近日，环境科学领域权威刊物Environmental Science & Technology在线发表了南京理工大学王冰玉副教授和江苏省农业科学院冯彦房研究员合作的最新研究进展“Hydrochar and Its Dissolved Organic Matter Aged in a 30-Month Rice-Wheat Rotation System: Do Primary Aging Factors Alter at Different Stages?”。该研究从生物和非生物因素角度深入探讨了水热炭与土壤的相互作用，揭示了长期稻麦系统中的主要老化因子及其时间变异性。

    水热炭是一种通过低温液化制备而成的绿色可持续生物炭，具有改善土壤健康和养分循环潜力。与裂解炭不同，水热炭在相对温和条件下生成，并保留了大量原始碳和溶解有机质，这导致水热炭拥有受限孔隙结构以及较低比表面积，但富含氧基官能团。因此，水热炭及其溶解性有机质具备更强活性，会在土壤生态功能中发挥重要作用。然而，水热炭理化性质及其溶解性有机质分子结构在土壤老化中的时间变异性未阐明，这阻碍了理解水热炭在提高作物产量和品质中发挥的作用。本研究将水热炭应用于稻麦轮作系统，进行为期30个月的多次采样，分别对0、4、16和30个月体系中的水热炭及其溶解性有机质（分别标记为SHC0/4/16/30和HDOM0/4/16/30）进行表征分析，探讨非生物和生物老化过程影响下水热炭基本性质和水热炭源溶解性有机质分子组成变化，并揭示不同老化时间尺度的老化机制。

    研究发现，老化初期（0−16月），水热炭的比表面积和孔隙结构的增加及其溶解有机质的浸出，并伴随着颗粒尺寸的降低和碳含量的减少。此外，水热炭-矿物复合物在老化初期起到了矿物屏障作用，这可从老化至16个月时表面氧含量和比表面积微小变化来反映。然而，在水热炭后期老化阶段（16−30月），表面氧化才开始发挥作用，这是因为非生物氧化是一个相对缓慢的过程，受土壤空气可用性限制。同时，水热炭微域中微生物群落组成的变化证实了生物老化的存在，可分解水热炭中不稳定碳。

    本研究为水热炭作为土壤改良剂在农业生态系统的长期效应提供了理论依据。从环境角度来看，即使在土壤老化后，水热炭仍能提高土壤肥力、保水性和碳固存能力。如不稳定组分的降解和水热炭-矿物复合物形成可以增强其稳定性，并有助于碳储存。老化水热炭中更多亲水性含氧官能团可以提高土壤保水率和肥力，并增强有毒金属的固定。同时，老化后水热炭源溶解性有机质特征（较高芳香性和良好亲水性）对污染物在土壤介质中迁移也具有显著影响。因此，理解土壤老化对水热炭及其溶解性有机质的影响对水热炭在农业生态系统和环境领域中的应用具有重要意义。

    南京理工大学在读研究生葛梦婷为论文第一作者，南京理工大学环境与生物工程学院王冰玉副教授和江苏省农业科学院农业资源与环境研究所冯彦房研究员为通讯作者。特别感谢北京师范大学孙可教授、南京林业大学孙海军教授、江苏省农业科学院陈丙法博士和南京理工大学谢慧芳副教授对文章的建议和修改。上述研究工作得到了国家自然科学基金（42107398和42277332）、江苏省自然科学基金项目（BK20210358和BK20221428）、中国博士后科学基金（2020M68618）及江苏省“333”高层次人才培养项目（2022-3-23-083）的资助。

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