随着工业化和城市化进程的不断加快,城市生态环境退化导致人居环境质量下降,并成为制约城市可持续发展的重要因素之一,城市绿地系统在改善城市人居环境质量中发挥了十分重要的作用。屋顶绿化作为一种新型城市绿化方式,具有调控雨水径流、减轻城市热岛效应与空气污染、美化环境等功能。但因屋顶绿化面临风速大、高温、干旱、基质层薄和养分匮缺等特殊生境条件,制约了屋顶绿化的推广应用。生物炭作为土壤改良剂已在农林业生产与生态修复中得到广泛应用,且作为一项施用风险较低的碳封存技术备受关注。热解温度是影响生物炭特性,从而影响其改良土壤及固碳减排效果的关键因素之一。本文以屋顶绿化基质为研究对象,研究了基质中施加不同热解温度(300℃、400℃、500℃),不同用量(10%、20%,V/V)生物炭后基质理化性质及酶活性特征,温室气体排放量及相关微生物功能基因丰度,探讨生物炭添加对基质土壤的改良作用及对温室气体排放量的影响,得出最优生物炭热解温度及添加量配置,为提升屋顶绿化基质土壤质量,充分发挥屋顶绿化节能减排、固碳增汇的生态功能提供参考依据。主要研究结果如下:1.生物炭对屋顶绿化基质特性的影响。生物炭添加后基质容重降低12.32%～24.11%;p H提升了0.98～1.60个单位。基质有机质含量提升了1.64～3.71倍;全氮含量增加了5.26%～52.63%。生物炭添加提升了基质中NH_4~+-N含量,但NO_3~–N含量降低了74.02%～83.62%。基质中磷、钾含量也有不同程度增加。生物炭添加后基质阳离子交换量提高了0.3～3.14 cm点击此处ol·kg~(-1);基质微生物量碳提高了19.22%～57.34%,微生物量氮增加了25.41～72.80 mg·kg~(-1);其硝化潜势高于对照(CK)17.92%～155.59%。2.生物炭对屋顶绿化基质酶活性的影响。生物炭添加使基质脲酶、蔗糖酶活性与CK相比均得到提高,这表明施用生物炭加快了基质中养分元素循环速率。生物炭添加后基质脲酶活性提高了11.65%～42.61%,热解温度为500℃与20%施加量处理中,生物炭添加对脲酶活性的影响最为显著。生物炭添加使蔗糖酶活性提升范围为6.12%～76.44%,生物炭热解温度为400℃与500℃且施加量较大时可显著提高基质蔗糖酶活性。3.生物炭对屋顶绿化基质温室气体排放及相关微生物功能基因丰度的影响。7种处理的基质土壤CO_2排放通量变化趋势基本一致,均在夏天气温较高时出现排放峰值;未添加生物炭相较于添加生物炭的基质土壤,其CO_2排放速率更高。生物炭添加显著降低了基质CO_2排放量,范围为19.68%～43.71%;CO_2排放量随生物炭添加量的增加呈降低趋势,而随生物炭热解温度的增加呈上升趋势;不同热解温度及不同添加量对基质CO_2排放均产生显著影响。各处理基质土壤CH_4排放动态变化趋势相似。生物炭添加后基质CH_4累积排放量降低了2.40%～79.92%,其中,300℃热解温度制备的生物炭对CH_4排放无显著影响,500℃较400℃热解温度制备的生物炭对基质CH_4减排效果更明显,添加量越Hepatic differentiation大CH_4减排效果越明显。生物炭添加后降低了基质土壤CH_4排放量,可能是影响基质产甲烷菌(mcr A)和甲烷氧化菌(pmo A)功能基因丰度所引起的。300℃热解温度制备的生物炭添加后对基质mcr A、pmo A基因丰度无显著影响,400℃与500℃稻壳炭显著降低了mcr A基因丰度,提高了pmo A基因丰度,且这种趋势也随添加量增加更明显。添加生物炭后,基质土壤N_2O排放的强弱变化在短期内未达稳定状态,不同稻壳炭热解温度与添加量下基质N_2O排放量差异均未达到显著水平。通过研究与N_2O产生和消耗相关的参与硝化与反硝化过程的关键功能基因丰度发现,生物炭添加因改变了基质氧气条件,硝化作用氨氧化细菌功能基因(amo A-AOB)丰度提高,而反硝化作用功能基因丰度降低,其中,参与产生N_2O的亚硝酸盐还原酶功能基因nir S和nir K丰度增加,还原N_2O的一氧化二氮还原酶功能基因nos Z丰度降低。CO_2、CH_4、N_2O三种温室气体统一换算所得综合温室效应的结果表明,生物炭添加可显著降低18.87%～37.43%GWP。4.屋顶绿化基质特性与温室气体排放的相关性分析。冗余分析结果表明,基质中硝态氮、阳离子交换量、全氮、p H、速效磷、微生物量氮、微生物量碳、全钾、铵态氮、速效钾、全磷等11个土壤因子是影响温室气体排放的主要因素。屋顶绿化基质CO_2排放量与NO_3~–N呈显著正相关关系,与p H、TN、TP、TK、MBN等土壤AZD9291半抑制浓度因子呈显著负相关关系(P<0.05);基质CH_4排放量与NO_3~--N呈正相关,与p H、OM、NH_4~+-N、AP、TP、TK、AK、CEC、MBC、MBN、脲酶活性、蔗糖酶活性呈负相关(P<0.05);各处理N_2O排放量与OM、PCR、脲酶活性、MBC呈显著正相关(P<0.05)。综上所述,将稻壳炭作为屋顶绿化基质土壤改良剂,施用后可改善基质土壤的养分条件、减少温室气体排放量。不同热解温度制备的生物炭和不同生物炭施加量均对基质土壤改良和温室气体排放效应产生显著影响。研究结果表明,施用300℃热解温度制备的生物炭及添加量为20%时,对基质土壤综合温室效应(GWP)减排效果最佳。