生物質炭對氮轉化過程及其功能微生物影響研究進展

曹茜斐　謝軍祥　常堯楓　謝嘉瑋　陳重軍

摘要：生物質炭孔隙發達，比表面積大，穩定性高，吸附性能強，表面微量元素及官能團豐富，對污水處理及土壤氮轉化過程及功能微生物的演變起著重要作用。本文在分析氮循環途徑的基礎上，從廢水、土壤2個主要環境探討了生物質炭對氮轉化過程及效率的影響，綜述了生物質炭添加對環境中氮轉化微生物群落結構及其功能基因影響的最新研究進展，認為生物質炭的施用可改變微生物參與的氮循環過程，并在一定程度上提升脫氮功能基因的表達水平。本文旨在為生物質炭強化氮轉化和氮循環研究提供參考，認為在生物質炭的改性和負載強化氮轉化等方面還需要進一步開展研究。

關鍵詞：生物質炭;氮循環;微生物群落;功能基因

中圖分類號：X172文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2022）02-0558-09

Research progress on the effects of biochar on nitrogen conversion process and its functional microorganisms

CAO Qian-fei XIE Jun-xiang CHANG Yao-feng XIE Jia-wei CHEN Chong-jun

Abstract：Biochar has developed pores， large specific surface area， high stability， strong adsorption performance， and abundant trace elements and functional groups on the surface， which plays an important role in the process of wastewater treatment and soil nitrogen conversion and the evolution of functional microorganisms. Based on the analysis of the nitrogen cycling pathway， the effects of biochar on the nitrogen transformation process and efficiency were discussed from two main environmental factors of watewater and soil， and the latest research progress on the effects of biochar addition on community structure and functional genes of nitrogen conversion microorganisms in the environment was reviewed. The application of biochar can change the nitrogen cycle process involved by microorganisms and improve the expression level of denitrification function at genes to some extant. The purpose of this paper is to provide reference for the enhancement of nitrogen conversion and nitrogen cycle by biochar， and it is considered that further research is needed on the modification of biochar and the enhancement of nitrogen conversion by loading.

Key words：biochar;nitrogen cycle;microbial community;functional gene

氮循環是一種自然界單質氮和含氮化合物相互轉化的生態循環過程[1]，是地球生物化學的核心。生物質炭是一種經高溫熱解的富炭多孔物質，比表面積大且表面官能團豐富，具有較強的吸附性能并介導作用于多個氮轉化過程。研究結果表明，投加生物質炭給氮循環過程及脫氮微生物帶來多重影響，其中最早得到證實的是NH+4/NH3吸附作用[2]，并在廢水脫氮[3]、土壤氮流失及N2O排放[4]、氮轉化微生物生長繁殖[5]及功能基因豐度[6]等方面均產生影響，對污水脫氮、土壤氮轉化及功能微生物的演變過程起著不容忽視的重要作用。

本文以氮循環為背景，在分析生物質炭理化特性和功能特性的基礎上，把生物質炭對氮循環途徑的影響作為主要研究對象，綜述其對廢水脫氮處理、土壤氮轉化及脫氮微生物種群和功能基因等方面的影響，旨在為生物質炭強化氮轉化和氮循環提供理論參考，并對生物質炭對氮轉化方面的研究提出展望。

1自然界主要氮循環途徑

根據氮在自然界的轉化過程分類，全球氮循環主要包含6個部分，分別是同化、氨化、硝化、反硝化、厭氧氨氧化、固氮作用[7-11]（圖1）。首先氮氣通過固氮作用變成氨氣，再經過同化吸收作用將氨氣轉變成生物有機氮，氨化作用使有機氮轉變成銨鹽，經過硝化作用被氧化成硝酸鹽（NH+4→NO-2→NO-3），最終通過反硝化被還原為氮氣分子（NO-3→NO-2→NO→N2O→N2）或者直接以厭氧氨氧化作用被還原為氮氣分子（NO-2+NH+4→N2）。生物質炭對氮循環過程中的固氮、硝化、反硝化等作用均產生了直接影響。

