农业资源中心揭示稻田保氮减排新机制

稻田土壤氮素利用率低，导致大量硝酸盐淋失或以温室气体N₂O的形式进入大气，造成一系列污染。硝酸盐异化还原为铵（DNRA）可将移动性强的硝态氮还原为固持性更好的铵态氮，提高土壤氮素可利用性，同时减少N₂O排放，但此途径相比反硝化更难发生。生物炭作为“电子穿梭体“，可加速土壤电子传递网络，理论上其可能作为“电子穿梭体”促进土壤DNRA过程。目前，尚不清楚生物炭能否显著提升土壤DNRA过程，具体相关机制缺乏深入研究。

中国科学院遗传发育所农业资源研究中心农业面源污染阻控研究团队以典型水稻土为研究对象，探明了生物炭对稻田DNRA反应速率、DNRA功能微生物丰度及DNRA功能基因表达的影响规律；通过¹⁵N同位素标记技术，光谱学和电化学等手段明确了生物炭影响DNRA的微生物–电化学机制。结果发现，生物炭的施用显著提高了水稻土铵态氮的产生速率、DNRA功能微生物丰度与DNRA功能基因的表达水平。同时，DNRA反应速率与生物炭的“电子穿梭体”功能属性（比电容、电导率、含氧官能团丰度等）呈显著相关。研究表明，生物炭作为“电子穿梭体”促进水稻土的DNRA过程。该研究为提高稻田氮素利用效率、降低温室气体排放提供了理论依据与潜在的技术支持。

相关研究成果以Electron shuttle potential of biochar promotes dissimilatory nitrate reduction to ammonium in paddy soil为题，发表在Soil Biology & Biochemistry上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院人才计划与国家重点研发计划青年科学家项目的支持。

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机制示意图