2012；王曉輝等，2013；Song et al.，2014；He et al.，2016a）；然而也有研究表明，生物炭對土壤氨氧化作用沒有影響（Deluca et al.，2006；Cheng et al.，2012）；甚至有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對土壤氨氧化作用和AOB數(shù)量有抑制作用（Wang et al.，2015）。究其原因，主要由于生物炭制備材料、溫度、土壤類型和酸堿性等不同。同時，目前相關(guān)研究多以新鮮生物炭為對象，而忽略老化生物炭對土壤氨氧化作用的影響。

生物炭施入農(nóng)田之前，暴露在空氣中，可使外層碳環(huán)氧化；施入農(nóng)田后，與土壤、微生物和植物根系發(fā)生相互作用，也會引起生物炭氧化（Joseph et al.，2010）。Cheng et al.（2008）研究了11種不同生物炭，在不同氣候和土壤等自然條件下的氧化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)年平均溫度對生物炭氧化的影響比土壤因素（pH、黏土含量等）更顯著。苗微（2014）對稻殼生物炭進行了凍融循環(huán)老化研究，通過測定生物炭表面的O/C值，表明生物炭發(fā)生了氧化作用，且氧化速率較高，氧化程度明顯。生物炭發(fā)生氧化（老化）是生物炭農(nóng)田施用過程中普遍存在的現(xiàn)象。

本研究以玉米秸稈為原料，自制新鮮生物炭，并模擬其自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化過程，制備老化生物炭。在分析新鮮和老化玉米秸稈生物炭基本特性的基礎(chǔ)上，采用室內(nèi)靜態(tài)土壤培養(yǎng)實驗，探究新鮮和老化玉米秸稈生物炭對黃土高原堿性農(nóng)田土壤氨氧化速率、AOB數(shù)量、無機氮含量和pH的影響，以期探明新鮮和老化生物炭施入農(nóng)田后，對土壤氨氧化作用的影響，為生物炭在黃土高原地區(qū)的農(nóng)業(yè)工程應(yīng)用提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 土壤

實驗所用土壤采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗田表層（0～20 cm），該區(qū)域位于黃土高原東南邊緣，土壤類型為褐土。剔除植物根等雜質(zhì)后，將土壤風(fēng)干，然后過篩（2 mm），密封保存?zhèn)溆?。土壤pH為(8.14±0.02)，屬堿性土壤；有機質(zhì)含量為(55.3±1.05) g?kg-1分 別 為 (37.5±1.08)、 (26.8±0.50)和 (0.40±0.03)mg?kg-1。

1.2 生物炭

1.2.1 新鮮生物炭的制備

以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)玉米秸稈為原料制備生物炭。玉米秸稈采集后，將雜質(zhì)去除，50 ℃烘干，粉碎后備用。將預(yù)制的玉米秸稈粉末置于管式電阻爐（SK-G10123K，天津中環(huán)實驗電爐）中，升溫前預(yù)先通入高純氮氣20 min（流速150 mL?min-1），以形成無氧環(huán)境；然后以 5 ℃?min-1的升溫速率升溫至 400 ℃，恒溫 2 h。將生物炭冷卻至室溫(25±2) ℃后過篩（2 mm），便得新鮮玉米秸稈生物炭（生物炭產(chǎn)率38.8%）。

1.2.2 生物炭的老化處理

采用自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化3種方式制備老化生物炭。將新鮮玉米秸稈生物炭置于敞口容器中，在老化培養(yǎng)過程中采用稱重法保持其重量含水率為77.7%，避光培養(yǎng)50 d。自然老化和高溫老化分別在(25±2) ℃（室溫）和50 ℃條件下（LRH-150型生化培養(yǎng)箱，上海一恒）進行。凍融循環(huán)老化每天采用5 h（-18 ℃，BC-86A型冰箱，合肥美菱）+19 h（25±2 ℃，室溫）模式進行培養(yǎng)。培養(yǎng)結(jié)束后，將生物炭置于陰涼干燥處自然風(fēng)干，便得自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭。