2生物質炭對廢水氮轉化的影響

在廢水氮轉化過程中，生物質炭可直接充當優良吸附劑吸附水中銨態氮和硝態氮，并影響硝化/反硝化作用及厭氧氨氧化等生物脫氮作用。

2.1對氮的吸附作用

2.1.1對銨態氮的吸附生物質炭對銨態氮有強有力的吸附作用。研究者對比29種人工濕地填料對銨態氮的吸附性能，發現生物質炭與沸石、麥飯石一樣，具有優良的孔隙結構和滲透系數，能夠穩定吸附銨態氮，最高飽和吸附量達1.5 mg/g[12]。李飛躍等研究發現稻殼生物質炭對銨態氮吸附量高達1.78 mg/g[13]。然而，不同生物質材料制備的生物質炭吸附銨態氮性能受熱解溫度、廢水pH值及表面電位的影響[14]。400 ℃制備的牛糞生物質炭吸附銨態氮效能受pH影響，在pH=10時吸附量達到最大，為38. 94%[14]。生物質炭對銨態氮吸附最佳pH范圍是8～12，pH過高或過低均對吸附性能產生不利的影響。生物質炭具有較高的陽離子交換能力（CEC），這與生物質炭表面含氧官能團含量呈正相關，也直接影響其對銨態氮吸附效能[3]。黃柱堅等[15]在生物質炭吸附銨態氮研究中證實溶液酸堿性是決定生物質炭吸附性能的關鍵，它能夠影響生物質炭的表面吸附點位及表面官能團與銨根離子的相互作用，水溶液中H+與銨態氮相互競爭，在熱解溫度相同的情況下，生物質炭堿性越強，表面官能團越豐富，吸附能力越強。另外，眾多研究結果顯示可通過改性方法提升生物質炭的銨態氮吸附能力[16]。加入1.25 mol/L的MgCl2溶液改性稻殼生物質炭，對60 mg/L氯化銨和磷酸氫銨合成廢水的銨態氮吸附量達到58.20 mg/g[17]。

2.1.2對硝態氮的吸附除對銨態氮具有較強的吸附能力外，生物質炭對硝態氮也有較強的吸附性能。表1顯示，在不同條件下，生物質炭對NO-3的吸附量從2.7 mg/g到95.0 mg/g不等。研究結果表明，制備溫度使生物質炭對NO-3的吸附性能變化顯著，隨著生物質炭熱解溫度的升高，比表面積增大，促進了對硝態氮的吸附作用，高溫（550 ℃） 制備的秸稈生物質炭吸附NO-3效果最佳，這與生物質炭表面官能團的多重效應有一定關聯，隨著制備溫度的升高，生物質炭表面酸性和堿性官能團數量都呈升高趨勢[18]。多數研究結果證實，隨溫度升高，生物質炭表面聚集更多的酸性官能團，促進生物質炭大量吸附NO-3需具備的陰離子交換點位，為NO-3的吸附提供了積極影響[19]。改性生物質炭表面負載的金屬離子或氧化物可通過靜電作用與配位交換吸附NO-3，600 ℃下Fe改性花生殼生物質炭對NO-3-N吸附能力顯著增強，在pH為7時，最大吸附量達4.40 mg/g，較未改性的增加48.60%[20]。張文等研究了2種改性生物質炭對水體硝態氮的吸附特性，FeCl3改性香蒲生物質炭和FeCl3改性蘆葦生物質炭對硝態氮的最大吸附量分別為15.55 mg/g和10.63 mg/g[21]。

2.2對脫氮過程的影響

2.2.1對硝化/反硝化作用的影響生物質炭除借助吸附功能除氮外，也影響著廢水生物脫氮過程，如傳統硝化反硝化作用。在生物硝化作用方面，Sun等[29]向污泥間歇曝氣系統加入生物質炭，與未加生物質炭系統銨態氮去除率（93.1%±0.4%）相比，銨態氮去除率顯著提升至96.2%±0.6%，出水銨態氮質量濃度由（2.6±0.3）mg/L降至（1.4±0.3）mg/L，硝化作用明顯增強。生物質炭由于內部孔隙較大，與間歇曝氣聯用時，憑借較強的吸附力促進銨態氮去除，吸附在生物質炭表面的銨態氮被硝化細菌利用，銨態氮去除率達99.1%，明顯高于空白對照的15.2%[30]。較高的熱解溫度促進了生物質炭比表面積和內部孔隙的增加，提高了銨態氮去除效率，600 ℃和700 ℃下最大去除率分別達83.9%和79.2%[31]。

在反硝化方面，生物質炭具有增加反硝化速率的潛力[32]。Wu等研究發現，在300 ℃下制備的生物質炭可提高硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶活性，提升反硝化速率，總氮去除量增加415%，N2O積累量降低78%[33]。在熱解溫度269 ℃、熱解時間為4.36 h時，對應的硝酸鹽降解速率達到1.83 mg/L/h[34]。Bock等[35]在探究生物質炭強化動態膜生物反應器對硝酸鹽去除的影響時發現，添加生物質炭對NO-3的去除在72 h時最大，達到97%，較對照組（75%）有顯著提升。香蒲生物質炭可通過提高反硝化酶活性來促進反硝化進程，對NO-3的去除率達到76.8%[36]，同時充當反硝化的刺激劑，實現高效脫氮。

