沈阳应用生态研究所土壤化学组王汝振博士与美国普度大学Timothy Filley教授合作研究,进行了生物炭紫外光氧化-土壤矿化实验研究,获取紫外光氧化生物炭(PyOMUV)和未经氧化生物炭(PyOMW),并结合稳定性碳同位素技术,研究两种生物炭在土壤中矿化特征。结果表明,前期光氧化阶段促进了生物炭降解,且使生物炭表面含氧基团增加;后续土壤添加实验发现,光氧化阶段导致生物炭表面结构的变化,会显著影响生物炭在土壤中矿化动态及相关降解酶活性。与添加PyOMW处理相比,光氧化使生物炭中活性碳库降解,进而导致其在土壤中矿化速率降低3.7倍,总碳矿化量低13%,土壤多酚氧化酶和过氧化物酶活性显著降低;但PyOMUV与PyOMW添加处理下两种氧化酶活性均高于对照处理,两种生物炭添加均抑制了原土壤有机碳矿化(即负激发效应,见图 1,2)。由此可见,生物炭在环境中非生物氧化过程(如紫外线照射),会显著影响其后续在土壤中生物地球化学动态,降低生物炭和原土壤有机碳的周转速率。
该研究在土壤学期刊Geoderma上发表(Wang et al. 2017, Photooxidation of pyrogenic organic matter reduces its reactive, labile C pool and the apparent soil oxidative microbial enzyme response)。
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图 1 光氧化生物炭(PyOMUV)和未氧化生物炭(PyOMW)添加所产生的激发效应对比
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图 2 两种生物炭添加对土壤有机碳各碳库的影响