生態(tài)中心在生物炭土壤固碳和遺留磷利用領(lǐng)域發(fā)表綜述論文和觀點(diǎn)論文
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溫室氣體減排和碳生態(tài)封存是應(yīng)對全球變暖的兩個(gè)關(guān)鍵過程。生物炭可以在土壤環(huán)境中長時(shí)間穩(wěn)定存續(xù)進(jìn)行直接碳封存，還可以通過改善土壤結(jié)構(gòu)和優(yōu)化微生物群落、減少土壤中溫室氣體排放、促進(jìn)植物源碳的固存。目前，生物炭已成為促進(jìn)土壤生態(tài)固碳以及溫室氣體減排領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，生物炭在進(jìn)入土壤后的穩(wěn)定機(jī)制、對土壤碳源的激發(fā)效應(yīng)（圖1）、對溫室氣體排放和養(yǎng)分循環(huán)的影響機(jī)制、土壤應(yīng)用等核心限制因素方面的認(rèn)知差距，制約了生物炭材料在土壤中的安全應(yīng)用。近期，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心劉振剛課題組在Environmental Science & Technology和Resources, Conservation & Recycling上，發(fā)表了綜述論文（Carbon sequestration strategies in soil using biochar: Advances, challenges, and opportunities）和觀點(diǎn)論文（Hydrochar: A promising activator for legacy phosphorus in soil）。
綜述論文厘清了生物炭（biochar）、熱解炭（pyrochar）和水熱炭（hydrochar）的定義內(nèi)涵；比較了熱解炭、水熱炭在土壤環(huán)境不同穩(wěn)定性及主控因素；探討了熱解炭和水熱炭誘導(dǎo)土壤有機(jī)碳分解的激發(fā)效應(yīng)作用機(jī)制等關(guān)鍵問題。文章首次提出了土壤環(huán)境中有效態(tài)C/N化學(xué)計(jì)量比是影響生物炭穩(wěn)定性和有機(jī)碳在土壤環(huán)境轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素的觀點(diǎn)（圖2）；闡述了生物炭中氮形態(tài)轉(zhuǎn)化對土壤生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的重要貢獻(xiàn)；通過對生物炭在土壤應(yīng)用閾值、經(jīng)濟(jì)成本等方面限制生物炭在土壤固碳應(yīng)用因素的分析，建議開展應(yīng)用生命周期評價(jià)方法指導(dǎo)生物炭的固碳應(yīng)用、降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究。
基于生物炭在土壤固碳減排研究，未來研究需要基于生物炭-土壤-植物系統(tǒng)，加強(qiáng)微觀機(jī)制與長期田間試驗(yàn)相結(jié)合的研究，完善生物炭整個(gè)生產(chǎn)和應(yīng)用系統(tǒng)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益之間的權(quán)衡分析。同時(shí)，研究應(yīng)遵循科學(xué)數(shù)據(jù)FAIR共享原則，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性。文章提出，生物炭并非農(nóng)田土壤實(shí)現(xiàn)碳中和的唯一解決方案，碳封存也不是生物炭在土壤中的唯一目的。根據(jù)土壤特性施用合適種類和用量的生物炭，有望實(shí)現(xiàn)促進(jìn)土壤固碳和提高土壤生態(tài)的雙贏，助力提升土壤生態(tài)功能和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳中和。
遺留磷是過量施肥而在土壤中盈余累積的磷，提高遺留磷利用效率是緩解當(dāng)前磷資源短缺同時(shí)保障糧食安全的最重要途徑。水熱炭化作為有機(jī)固廢資源化重要的負(fù)碳技術(shù)，處理過程可將有機(jī)固廢中作物難以利用的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷；水熱炭富含的活性有機(jī)碳，可通過絡(luò)合金屬陽離子、競爭吸附位點(diǎn)抑制磷在土壤界面吸附等作用釋放土壤固定的磷；水熱炭可通過提升土壤微生物種群和磷酸酶活性，觸發(fā)激發(fā)效應(yīng)和酶促反應(yīng)，促進(jìn)土壤中與有機(jī)碳結(jié)合的有機(jī)磷的礦化分解，提高土壤遺留磷（酶解）活化和生物有效性�；诖�，研究提出水熱炭有望在提高土壤遺留磷的有效性和利用效率、實(shí)現(xiàn)土壤遺留磷和有機(jī)固廢高效循環(huán)利用等方面的發(fā)揮重要作用（圖3）。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金和山東省重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接：1、2
圖1. 生物炭在土壤環(huán)境中關(guān)鍵反應(yīng)過程和影響因素
圖2. 生物炭中氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化及化學(xué)計(jì)量C/N對生物炭誘導(dǎo)土壤激發(fā)效應(yīng)影響的示意圖
圖3. 土壤遺留磷循環(huán)及水熱炭的潛在影響作用機(jī)制