2.2.2對厭氧氨氧化作用的影響厭氧氨氧化（Anaerobic ammonium oxidation， Anammox）為一種高效的自養脫氮工藝，施加生物質炭對厭氧氨氧化過程具有促進作用[37]。研究結果表明，生物質炭獨特的比表面積使厭氧氨氧化細菌黏附力增強，促進了厭氧氨氧化反應。陳重軍[38]發現與未投加填料對照相比，竹炭的添加促進了Anammox菌的生長繁殖。Xu等采用3種不同溫度下制備的生物質炭研究不同氧化活性生物質炭對厭氧氨氧化脫氮效能的影響，發現在300 ℃條件下制備的生物質炭脫氮效率最高，達86.5%～95.4%，與未投加生物質炭的處理相比，脫氮效率平均提升10.7%[39]，推測300 ℃條件下制備的生物質炭有更強的電子供給能力，能促進生物質炭表面的氧化反應， 增加生物質炭表面氧化還原性官能團數量，進而促進厭氧氨氧化菌落的生長代謝。Xu等分別研究了300 ℃、550 ℃、800 ℃ 3種溫度下制備的生物質炭緩解厭氧氨氧化不同濃度NO-2-N的抑制，發現隨著NO-2-N濃度的不斷增加，300 ℃的生物質炭投加使厭氧氨氧化活性最高提升3.1倍，脫氮效率顯著提升92.0%，銨態氮去除負荷增加5.7倍[40]。

3生物質炭對土壤氮轉化的影響

氮素是土壤中主要的營養元素，主要通過氮流失、氨揮發以及N2O排放等過程排入大氣、水體中[41]。生物質炭對土壤氮轉化的影響主要表現在土壤改良和控制N2O排放2個方面。

3.1氮素固定及土壤改良

施入生物質炭使土壤理化性質發生變化是改善土壤氮素損失的主要原因，生物質炭增大了土壤顆粒間隙，降低了容質量并提升氨的吸附量以促進土壤對氮素的存儲，提高土壤對NH+4 /NH3和NO-3的固持[41]。施入土壤后，生物質炭吸附氮素離子形成團聚體，降低氮素揮發，提升土壤對可溶性氮素離子的滯留能力，增強土壤肥力。眾多研究結果證實了生物質炭在土壤氮素固持及減少氮素流失方面的積極作用。崔虎等研究發現，無機氮減量配施10 000 kg/hm2生物質炭相較于單施氮肥提升了33.3%土壤總氮含量[42]。節水灌溉稻田土壤中，與空白對照相比，施加生物質炭土壤中銨態氮含量顯著提高26.47%，NO-3-N含量提高了7.52%～22.29%[43]。周志紅等向土壤中加入100 t/hm2的玉米秸稈生物質炭和50 t/hm2的稻殼生物質炭，分別降低了74%和11%的氮素損失[44]。由于生物質炭中氮素含量較低，與化肥聯用時，可通過自身吸附性能固定化肥中氮素，減緩化肥中氮素在土壤中的釋放速度，延長肥效。研究發現，生物質炭與氮肥混合施加使NH3揮發量顯著降低了36.6%，并提高了30.1%的氮肥利用率[45]。

3.2控制土壤N2O排放

N2O是重要的溫室氣體，生物質炭具有降低土壤N2O排放的潛力與其影響土壤氮轉化有關。土壤中硝化反硝化過程是N2O產生的主要來源[46]。生物質炭可提高土壤pH值，降低反硝化過程中N2O與N2的比值從而降低土壤N2O的排放[47]。生物質炭通過促進N2O的還原以減少土壤N2O排放，配施生物質炭能夠顯著提高土壤硝化作用，平均降低54%的N2O排放[48]。王紫君等以雙季稻田土壤為研究對象，發現與常規施肥相比，氮肥配施40 t/hm2生物質炭處理土壤N2O減排43%[49]。何飛飛等以田間土壤為研究對象，發現施用50 t/hm2水稻秸稈生物質炭使太湖流域稻田和河南玉米地N2O排放量分別降低51.0%和41.8%[50]。杜莎莎等在土壤中施入5%及10%的稻殼生物質炭，分別降低了土壤94.59%和96.90%的 N2O排放[47]。Singh等將10 t/hm2生物質炭加入土壤后，研究發現生物質炭可優化土壤理化性質從而提高微生物活性和代謝效率，使N2O排放減少73%[51]。

