秸秆与生物炭协同固碳新机制

在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，广东省农业科学院农业资源与环境研究所研究员刘忠珍团队联合浙江大学等单位，揭示了秸秆与生物炭协同固碳新机制。相关成果近日发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。 论文第一作者、广东省农业科学院农业资源与环境研究所博士后马睿介绍，围绕秸秆与生物炭共同施用时的互作方式及协同固碳机理，团队采用镜像13C同位素标记技术，结合单细胞拉曼光谱分选与13C标记细胞宏基因组学技术，实现了对两种碳源去向的精准追踪，在单细胞水平上为秸秆与生物炭之间的双向互作机制提供了直接证据。 研究发现，二者协同呈现鲜明的“互补效应”：生物炭为秸秆“减损保蓄”——配施生物炭后，秸秆碳矿化损失显著降低，更多碳流向富里酸（FA）、胡敏酸（HA）等稳定有机组分；微生物群落结构由“快速消耗、以呼吸为主”转向“合成代谢、构建有机质”，几丁质杆菌等菌群富集，并伴随磷脂合成、苯乙酰辅酶A等固碳相关通路增强。秸秆为生物炭“激活赋能”——配施秸秆可适度活化生物炭中惰性碳，溶解态碳含量提升并更多转化为活性有机质组分（FA、HA）；利用生物炭的微生物群落功能从“维持基础呼吸”的极简模式，拓展为芳香环分解、醌介导电子传递、胞外多糖合成等通路被激活，推动原本“沉默”的生物炭碳逐步融入土壤物质循环。 研究进一步发现，二者配施可显著增强微生物界面磷脂代谢，外膜脂蛋白及脂多糖/ 胞外聚合物（LPS/EPS）合成相关功能富集，促进微生物细胞表面组分合成与胞外基质形成，利于转化产物及腐殖质的吸附与留存，通过界面介导保留进一步巩固固碳效果。 基于上述发泄，研究团队提出“选择性代谢分流-氧化还原活化-界面介导保留”三个过程耦合的协同固碳机制，生物炭“稳”秸秆、秸秆“活”生物炭，双向配合实现土壤碳库“质”与“量”同步提升。该成果突破了将秸秆与生物炭视为独立碳源的传统认知，证明二者通过调控微生物群落结构与代谢功能，可实现“1+1>2”的固碳效果，为解释两者配施促进土壤有机碳积累提供了更为完整的微生物学认识，也为农田有机物料管理提供了理论依据。