1.2.3 玉米秸稈粉末和生物炭的特性表征

玉米秸稈粉末和生物炭的pH采用pH計測定（炭水比1∶15，Mettler Toledo Delta 320）；酸（堿）性含氧官能團數(shù)量采用Boehm滴定法測定（Zhang et al.，2011）；比表面積、總孔容和平均孔徑采用N2吸附BET法測定（Quadrasorb SI，美國康塔）。

1.3 室內(nèi)培養(yǎng)實驗

采用室內(nèi)靜態(tài)土壤培養(yǎng)實驗，研究玉米秸稈粉末及以其為原料制得的生物炭對堿性農(nóng)田土壤氨氧化作用的影響。將玉米秸稈粉末和玉米秸稈生物炭（包括新鮮生物炭、自然老化生物炭、高溫老化生物炭和凍融循環(huán)老化生物炭）與土壤充分混勻（質(zhì)量比為2%），并等量裝入敞口塑料瓶中（400 g土壤+8 g生物炭或秸稈粉末）；同時設(shè)置不加生物炭的原狀土（未滅菌）和滅菌土（原狀土121 ℃滅菌30 min）作為對照處理。培養(yǎng)實驗共設(shè)置7個處理，每個處理4次重復(fù)，共28個培養(yǎng)瓶。

首先向培養(yǎng)瓶中加入40 mL蒸餾水，并與土壤充分混勻，預(yù)先在室溫(25±2) ℃條件下避光培養(yǎng)7 d。預(yù)培養(yǎng)結(jié)束后，向土壤中均勻噴灑21.3 mL 0.1 mol?L-1(NH4)2SO4溶液（149.1 mg?kg-1，大田用量約300 kg?hm-2，以氮素計），并與土壤充分混勻，同時補充蒸餾水調(diào)整土壤重量含水率為18.5%。在室溫(25±2) ℃條件下繼續(xù)避光培養(yǎng)85 d。培養(yǎng)過程中用聚乙烯膜封住瓶口，并用針刺若干小孔，保證通氣。同時，每天采用稱重法補充土壤水分散失量。將培養(yǎng)瓶內(nèi)土壤混勻后，分別于第0、1、3、5、7、11、15、22、29、36、43、50、57、71、85 天從每個培養(yǎng)瓶中隨機采集30 g土壤樣品，將土樣置于4 ℃下保存?zhèn)溆茫⒃?4 h內(nèi)測定其氨氧化速率、AOB數(shù)量、無機氮含量和pH。

1.4 氨氧化速率的測定

氨氧化速率的測定采用Kurola et al.（2005）提出的氯酸鉀抑制法。稱取2.5 g新鮮土壤分別置于5個相同的50 mL具塞錐形瓶中，加入10 mL磷酸鹽緩沖劑[NaCl，8.0 g?L-1；KCl，0.2 g?L-1；Na2HPO4，0.2 g?L-1；NaH2PO4，0.2 g?L-1；pH，7.4；(NH4)2SO4，1 mmol?L-1；KClO3，10 mmol?L-1]；然后在恒溫(25±1) ℃條件下振蕩（170 r·min-1），0.5 h 后取出第 1 個錐形瓶，加入 2.5 mL KCl（2 mol?L-1）溶液，振蕩過濾后（0.45 μm 濾膜），測定濾液中含量（國家環(huán)境保護總局，2002）271-274；于 1.5、2.5、4.5和6.5 h后分別取出1個錐形瓶，重復(fù)上述操作并測定濾液含量。以每小時每克干土中物質(zhì)的量的增加速率來表示氨氧化速率（nmol?g-1?h-1）。

1.5 氨氧化細菌數(shù)量的測定

AOB數(shù)量的測定采用稀釋平板法（林先貴，2010）。AOB培養(yǎng)基配制方法如下：CaCO3，5.0 g；(NH4)2SO4，2.0 g；K2HPO4，0.75 g；NaH2PO4，0.25 g；MgSO4·7H2O，0.03 g；MnSO4·4H2O，0.01 g；NaCl，2.0 g；H2O，1000 mL；pH，7.1；瓊脂，0.017 g·mL-1。

