科研进展丨研究揭示矿物结合有机碳形成的贡献和机制

近日，农业农村部环境保护科研监测所农田有机污染生物消减创新团队以矿物固碳为突破口揭示了矿物结合有机碳对提高水稻土壤有机碳固存的重要性，并指出了铁（氢）氧化物在水稻土矿物结合有机碳形成中的“铁轮（iron wheel）”作用。研究结果为开发土壤碳循环模型和制定土壤碳管理策略提供理论依据。相关研究成果发表在《光化层》（Chemosphere）上。

研究以农田土壤为研究对象，采用碳-13核磁共振和纳米二次离子质谱（NanoSIMS）技术以及核壳模型计算对土壤有机碳的固存机制进行深入分析，结果显示，与旱地土壤相比，尽管水稻土壤颗粒态有机碳增加较多，但矿物质结合有机碳的增加占总有机碳增加的60-75%。在水稻土干湿交替循环中，铁（氢）氧化物优先吸附相对较小的可溶性有机分子（富里酸类），促进其催化氧化和聚合，加速较大有机分子的形成。淹水时，铁（氢）氧化物还原溶解并释放出吸附的有机分子，这些有机分子与可溶性较低的有机化合物（胡敏酸或胡敏素）相互凝结，并与粘土矿物结合，成为矿物结合有机碳的一部分。这种“铁轮”过程促进相对年轻的土壤有机碳积累到矿物相关的有机碳库中，并减少金属氧化物和粘土结合有机碳之间的化学结构差异。此外，水稻土壤中氧化物和团聚体的快速周转也促进了有机碳与矿物之间的相互作用。矿物结合有机碳的形成可以延缓稻田干湿交替过程中土壤有机碳的降解，从而增强水稻土的固碳能力。

本研究由国家重点研发计划项目（2021YFD1700904）和国家自然科学基金（42177034）资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653523011943#coi0010

团队链接：

https://aepi.caas.cn/zzjg/kynsjg/nyhjwrxfyjzx/204051.htm

转自：“农业农村部环境保护科研监测所”微信公众号

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