生物炭通过增加有机复合金属氧化物含量促进水稻土有机碳积累与团聚体稳定性

针对稻田土壤有机碳(SOC)物理保护机制不明确的问题，浙江大学团队通过梯度施用量生物炭田间试验，揭示生物炭通过促进铁(Fep )、铝(Alp )和锰(Mnorg )氧化物与有机碳形成矿物-有机复合体，显著提升大团聚体(>0.25 mm)比例及SOC含量(最高31.86 g·kg?1 )，为稻田固碳与土壤健康提供新策略。

　　

在应对全球气候变化的背景下，土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其固碳潜力备受关注。稻田土壤因频繁的干湿交替导致氧化还原电位剧烈波动，使得铁、锰等变价金属氧化物的形态变化尤为活跃。这些金属氧化物如同土壤中的"分子胶水"，既能通过与有机碳形成矿物-有机复合体(Mineral-organic complexes)直接固定碳，又能通过胶结作用促进团聚体形成，间接保护有机碳免受微生物分解。然而，生物炭这一具有丰富孔隙结构和表面官能团的碳材料，如何通过调控金属氧化物形态来影响稻田团聚体稳定性，仍是科学界的未解之谜。

浙江省农业科学院与浙江科技大学的联合团队在《Soil and Tillage Research》发表的研究，通过为期5年的田间试验给出了答案。研究人员在浙江衢州红壤性水稻田设置4个生物炭梯度(0、1%、2%、4%施用量，最高45 t·hm^?2
)，采用湿筛法分离不同粒径团聚体，结合连续提取技术测定金属氧化物形态，首次阐明生物炭通过"金属氧化物桥梁效应"提升碳封存效率的机制。

关键技术方法
研究采用梯度设计田间试验，通过湿筛法分离大团聚体(>2 mm)、宏团聚体(0.25-2 mm)、微团聚体(0.053-0.25 mm)和粉粘粒(<0.053 mm)四个组分；利用DCB(二亚硫酸盐-柠檬酸盐-碳酸氢盐)提取复合态铁铝(Fe_p
, Al_p
)，醋酸铵提取交换态锰(Mn_exc
)，焦磷酸钠提取有机复合锰(Mn_org
)；采用结构方程模型(SEM)解析各因子相互作用路径。

研究结果

1. 生物炭对土壤化学性质的影响
45 t·hm^?2
生物炭处理使土壤pH提升0.3单位，SOC含量增加31.86 g·kg^?1
，总氮(TN)达2.98 g·kg^?1
。值得注意的是，活性磷(AP)在低剂量(1-2%B)时显著增加，但在4%B时回归基线，暗示生物炭可能存在"磷固定阈值"。

2. 团聚体有机碳分布特征
大团聚体SOC含量是微团聚体的1.8倍，且随生物炭用量呈线性增长(R²
=0.92)。SEM分析显示，Fe_p
和Al_p
对宏团聚体SOC的贡献率达47%，证实矿物-有机复合体的核心作用。

3. 金属氧化物形态转变
Mn_org
含量增幅最高达214%，其与SOC的耦合系数(0.78)显著高于结晶态氧化物，说明可变价锰在氧化还原敏感环境中具有特殊稳定作用。

结论与意义
该研究揭示生物炭通过三重机制提升碳封存：(1)直接提供富含芳香结构的稳定碳源；(2)表面-COOH/-OH官能团促进Fe_p
-Al_p
-Mn_org
复合体形成；(3)通过"微团聚体-宏团聚体"级联组装提升物理保护效率。45 t·hm^?2
的优化用量使大团聚体比例提升32%，为稻田土壤"碳肥协同"管理提供了精确的实践参数。这项发现不仅为全球稻田固碳提供了新思路，更揭示了变价金属在碳-矿物耦合过程中的"电子开关"作用，对发展智能响应型土壤改良剂具有重要启示。