微生物驱动的铁转化与洪水淹没土壤中的碳稳定作用：生物炭与岩石风化的作用

《Plant and Soil》：Microbial-driven iron transformation and carbon stabilisation in flooded soils: roles of biochar and rock weathering

稻田土壤中生物炭与增强玄武岩风化协同促进铁结合有机碳及微生物群落演替，提升碳封存稳定性。

　　

摘要

背景与目标

日益严重的气候危机迫切需要创新的二氧化碳去除策略，生物炭和增强型岩石风化（ERW）被认为是具有前景的碳负排放解决方案。然而，它们对铁（Fe）（水合）氧化物与有机碳（OC）相互作用的影响存在差异，而这种相互作用是矿物介导的碳持久性的关键机制，目前对此了解仍十分有限。

方法

通过盆栽实验研究了生物炭和增强型玄武岩风化单独作用或联合作用对水稻土壤中铁氧化物相、碳结合能力、铁复合有机碳特性以及铁氧化和还原微生物群落变化的影响，实验采用了16S rRNA测序技术。

结果

生物炭和联合处理方法显著改变了铁的矿物形态：有机复合铁（Fe_PP）减少了26%–29%，而非晶态铁增加了22%–41%。这些变化使得结合在Fe_PP上的碳含量提高了25%–28%，同时降低了有机碳的芳香性，并使有机碳与铁的摩尔比降低了73%–76%。单独使用玄武岩时，铁结合有机碳的比例最高（Fe-OC%，26.2%）；而生物炭则使土壤中的有机碳总量增加了61%，但降低了铁结合有机碳的比例（16.6%）。联合处理方法显著丰富了参与铁循环的细菌种群，尤其是显著增强了Geobacter（增加了21倍）和Desulfosporosinus（增加了120倍以上）的丰度，并在考虑生物炭中的碳输入后实现了最高的铁结合有机碳比例（27.6%）。

结论

研究结果表明，生物炭通过直接保留顽固性碳并稳定残余铁（水合）氧化物上的易分解碳，从而优先提升土壤有机碳的数量和稳定性；而增强型岩石风化则通过有机-矿物相互作用增强了铁结合有机碳的持久性，但并未增加土壤中的碳总量。将生物炭和玄武岩战略性地结合使用，可以同时提高土壤中的碳储量和碳稳定性，为改善厌氧农业生态系统中的碳封存提供了实用途径。