4生物質炭對氮循環微生物群落及其功能基因的影響

生物質炭可直接介導氮循環微生物的生長和繁殖，進而影響微生物群落結構、功能微生物活性及其功能基因。常見的脫氮微生物包括硝化細菌（Autotrophic nitrifier）、缺氧反硝化菌（Aerobic denitrifier）及厭氧氨氧化菌等（圖2）。功能基因包括硝化作用相關酶基因amo A、反硝化過程中亞硝酸鹽還原酶形成的nir K、nos Z、nar H及nar G基因，以及厭氧氨氧化相關功能基因hzs A、nir S、hdh和 nap A等[52]。

4.1生物質炭對硝化/反硝化過程微生物群落及其功能基因的影響

4.1.1對硝化/反硝化過程微生物群落的影響生物質炭添加至土壤后，硝化過程受土壤自身pH值、溫度、通氣條件及生物質炭理化性質等影響因素控制[54]。由于生物質炭本身呈弱堿性，添加生物質炭至pH呈酸性的土壤時，可以提高體系的pH值，同時顯著影響土壤中氨氧化細菌（AOB）豐度以及其群落數量[55]，土壤氨氧化作用可提高NO-3含量[56]。生物質炭添加量對硝化反硝化微生物群落的影響較大[57]。劉杰等[58]在土壤中添加5%、10%、15% 3種比例的生物質炭，研究生物質炭對脫氮系統中微生物活性及硝化反硝化細菌群落影響，發現硝化細菌和反硝化細菌數量在添加10%的生物質炭時達到最大，而添加15%的生物質炭處理的細菌數量有所下降，認為適當添加生物質炭對脫氮系統呈有利影響，但是過量添加并沒有明顯促進硝化反應進程。劉遠等[59]在研究中分別施用0.5%、1.0%、2.0%及4.0%的生物質炭，發現生物質炭的施用對氨氧化古菌（AOA）沒有顯著影響，但持續增加的施炭量顯著提高了AOB豐度，比施化肥土壤分別增加了29.1%、57.8%、48.7%和90.2%，4%的施炭量土壤中AOA和AOB多樣性最高，多樣性指數分別達到0.89和1.28。武麗君在土壤中添加0、2%、5%和10%的生物質炭，發現添加10%生物質炭的土壤AOB豐度比其他3種土壤平均高出1.5倍[60]。其他關于生物質炭對硝化反硝化微生物的影響見表2。生物質炭以其堿性特性和多孔隙結構為硝化反硝化微生物提供了良好的生長環境和豐富碳源，改變了微生物群落。然而，生物質炭對脫氮微生物的影響在不同添加量、理化特性以及環境等條件下存在差異[61]。

4.1.2對硝化/反硝化過程功能基因的影響添加生物質炭顯著改變土壤中脫氮微生物群落結構，影響硝化反硝化功能基因豐度。王先芳等[62]發現添加生物質炭后的土壤AOB-amo A[64]豐度增加48.9%～53.2%，土壤硝化速率提升21.8%～70.2%。而王啟全[53]發現添加生物質炭降低了土壤內硝化細菌豐度（表3），生物質炭對硝化反應功能基因amoA有抑制作用，抑制率達23.53%～85.13%，并使反硝化過程中硝酸還原酶基因nar G、nar H豐度分別降低55.83%、37.94%，但nar B基因增加33.47%，其中硝酸還原酶基因nas A提升率最高，達335.50%。

生物質炭的添加可提高土壤整體的堿度，使強酸性土壤（pH<5）改變為酸性土壤（pH5.5～6.5），并增加多數氮循環基因豐度[65]。研究發現，適當提高pH值會增加反硝化酶活性，促進反硝化進程[66]，土壤反硝化菌nir K基因豐度也隨之變化。但是相同情況下，土壤的酸堿性對nir S與nos Z基因豐度卻沒有顯著影響[37]，推測這2類基因可能對酸性土壤反硝化過程更敏感。陳晨等發現，向農田土壤中施加生物質炭使土壤pH值提高了11.1%，顯著增加了AOA-amo A、AOB-amo A、nir K和nos Z基因豐度，增幅分別達到105.8%、57.3%、176.2%和204.9%[67]。

