农田土壤碳周转决定着土壤各碳库的收支平衡，受到氧化还原地球化学过程和微生物过程多重因素调控。长期施加生物炭被认为有利于增强农田碳汇，但其背后的化学机制和微生物角色仍不明晰。近日复旦大学环境系水土界面过程团队在该领域取得进展，论文以《微生物驱动的铁循环促进生物炭改良土壤固碳》为题于2024年7月发表于Environmental Science & Technology。

       团队以生物炭改良的旱地农田表层土壤为对象，分析了多种活性物种（铁和羟基自由基）、有机碳库与微生物群落及功能的关系，发现微生物的碳利用效率和胞外电子传递能力的显著提高，驱动了土壤好氧-厌氧过渡区域内异化铁还原及类芬顿反应。

       微生物灭活和人为激发类芬顿反应的验证实验表明，改良土壤中微生物能更高效地获取和同化类芬顿反应氧化的有机碳，进而抑制土壤有机碳的矿化过程，促进铁氧化物-有机质复合体的形成，更利于微生物源有机碳积累。在铁-碳耦合循环过程中，微生物群落和生态功能的演化，尤其是胞外电子传递能力及特定微生物异化铁还原作用的增强，是提高微生物碳利用效率的关键。工作强调了地球化学过程和微生物生态的协同，为土壤固碳提供了新视角。

       论文第一作者为硕士生贺豪华（已获全额奖学金将赴瑞士洛桑理工学院攻读博士学位），王梓萌教授和潘泽真副教授为共同通讯作者。北京师范大学、中国农业大学、西华师范大学、美国麻省大学等单位参与了该研究。论文原文doi.org/10.1021/acs.est.3c09003

       在国家自然科学基金和科技部重点研发课题等资助下，复旦大学水土界面过程团队以矿物-有机碳-污染物复合体为开展研究的基本操作单元，近期在氧化还原过程-微生物碳周转-污染物行为体系开展了系列工作。部分成果如下：

Nat. Geosci.| 《复旦十大进展》：冻土中“冬眠”污染物及其气候变化风险

https://mp.weixin.qq.com/s/YrA1Gy533mXasNziwKTPBw

https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info91075.htm

Sci. Adv.|生物地球化学实验+生物信息学验证产甲烷微生物功能

https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info90030.htm

ES&T|水铁矿-有机质复合体硫化过程受C/S/Fe比例的非线性调控

https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06921

ACS Earth Space Chem|长期淹水削弱土壤碳积累与气候因子的关系

https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.4c00122

供稿：水土界面过程团队

编辑：李博海

审核：张立武