Abstract Amending soil with biochar (pyrolized biomass) is suggested as a globally applicable approach to address climate change and soil degradation by carbon sequestration, reducing soil-borne greenhouse-gas emissions and increasing soil nutrient retention. Biochar was shown to promote plant growth, especially when combined with nutrient-rich organic matter, e.g., co-composted biochar. Plant growth promotion was explained by slow release of nutrients, although a mechanistic understanding of nutrient storage in biochar is missing. Here we identify a complex, nutrient-rich organic coating on co-composted biochar that covers the outer and inner (pore) surfaces of biochar particles using high-resolution spectro(micro)scopy and mass spectrometry. Fast field cycling nuclear magnetic resonance, electrochemical analysis and gas adsorption demonstrated that this coating adds hydrophilicity, redox-active moieties, and additional mesoporosity, which strengthens biochar-water interactions and thus enhances nutrient retention. This implies that the functioning of biochar in soil is determined by the formation of an organic coating, rather than biochar surface oxidation, as previously suggested.

Abstract Warming climate has increased the frequency and size of high severity wildfires in the western United States, with deleterious impacts on forest ecosystem resilience. Although forest soil microbiomes provide a myriad of ecosystem functions, little is known regarding the impact of high severity fire on microbially-mediated processes. Here, we characterized functional shifts in the soil microbiome (bacterial, fungal, and viral) across wildfire burn severity gradients one year post-fire in coniferous forests (Colorado and Wyoming, USA). We generated the Fi re R esponding E cogenomic database (FiRE-db), consisting of 637 metagenome-assembled bacterial genomes, 2490 viral populations, and 2 fungal genomes complemented by 12 metatranscriptomes from soils affected by low and high-severity, and complementary marker gene sequencing and metabolomics data. Actinobacteria dominated the fraction of enriched and active taxa across burned soils. Taxa within surficial soils impacted by high severity wildfire exhibited traits including heat resistance, sporulation and fast growth that enhanced post-fire survival. Carbon cycling within this system was predicted to be influenced by microbial processing of pyrogenic compounds and turnover of dominant bacterial community members by abundant viruses. These genome-resolved analyses across trophic levels reveal the complexity of post-fire soil microbiome activity and offer opportunities for restoration strategies that specifically target these communities.