4.2生物質炭對厭氧氨氧化過程微生物群落結構及其功能基因的影響

4.2.1對厭氧氨氧化過程微生物群落結構的影響厭氧氨氧化過程中的微生物主要由浮霉菌門（Planctomycetes）組成。生物質炭可促進厭氧氨氧化功能微生物之間的種間電子傳遞，已被證明可提高浮霉菌門微生物豐度[68]。研究發現，生物質炭的施入能增加厭氧氨氧化微生物群落豐度（10.5%～16.3%），促進胞外聚合物的生物降解和含氮有機物的去除[69]。Xu等發現10～30 μm粒徑的玉米秸稈生物質炭更能促進厭氧氨氧化菌的聚集，利于微生物生長，生物質炭的施加增加了厭氧氨氧化菌的豐度和多樣性，浮霉菌門等成為優勢菌門，相對豐度占總數的90%，在反應器運行80 d時，相對豐度與對照組相比提升了37%[70]。生物質炭為厭氧氨氧化代謝提供了電子，可使浮霉菌門的相對豐度增加26.6%±5.8% [39]。

4.2.2對厭氧氨氧化過程功能基因的影響生物質炭添加也直接影響了厭氧氨氧化過程功能基因。Xu等[70]發現不同粒徑玉米秸稈生物質炭提升了厭氧氨氧化相關功能基因豐度，hzs A、hdh、nir S和nap A基因的平均拷貝數分別比對照提升了5.6倍、8.7倍、9.4倍和4.2倍。Pan等[71]研究發現生物質炭改良劑的添加，使厭氧氨氧化過程功能基因hzs B豐度比對照組提高5倍。Chen等[72]研究發現在添加生物質炭的上流式厭氧污泥床（UASB）反應器中，厭氧氨氧化過程基因拷貝數是未添加生物質炭反應器的22.5倍。

5結論

生物質炭通過自身特殊的理化性質，經一系列物理化學、生物學等作用協同影響自然環境中氮循環過程（圖3）。生物質炭吸附、固持等作用在土壤環境中促進氮素固定[73]，如控制N2O排放，增強肥力，改善土壤質量，此外，微生物群落的動態變化及其功能基因的表達影響著土壤氮循環的內在過程。在水環境中，生物質炭為硝化反硝化及厭氧氨氧化過程微生物群落提供良好生存環境及養分，提高細菌多樣性及豐度，從而對氮循環功能基因（amo、nor、nir、hzs、hdh等）產生多重影響。

生物質炭對氮轉化途徑及其功能微生物的影響顯著，為了進一步理清生物質炭對氮轉化的機理，未來還需在以下2個方面開展研究：（1）闡明不同制備條件、生物質來源制備的生物質炭理化性質差異，并明確理化性質如特征官能團、微量元素對氮循環產生的影響機理;（2）通過生物質炭的改性和負載等多重方式改變生物質炭的性質，強化生物質炭對氮轉化微生物的正向引導。

參考文獻：

[1]SUCHY A K， GROFFMAN P M， BAND L E， et al. A landscape approach to nitrogen cycling in urban lawns reveals the interaction between topography and human behaviors [J]. Biogeochemistry， 2021，152（1）：1-20.

[2]王芳君，桑倩倩，鄧穎，等. 磁性鐵基改性生物質炭去除水中氨氮[J].環境科學，2021，42（4）： 1913-1922.

[3]徐紅超. 秸稈生物質炭在廢水脫氮中的應用研究 [D].徐州：中國礦業大學， 2017.

[4]ZHANG X， DUAN P， WU Z， et al. Aged biochar stimulated ammonia-oxidizing archaea and bacteria-derived N2O and NO production in an acidic vegetable soil [J]. Science of the Total Environment， 2019， 687：433-440.

[5]王洪媛，蓋霞普，翟麗梅，等. 生物質炭對土壤氮循環的影響研究進展[J].生態學報， 2016， 36（19）： 5998-6011.

[6]劉領，馬宜林，悅飛雪，等. 生物質炭對褐土旱地玉米季氮轉化功能基因、叢枝菌根真菌及N2O 釋放的影響 [J].生態學報， 2021， 11（7）： 1-13.

[7]胡立煌，史文竹，項劍，等. 生物質炭、秸稈和糞肥對濱海鹽堿土氮礦化和硝化作用的影響 [J].生態與農村環境學報， 2020， 36（8）： 1089-1096.

[8]朱彤，梁啟煜，謝元華，等. 厭氧氨氧化過程中無機碳對脫氮效能的影響[J]. 東北大學學報（自然科學版）， 2018， 39（2）： 278-282，287.

[9]李劍英，姚嘉，肖應輝，等. 生物質炭對土壤固氮微生物的影響研究[J]. 佳木斯大學學報（自然科學版）， 2018， 36（5）： 750-753.

[10]CANFIELD D E， GLAZER A N， FALKOWSKI P G. The evolution and future of earth’s nitrogen cycle [J]. Science， 2010， 330（6001）： 192-196.

