《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Feedstock-Dependent Characteristics of Biochar-Derived Dissolved Black Carbon and Short-Term Sediment Carbon-Fraction and Microbial Responses
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•生物炭原料决定了DBC的释放、光学性质和分子组成。•5% PM处理使β-葡萄糖苷酶和脲酶活性分别提高了70%和98%。•不同生物炭产生了不同的短期沉积物碳组分响应。•DBC的光学性质与细菌群落组成相关。引言生物炭是通过在缺氧或限氧条件下、相对较低温度（<700 ℃）下
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生物炭原料决定了DBC的释放、光学性质和分子组成。
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5% PM处理使β-葡萄糖苷酶和脲酶活性分别提高了70%和98%。
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不同生物炭产生了不同的短期沉积物碳组分响应。
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DBC的光学性质与细菌群落组成相关。
引言
生物炭是通过在缺氧或限氧条件下、相对较低温度（<700 ℃）下热解生物质材料（如植物残渣、动物粪便和污水污泥）产生的含碳固体残余物[12], [40]。生物炭已广泛应用于废水处理、土壤和沉积物修复、碳封存和温室气体减排等领域。这些应用主要归因于其有利的物理化学性质，包括高孔隙率、多样的官能团、稳定的芳环结构和丰富的营养元素[17], [55]。在其组分中，溶解性黑碳（DBC）代表了溶解性有机质（DOM）中高度反应活性且部分可生物降解的组分，在水体碳循环中作为关键中间物发挥作用[18], [29]。
生物炭来源的DBC可以影响环境过程，包括温室气体排放和有机质转化[35], [5]。除了其在碳循环中的作用外，DBC还可以通过吸附和光化学反应影响污染物的迁移和转化。DBC介导的吸附和微非均相羟基自由基形成可以改变水体环境中药物类污染物的光化学转化过程[36], [57]。生物炭来源材料中的活性碳结构和氧化还原活性位点也可能通过非自由基途径促进有机污染物的转化[37]。DBC的释放潜力和分子特征随生物炭原料、活化过程和热解温度显著变化。污泥或粪便来源的生物炭可能产生更高的溶解性有机碳（DOC）产量，并释放相对不太缩合的、富含杂原子的组分，其254 nm处的比紫外吸光度（SUVA???）值较低[23]。相比之下，木质纤维素来源的生物炭倾向于释放更多缩合的芳碳组分，具有更高的光学芳香性[16]。此外，固有矿物组分可以通过有机-矿物相互作用调节溶解组分的释放和稳定化[46]。这些发现表明，原料性质决定了DBC的浓度、分子组成和光学性质。
大量研究已考察了生物炭在土壤改良中的作用，包括其对微量金属行为、微生物群落动态和土壤DOM组成的影响[50]。大多数研究关注DBC在土壤中的转化，而其与沉积物碳和微生物过程的关系仍知之甚少[32], [7]。具体来说，由不同原料在相同热解条件下生产的生物炭在释放DBC的数量和分子组成上存在何种差异，以及这些差异如何与短期沉积物碳组分和微生物响应相关联，仍尚不清楚。
我们假设，DBC数量和分子组成的原料依赖性差异，以及共变的矿物性质，将在沉积物中产生不同的有机底物条件，从而产生碳组分、酶活性和细菌群落组成的不同短期模式。为评估这一假设，采用傅里叶变换离子回旋共振质谱法（FT-ICR-MS）和激发-发射矩阵光谱法结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）来表征不同原料来源生物炭中DOM的组成和分子特征，特别关注原料性质的影响。此外，还进行了模拟培养实验来评估生物炭对沉积物DOM组成、重金属形态、微生物群落结构和关键酶活性的影响。这种综合方法将释放DBC的分子表征与短期沉积物生物地球化学和微生物响应联系起来，为评估原料依赖性的生物炭在水体沉积物中的行为提供了基础。
章节摘要
生物炭制备
选择猪粪（PM）、污水污泥（SS）和毛竹（Phyllostachys pubescens，PP）作为生物炭制备的原料。通过在管式炉中以高纯氮气为保护气体、500 °C条件下热解原料2小时来制备生物炭[54]。选择500 °C作为通用热解温度，以便在中等热条件下分离原料依赖性差异，同时保留可测量的水溶性有机组分用于光学和分子表征[16], [23]。
生物炭来源溶解性黑碳的光学与分子特征
对PM来源、SS来源和PP来源生物炭中提取的DBC进行物理化学表征，揭示了不同的DOC释放潜力和光谱特征（图1）。SS500表现出最高的灰分含量（71.65%）和最低的碳比例（16.99%），与PM500（42.92%灰分；30.64% C）和PP500（21.63%灰分；50.28% C）相比。相应地，SS500释放的DOC浓度最高（9.44 mg L?1），其次是PP500（6.38 mg L?1）和PM500（4.14 mg L?1），表明
结论
由不同原料制备的生物炭表现出不同的DBC分子组成，并与沉积物碳组分和酶活性的短期变化相关，同时伴随着处理相关的细菌分类组成差异。PM生物炭释放的DBC数量较少但光学芳香性较高，而PM处理表现出较高的β-葡萄糖苷酶和脲酶活性。SS生物炭释放的DBC数量较多但光学芳香性较低，
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。
致谢
本工作由2025年中央财政引导地方科技发展专项基金（2025ZY0167）、鄂尔多斯应用技术学院高层次人才科研启动基金（DC2400001452）、国家重点研发计划（2022YFC3204003）和国家自然科学基金（批准号41907267）支持。
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