稱取3.0 g新鮮土壤置于150 mL無菌錐形瓶中，用無菌水定容至30 mL，然后在恒溫(25±1) ℃條件下振蕩10 min（170 r·min-1），以形成均勻土壤懸液。在超凈工作臺中，取1 mL土壤懸液加入裝有9 mL無菌水的試管中，混勻便得稀釋梯度為10-1的溶液；用相同的方法，將上一濃度梯度的溶液進行稀釋，可得稀釋梯度為10-2的溶液。然后，用接種棒將不同稀釋梯度的溶液（0.05 mL）分別均勻涂布在預(yù)制的平板表面，各3次重復(fù)。最后，將所有平板倒置于生化培養(yǎng)箱（LRH-150，上海一恒）中，在30 ℃條件下避光培養(yǎng)3 d，用肉眼數(shù)出每個平板上的菌落數(shù)。采用如下公式計算土樣中 AOB的數(shù)量NAOB。

式中，N為0.05 mL土壤懸液中AOB的數(shù)量；

ΣC為10-1稀釋梯度和10-2稀釋梯度，共6個平板上的菌落數(shù)之和；n1為10-1稀釋梯度的平板數(shù)，3；n2為10-2稀釋梯度的平板數(shù)，3；d為稀釋倍數(shù)，10；600為30 mL和0.05 mL之間的比值；m為制備土壤懸液所用土壤干重（g）；AOB數(shù)量以每克干土中AOB的個體數(shù)計算（g-1）。

1.6 無機氮含量和pH的測定

稱取5.0 g土壤樣品置于250 mL錐形瓶中，然后加入 50 mL KCl溶液（2 mol?L-1），在恒溫(25±1) ℃條件下振蕩 1 h（170 r·min-1）。上清液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，于4 ℃下保存?zhèn)溆?；采用比色法測定其含量（國家環(huán)境保護總局，2002）258-285。土壤樣品的pH采用pH計測定（土水比1∶2.5，Mettler Toledo Delta 320）（魯如坤，2000）。

運用Origin 8.5制圖；Statistica 6.0進行方差分析和多重比較（One-way ANOVA）。

2 結(jié)果

2.1 玉米秸稈粉末、新鮮和老化玉米秸稈生物炭的基本特性

不同外源添加材料對土壤氨氧化作用的影響，與其基本理化特性密切相關(guān)。玉米秸稈粉末400 ℃熱解制成生物炭后，其 pH增大4，可見生物質(zhì)材料的炭化過程是一個堿性增強的過程。與新鮮玉米秸稈生物炭相比，自然老化玉米秸稈生物炭的 pH降低0.30，羧基數(shù)量增加0.031 mmol?g-1，酸性含氧官能團數(shù)量減少 0.005 mmol?g-1，但差異并不顯著（P＜0.05）；高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭的pH分別降低0.50和0.99，羧基數(shù)量分別增加0.236 mmol?g-1和 0.376 mmol?g-1，酸性含氧官能團數(shù)量分別增加 0.200 mmol?g-1和 0.305 mmol?g-1，且差異顯著（P＜0.05）。玉米秸稈粉末炭化后，其比表面積增大了 2.36倍（由 0.720 m2?g-1增至 2.42 m2?g-1）；與新鮮玉米秸稈生物炭相比，自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭的比表面積分別增大了 3.43、2.19和 0.99 m2?g-1（表 1）。