[11]FOWLER D， COYLE M， SKIBA U， et al. The global nitrogen cycle in the twenty-first century [J]. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci， 2013， 368（1621）： 20130164.

[12]盧少勇，萬正芬，李鋒民，等. 29 種濕地填料對氨氮的吸附解吸性能比較[J].環境科學研究， 2016， 29（8）： 1187-1194.

[13]李飛躍，謝越，石磊，等. 稻殼生物質炭對水中氨氮的吸附[J]. 環境工程學報， 2015， 9（3）： 1221-1226.

[14]馬鋒鋒，趙保衛，刁靜茹，等. 牛糞生物質炭對水中氨氮的吸附特性[J].環境科學， 2015， 36（5）： 1678-1685.

[15]黃柱堅，朱子驁，吳學深，等. 皇竹草生物炭的結構特征及對重金屬吸附作用機制 [J]. 環境化學， 2016， 35（4）： 766-772.

[16]魏翔，任洪強，袁粒，等.苯酚對硝化顆粒污泥性能的影響[J].安全與環境學報， 2007， 38（2）： 46-48.

[17]JING H P， LI Y， WANG X， et al. Simultaneous recovery of phosphate， ammonium and humic acid from wastewater using a biochar supported Mg（OH）2/bentonite composite[J]. Environmental Science： Water Research & Technology， 2019， 5（5）： 931-943.

[18]郝蓉，彭少麟，宋艷暾，等. 不同溫度對黑碳表面官能團的影響[J]. 生態環境學報， 2010， 19（3）： 528-531.

[19]XIANG W， ZHANG X， CHEN J， et al. Biochar technology in wastewater treatment： A critical review [J]. Chemosphere， 2020， 252：126539.

[20]智燕彩. 復合改性生物質炭對硝態氮吸附及土壤氮素轉化的影響[D].北京：中國農業科學院， 2020.

[21]張文，呂欣田，韓睿，等. 2 種改性生物質炭對水體硝態氮的吸附特性[J].生態與農村環境學報， 2018， 34（3）： 253-259.

[22]XU D， CAO J， LI Y， et al. Effect of pyrolysis temperature on characteristics of biochars derived from different feedstocks： A case study on ammonium adsorption capacity[J]. Waste Management， 2019， 87：652-660.

[23]呂敏，吳雪雙，劉俊怡，等.牛糞炭吸附NH+4的動力學和熱力學行為[J].太陽能學報，2020，41（7）：26-32.

[24]陳友媛，李培強，李閑馳，等.滸苔生物質炭對雨水徑流中氨氮的吸附特性及吸附機制[J].環境科學， 2021， 42（1）： 274-282.

[25]鄧延慧，崔敏華，陳昊，等.污泥基生物質炭吸附二級出水中氮、磷效能研究[J].環境科技， 2020， 33（4）： 18-23.

[26]ZHANG M， GAO B， YAO Y， et al. Synthesis of porous MgO-biochar nanocomposites for removal of phosphate and nitrate from aqueous solutions[J]. Chemical Engineering Journal， 2012， 210： 26-32.

[27]王博，葉春，李法云，等. 水生植物制生物質炭對硝態氮的吸附規律研究[J].中國環境科學， 2017， 37（1）： 116-122.

[28]李麗，陳旭，吳丹，等. 固定化改性生物質炭模擬吸附水體硝態氮潛力研究[J].農業環境科學學報， 2015， 34（1）： 137-143.

[29]SUN Y， QI S， ZHENG F， et al. Organics removal， nitrogen removal and N2O emission in subsurface wastewater infiltration systems amended with/without biochar and sludge [J]. Bioresource Technology， 2018， 249：57-61.

[30]ZHOU X， WANG X， ZHANG H， et al. Enhanced nitrogen removal of low C/N domestic wastewater using a biochar-amended aerated vertical flow constructed wetland[J]. Bioresour Technol， 2017，241： 269-275.

[31]ZHANG J， WANG Q. Sustainable mechanisms of biochar derived from brewers' spent grain and sewage sludge for ammonia-nitrogen capture[J]. Journal of Cleaner Production， 2016， 112（5）： 3927-3934.

[32]CHEN G， ZHANG Z， ZHANG Z， et al. Redox-active reactions in denitrification provided by biochars pyrolyzed at different temperatures[J]. Science of the Total Environment， 2018， 615（15）： 1547-1556.

[33]WU Z S， XU F， YANG C， et al. Highly efficient nitrate removal in a heterotrophic denitrification system amended with redox-active biochar： A molecular and electrochemical mechanism.[J]. Bioresource Technology，2019，275： 297-306.

