生物炭的适当使用对于提升土壤健康具有重要意义。研究表明，将生物炭与有机或无机肥料混合使用能够减缓无机氮的迅速矿化，并提高氮的利用效率，尤其是在沙质土壤中效果尤为明显。虽然已有大量的研究关注生物炭与肥料联合施用对沙质土壤物理化学性质的影响，但对于这种联合施用方式如何影响土壤微观食物网的复杂生态效应仍然了解不多。
本研究在一个沙质土壤的小麦种植体系中进行了田间实验，设置了四个处理组：单独施用无机肥（IF），单独施用有机肥（OF），生物炭与无机肥配施（B + IF），以及生物炭与有机肥配施（B + OF）。本研究的目标是理解由生物炭引起的非生物因素变化以及植物根系的变化对土壤微观食物网的影响。实验结果表明，生物炭对土壤微观食物网的影响会随施肥条件的不同而变化。当与无机肥共同施用时，生物炭提高了总体微生物和线虫的数量，但却减少了杂食性和捕食性线虫的生物量。而当生物炭与有机肥配合使用时，则对总体微生物数量及其生物量、线虫总体以及杂食性和捕食性线虫的生物量产生了正面的效果。
图1 图文摘要
通过结构方程模型分析发现，生物炭与无机肥的配施主要通过直接影响微生物和线虫的数量，并通过减少NH₄⁺-N和溶解性有机碳（DOC）含量间接影响微生物生物量。生物炭的直接影响与其自身的特性有关，比如高孔隙率和强吸附能力，这些特性改善了土壤结构，为土壤微生物和线虫提供了优良的栖息地。生物炭的大孔隙（通常直径为10至30微米）能够容纳大小在0.3至3微米之间的细菌。这样的土壤孔隙不仅促进了微生物的增长，也为线虫的移动和捕食活动提供了便利，进而增加了微生物和线虫的数量。
图2 在无机施肥 （A） 和有机肥料 （B） 条件下生物炭添加对土壤微食物网的直接和间接影响
相比之下，在生物炭与有机肥配施的情况下，根系生物量的增加和土壤pH值的下降成为影响微生物数量变化的主要直接因素。根系生物量的增加可能会促进更多可溶性物质的释放，提高微生物的利用效率，并增加微生物数量。同时，pH值的降低为原本偏碱性的沙质土壤创造了一个更有利于微生物群落发展的环境。这些发现强调了生物炭效应对土壤环境的依赖性，其对土壤微观食物网的调节路径依赖于所使用的肥料种类以及土壤环境的变化，同时也受到植物与微生物之间相互作用的影响。
研究成果以“Synergistic application of biochar with organic fertilizer positively impacts the soil micro-food web in sandy loam soils”为题，发表在土壤与生态学领域国际权威期刊European Journal of Soil Biology上，由中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土有机碳与保护性耕作学科组张士秀研究员和河南大学生物多样性与生态保护学科组赵灿灿副教授等共同完成。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDA28020401）、国家自然科学基金（32371737,32130066）、中国科学院青年创新青促会项目（2021228）和中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目（2022QNXZ04）等项目的支持。