2.2 玉米秸稈粉末和生物炭對土壤氨氧化速率的影響

為探明玉米秸稈粉末和生物炭對堿性農(nóng)田土壤氨氧化作用的影響，開展為期85 d的室內(nèi)靜態(tài)土壤培養(yǎng)實驗。結(jié)果表明，所有處理的氨氧化速率均隨培養(yǎng)時間延長呈增大趨勢。第 11天之后，同一采樣時間點，原狀土添加不同材料后的氨氧化速率（玉米秸稈粉末 69.3～104.0 nmol?g-1?h-1；新鮮生物炭91.6～113.0 nmol?g-1?h-1；自然老化生物炭 95.4～ 138.1 nmol?g-1?h-1； 高 溫 老 化 生 物 炭 112.6～152.0 nmol?g-1?h-1； 凍 融 循 環(huán)老 化 生 物 炭 137.8～167.8 nmol?g-1?h-1） 均 顯 著 高 于 原 狀 土 （ 64.2～91.7 nmol?g-1?h-1）；且添加不同材料的各處理氨氧化速率呈如下趨勢：凍融循環(huán)老化生物炭＞高溫老化生物炭＞自然老化生物炭＞新鮮生物炭、玉米秸稈粉末。第7天之前，培養(yǎng)體系處于初期培養(yǎng)階段，但添加老化生物炭的各處理氨氧化速率仍呈如下趨勢：凍融循環(huán)老化生物炭＞高溫老化生物炭＞自然老化生物炭。另外，無菌土處理的氨氧化速率（0.495～28.4 nmol?g-1?h-1）顯著低于其他處理，表明土壤的氨氧化作用主要源自微生物氧化（圖1）。

表1 玉米秸稈粉末、新鮮和老化玉米秸稈生物炭的基本特性Table 1 Physicochemical properties of the maize-straw powder, fresh and aged maize straw-derived biochars

2.3 玉米秸稈粉末和生物炭對土壤氨氧化細菌數(shù)量的影響

氨氧化細菌（AOB）作為土壤氨氧化作用的主要參與者，其數(shù)量可以較直觀反映不同添加材料對土壤氨氧化作用的影響。經(jīng)過85 d的室內(nèi)培養(yǎng)后，原狀土、原狀土+玉米秸稈粉末、原狀土+新鮮生物炭、原狀土+自然老化生物炭、原狀土+高溫老化生物炭、原狀土+凍融循環(huán)老化生物炭處理土壤的AOB數(shù)量分別是初始狀態(tài)的2.09、2.80、2.63、2.42、3.17和3.08倍。第11天之后，同一采樣時間點，添加老化生物炭的各處理 AOB數(shù)量（自然老化生物炭 3.16×105～6.65×105g-1；高溫老化生 物炭3.55×105～7.06×105g-1； 凍 融 循 環(huán) 老 化 生 物 炭3.35×105～8.01×105g-1）均顯著高于其他處理（玉米秸稈粉末 2.94×105～5.87×105g-1；新鮮生 物炭2.32×105～5.19×105g-1），呈如下趨勢：凍融循環(huán)老化生物炭＞高溫老化生物炭＞自然老化生物炭＞新鮮生物炭、玉米秸稈粉末。第 7天之前，各處理間AOB數(shù)量差異并不明顯；值得注意的是，添加凍融循環(huán)老化生物炭土壤的AOB數(shù)量最高（2.60×105～3.93×105g-1）。無菌土處理土壤的AOB數(shù)量隨培養(yǎng)時間延長呈增加趨勢（0～2.11×105g-1），但顯著低于其他處理（圖2）。

2.4 玉米秸稈粉末和生物炭對土壤無機氮含量的影響

銨態(tài)氮（NH4+-N）作為AOB的底物，而硝態(tài)氮（NO3--N）和亞硝態(tài)氮（NO2--N）作為氨氧化過程的產(chǎn)物，其相對含量可以間接反映土壤氨氧化作用的強度。在整個培養(yǎng)過程中，各處理土壤NH4+-N含量隨培養(yǎng)時間延長呈降低趨勢，尤其在第 43天之前，NH4+-N含量降低明顯。經(jīng)過85 d的室內(nèi)培養(yǎng)后，原狀土、原狀土+玉米秸稈粉末、原狀土+新鮮生物炭、原狀土+自然老化生物炭、原狀土+高溫老化生物炭、原狀土+凍融循環(huán)老化生物炭處理土壤NH4+-N含量分別降低97.4、58.3、94.2、111.0、117.2和127.7 mg?kg-1。第5天之后，同一采樣時間點，添加老化生物炭的各處理土壤NH4+-N含量（自然老化生物炭60.1～139.1 mg?kg-1；高溫老化生物炭57.2～128.8 mg?kg-1； 凍 融 循 環(huán) 老 化 生 物 炭48.7～119.5 mg?kg-1）明顯低于其他處理（玉米秸稈粉末 102.2～150.4 mg?kg-1；新鮮生物炭 79.1～155.2 mg?kg-1）（圖 3）。