[34]畢墨涵，徐斐，郭富成，等. 響應面優化香蒲生物質炭促進反硝化影響因素 [J]. 環境科學與技術， 2021，44（2）： 97-103.

[35]BOCK E， SMITH N， ROGERS M， et al. Enhanced nitrate and phosphate removal in a denitrifying bioreactor with biochar [J]. Journal of Environmental Quality， 2014， 44（2）： 605-613.

[36]WU Z， XU F， YANG C， et al. Highly efficient nitrate removal in a heterotrophic denitrification system amended with redox-active biochar： A molecular and electrochemical mechanism [J]. Bioresource Technology， 2019， 275：297-306.

[37]王曉輝，郭光霞，鄭瑞倫，等. 生物質炭對設施退化土壤氮相關功能微生物群落豐度的影響[J]. 土壤學報， 2013， 50（3）： 624-631.

[38]陳重軍. 甲魚養殖廢水厭氧氨氧化處理及其微生物機理研究[D].杭州：浙江大學， 2012.

[39]XU J， WU X， ZHU N， et al. Anammox process dosed with biochars for enhanced nitrogen removal： Role of surface functional groups [J]. Science of The Total Environment， 2020， 748（5）： 141367.

[40]XU J， LI C， ZHU N， et al. Alleviating the nitrite stress on anaerobic ammonium oxidation by pyrolytic biochar [J]. Science of the Total Environment， 2021， 774：145800.

[41]張星，張晴雯，劉杏認，等. 生物質炭對農田土壤氮素轉化關鍵過程的影響[J].中國農業氣象， 2015， 36（6）： 709-716.

[42]崔虎，王莉霞，歐洋，等.生物質炭-化肥配施對稻田土壤氮磷遷移轉化的影響[J].農業環境科學學報， 2019， 38（2）： 412-421.

[43]陳曦，江賾偉，丁潔，等 生物炭施用對節水灌溉稻田土壤氮素含量及脲酶活性的影響 [J]. 江蘇農業科學， 2020， 48（19）： 268-274.

[44]周志紅，李心清，邢英， 等.生物質炭對土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球與環境，2011， 39（2）： 278-284.

[45]董玉兵，吳震，李博，等.追施生物質炭對稻麥輪作中麥季氨揮發和氮肥利用率的影響[J].植物營養與肥料學報， 2017， 23（5）： 1258-1267.

[46]OPDYKE M R， OSTROM N E， OSTROM P H. Evidence for the predominance of denitrification as a source of N2O in temperate agricultural soils based on isotopologue measurements [J]. Global Biogeochemical Cycles， 2009， 23（4）： GB4018.

[47]杜莎莎，王朝旭. 氨氧化過程中稻殼生物質炭抑制酸性農田土壤N2O排放[J].中國環境科學， 2020， 40（1）： 85-91.

[48]CAYUELA M L， VAN ZWIETEN L， SINGH B P， et al. Biochar’s role in mitigating soil nitrous oxide emissions： A review and meta-analysis [J]. Agriculture， Ecosystems & Environment， 2014， 191：5-16.

[49]王紫君，王鴻浩，李金秋，等. 椰糠生物質炭對熱區雙季稻田N2O和CH4排放的影響[J].環境科學， 2021（8）： 3931-3942.

[50]何飛飛，榮湘民，梁運姍，等. 生物炭對紅壤菜田土理化性質和N2O、CO2排放的影響 [J]. 農業環境科學學報， 2013， 32（9）： 1893-1900.

[51]SINGH B P， HATTON B J， SINGH B， et al. Influence of biochars on nitrous oxide emission and nitrogen leaching from two contrasting soils [J]. Journal of Environmental Quality， 2010， 39（4）： 1224-1235.

[52]鄭華楠，宋晴，朱義，等.蘆葦生物質炭復合載體固定化微生物去除水中氨氮[J].環境工程學報， 2019， 13（2）： 310-318.

[53]王啟全.生物質炭及降解菌劑對污染土壤微生物及功能基因的影響[D].哈爾濱：東北農業大學，2019.

[54]趙光昕，張晴雯，劉杏認，等. 農田土壤硝化反硝化作用及其對生物質炭添加響應的研究進展[J].中國農業氣象， 2018， 39（7）： 442-452.

[55]LI M， ZHANG J， YANG X， et al. Responses of ammonia-oxidizing microorganisms to biochar and compost amendments of heavy metals-polluted soil [J]. Journal of Environmental Sciences， 2021， 102：263-272.

[56]梁韻，廖健利，KHALID M，等. 生物質炭與有機肥對菜田土壤氨氧化菌豐度的影響[J]. 上海交通大學學報（農業科學版）， 2017， 35（5）： 36-43.