圖1 不同處理條件下土壤氨氧化速率的動態(tài)變化Fig. 1 The dynamic change of ammonia oxidation rate of the soil amended with different materials n=4. The same below

在整個培養(yǎng)過程中，各處理土壤 NO3--N、含量呈增加趨勢。第11天之后，同一采樣時間點，添加不同材料的各處理土壤含量與氨氧化速率和 AOB數(shù)量呈相同趨勢：凍融循環(huán)老化生物炭＞高溫老化生物炭＞自然老化生物炭＞新鮮生物炭、玉米秸稈粉末。整個培養(yǎng)過程中，除第7、36天外，同一采樣時間點，添加凍融循環(huán)老化生物炭處理土壤的含量最高。經(jīng)過85 d室內(nèi)培養(yǎng)后，原狀土、原狀土+玉米秸稈粉末、原狀土+新鮮生物炭、原狀土+自然老化生物炭、原狀土+高溫老化生物炭、原狀土+凍融循環(huán)老化生物炭處理土壤N含量分別增加27.9、40.3、54.0、56.6、78.3 和 88.6 mg?kg-1；含量分別增加 9.08、10.9、11.8、15.3、13.0和 18.6 mg?kg-1（圖4、圖5）。

圖2 不同處理條件下土壤氨氧化細菌數(shù)量的動態(tài)變化Fig. 2 The dynamic change of ammonia-oxidizing bacteria amount of the soil amended with different materials

圖3 不同處理條件下土壤NH4+-N含量的動態(tài)變化Fig. 3 The dynamic change of NH4+-N content of the soil amended with different materials

2.5 玉米秸稈粉末和生物炭對土壤pH的影響

pH是反映添加材料酸堿性，以及土壤氨氧化作用強度的綜合指標(biāo)。在85 d的培養(yǎng)過程中，同一采樣時間點，原狀土處理的 pH（8.10～8.20）均低于無菌土（8.21～8.36），此現(xiàn)象可能由氨氧化作用所致，氨氧化過程是消耗堿度的過程。從第3天開始，添加凍融循環(huán)老化生物炭處理土壤的 pH（8.17～8.40）均低于添加新鮮玉米秸稈生物炭處理（8.20～8.48），一方面由于凍融循環(huán)老化生物炭對土壤氨氧化作用具有較強的促進作用，另一方面由于其自身pH較低（凍融循環(huán)老化生物炭9.61±0.03；新鮮玉米秸稈生物炭10.6±0.04）。另外，添加玉米秸稈粉末處理土壤的 pH（8.13～8.34）亦顯著低于添加新鮮玉米秸稈生物炭處理，主要是由于玉米秸稈粉末自身pH較低 (6.60±0.10)。因此，培養(yǎng)體系pH的動態(tài)變化是添加材料酸堿性與土壤氨氧化過程綜合作用的結(jié)果（圖6）。

圖4 不同處理條件下土壤N含量的動態(tài)變化Fig. 4 The dynamic change of content of the soil amended with different materials

圖5 不同處理條件下土壤含量的動態(tài)變化Fig. 5 The dynamic change ofcontent of the soil amended with different materials

3 討論

3.1 不同老化過程對玉米秸稈生物炭基本特性的影響

新鮮玉米秸稈生物炭經(jīng)自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化后，pH均有不同程度降低，其原因一方面可能與老化過程使生物炭中的堿性物質(zhì)（如碳酸鹽、氫氧化物等）溶解有關(guān)（Yao et al.，2010）；另一方面與老化過程使生物炭表面的羧基和酸性含氧官能團數(shù)量增加有關(guān)。這與LeCroy et al（.2013）研究結(jié)果一致，其將蘋果木鋸木屑生物炭施入土壤，進行4周溫室盆栽老化后，發(fā)現(xiàn)其表面的酸性含氧官能團數(shù)量增加；Yao et al.（2010）研究也表明，污泥生物炭在300 h的老化作用后，其表面的羧基數(shù)量增加。

圖6 不同處理條件下土壤pH的動態(tài)變化Fig. 6 The pH dynamic change of the soil amended with different materials