[57]張軍，周丹丹，吳敏，等. 生物質炭對土壤硝化反硝化微生物群落的影響研究進展[J].應用與環境生物學報， 2018， 24（5）： 993-999.

[58]劉杰，韓士群，齊建華，等. 生物碳含量對底泥活化原位脫氮及微生物活性的影響[J].江蘇農業學報， 2016， 32（1）： 106-110.

[59]劉遠，朱繼榮，吳雨晨，等. 施用生物質炭對采煤塌陷區土壤氨氧化微生物豐度和群落結構的影響[J].應用生態學報， 2017， 28（10）： 3417-3423.

[60]武麗君. 生物質炭對農田土壤氮素遷移及氨氧化作用的影響[D].太原：太原理工大學， 2016.

[61]江琳琳. 生物質炭對土壤微生物多樣性和群落結構的影響[D].沈陽：沈陽農業大學， 2016.

[62]王先芳，任天志，智燕彩，等. 添加生物質炭改善菜地土壤氨氧化細菌群落并提高凈硝化率[J].植物營養與肥料學報， 2020， 26（3）： 502-510.

[63]陳晨，許欣，畢智超，等. 生物質炭和有機肥對菜地土壤N2O排放及硝化、反硝化微生物功能基因豐度的影響[J].環境科學學報， 2017， 37（5）： 1912-1920.

[64]HUI-JUAN X， XIAO-HUI W， HU L， et al. Biochar impacts soil microbial community composition and nitrogen cycling in an acidic soil planted with rape [J]. Environmental Science & Technology， 2014， 48（16）： 9391-9399.

[65]XIAO Z， RASMANN S， YUE L， et al. The effect of biochar amendment on N-cycling genes in soils： A meta-analysis [J]. Science of the Total Environment， 2019， 696： 133984.

[66]BLANCO-JARVIO A， CHáVEZ-LóPEZ C， LUNA-GUIDO M， et al. Denitrification in a chinampa soil of Mexico City as affected by methylparathion： A laboratory study [J]. European Journal of Soil Biology， 2011， 47（5）： 271-278.

[67]劉杏認，趙光昕，張晴雯，等. 生物質炭對華北農田土壤 N2O 通量及相關功能基因豐度的影響[J].環境科學， 2018， 39（8）： 3816-3825.

[68]XU J， WU X， ZHU N， et al. Anammox process dosed with biochars for enhanced nitrogen removal： Role of surface functional groups [J]. Science of the Total Environment， 2020， 748：141367.

[69]DENG C， HUANG L， LIANG Y， et al. Response of microbes to biochar strengthen nitrogen removal in subsurface flow constructed wetlands： Microbial community structure and metabolite characteristics [J]. Science of the Total Environment， 2019， 694：133687.

[70]XU J， LI C， ZHU N， et al. Particle size-dependent behavior of redox-active biochar to promote anaerobic ammonium oxidation （anammox） [J]. Chemical Engineering Journal， 2021， 410：127925.

[71]PAN F， CHAPMAN S J， LI Y， et al. Straw amendment to paddy soil stimulates denitrification but biochar amendment promotes anaerobic ammonia oxidation [J]. Journal of Soils and Sediments， 2017， 17（10）： 2428-2437.

[72]CHEN C J， HUANG X X， LEI C X， et al. Improving anammox start-up with bamboo charcoal [J]. Chemosphere， 2012， 89（10）： 1224-1229.

[73]嚴陶韜，高婷，周之棟，等.基于文獻計量的生物炭土壤效應分析[J].江蘇農業科學，2021，49（4）：191-199.

[74]LIU Q， ZHANG Y， LIU B， et al. How does biochar influence soil N cycle？ A meta-analysis [J]. Plant and Soil， 2018， 426（1/2）： 211-225.

[75]XIAO Z， RASMANN S， YUE L， et al. The effect of biochar amendment on N-cycling genes in soils： A meta-analysis [J]. Sci Total Environ， 2019， 696： 133984.

（責任編輯：張震林）

收稿日期：2021-06-23

基金項目：江蘇省研究生科研與實踐創新計劃項目（SJCX21-1397）;中國博士后科學基金項目（2020M671400）;江蘇省自然科學基金面上項目（BK20201450）;江蘇青藍工程項目;昆山市重點研發計劃（生態農業）項目（KN202118）

作者簡介：曹茜斐（1998-），女，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向為廢水處理與資源化利用技術。（E-mail）931594840@qq.com

通訊作者：陳重軍，（E-mail）chongjunchen@163.com