與自然老化玉米秸稈生物炭相比，高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭的pH較低，而羧基和酸性含氧官能團數(shù)量較高，這與生物炭的氧化程度有關(guān)。自然老化生物炭的氧化程度較低，而高溫老化和凍融循環(huán)老化過程中，都存在外界因素加速其氧化，氧化程度較高（苗微，2014）。生物炭氧化程度越高，其表面酸性含氧官能團數(shù)量越多，pH值越低（Cheng et al.，2009）。鞠文亮等（2017）研究也表明，凍融循環(huán)人工強化生物炭老化方式，可以促進生物炭表面的氧化反應(yīng)，增加生物炭表面的酸性含氧官能團數(shù)量，進而降低生物炭的 pH。陳昱等（2016）采用不同方式老化浮萍生物炭，發(fā)現(xiàn)由于自然老化生物炭的氧化程度較低，其主要官能團未發(fā)生沒有顯著變化；而高溫老化使浮萍生物炭表面的羥基轉(zhuǎn)化為羧基，導(dǎo)致羧基數(shù)量增加。

本研究中，自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化均使玉米秸稈生物炭的比表面積有不同程度增加，這與苗微（2014）的研究結(jié)果一致。在其研究中，稻殼生物炭經(jīng)過約250 d凍融循環(huán)老化后，比表面積極顯著高于新鮮生物炭。將堅果殼生物炭施入土壤中進行自然老化，老化過程使生物炭表面有機物消除，微孔數(shù)增加，微孔結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)育，1年后其比表面積從0.095增至69.8 m2?g-1；老化2年后由于生物炭孔隙被有機物和無機物溶解沉淀堵塞，比表面積有所減小，但依然高于新鮮生物炭（5.79 m2?g-1）（Trigo et al.，2014）。

3.2 老化生物炭對土壤氨氧化作用的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭表面的羧基和酸性含氧官能團數(shù)量均顯著（P＜0.05）高于新鮮玉米秸稈生物炭。生物炭老化導(dǎo)致其表面酸性含氧官能團數(shù)量增加，能夠增強生物炭對的吸附作用（Asada et al.，2006；Singh et al.，2010；Esfandbod et al.，2017）。汪艷如等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)老化使450 ℃和600 ℃熱解條件下制備的牦牛糞生物炭吸附量比老化前分別顯著提高 13.1%和12.4%。在森林、草地以及農(nóng)田中的研究表明，土壤含量對氨氧化作用有直接控制作用（Booth et al.，2005）。因此，我們推測，正是由于老化生物炭具有更強的吸附富集能力，才提高了氮素的微生物可利用性，從而更顯著促進了土壤氨氧化作用。

生物炭的非生物氧化過程在其表面形成含氧基團，增加了生物炭的負(fù)電荷量和陽離子交換量，促進其表面多羧酸化合物的形成，降低了生物炭的芳香化程度，從而增強其微生物可利用性（伍孟雄等，2015），促進氨氧化細菌（AOB）的生長。這也是自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化生物炭更顯著促進土壤氨氧化作用的原因。

本研究表明，自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭的比表面積均高于新鮮玉米秸稈生物炭。陳昱等（2016）通過掃描電鏡也發(fā)現(xiàn)，浮萍生物炭自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化后，其表面微孔結(jié)構(gòu)更為明顯。因此，老化生物炭為吸附更多AOB生長所需底物提供了可能；同時，老化生物炭大量孔洞有利于氧氣填充，從而提高AOB 的活性（He et al.，2016b）。

4 結(jié)論

老化作用使玉米秸稈生物炭的pH降低，表面羧基和酸性含氧官能團數(shù)量增加，比表面積增大。與玉米秸稈粉末和新鮮玉米秸稈生物炭相比，自然老化、高溫老化和凍融循環(huán)老化玉米秸稈生物炭均促進了堿性農(nóng)田土壤的氨氧化作用，其促進程度表現(xiàn)為凍融循環(huán)老化生物炭＞高溫老化生物炭＞自然老化生物炭。本研究農(nóng)田土壤的氨氧化作用主要源自微生物氧化。

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