这篇文档属于类型b,即一篇科学论文,但不是单一原创研究的报告,而是一篇综述文章。以下是对这篇文档的详细介绍:
本文的主要作者包括Muhammad Azeem、Sajjad Raza、Gang Li、Pete Smith和Yong-Guan Zhu。他们分别来自中国科学院城市环境与健康重点实验室、宁波观测与研究中心、巴基斯坦Pir Mehr Ali Shah干旱农业大学、南京信息工程大学地理科学学院以及英国阿伯丁大学生物与环境科学研究所。本文于2022年发表在《Soil Ecology Letters》期刊上。
本文的主题是通过生物诱导的岩石粉末和生物炭风化来再生土壤碱性,从而实现土壤无机碳(Soil Inorganic Carbon, SIC)的固存。文章综述了土壤酸化对SIC的影响,探讨了岩石/矿物粉末、生物炭(特别是骨生物炭,Bone Biochar, BBC)以及微生物在缓解土壤酸化和促进SIC固存中的作用。
土壤酸化是全球范围内SIC损失的主要原因之一,尤其是由于氮肥的过度使用。氮肥的施用会导致土壤pH值下降,加速碳酸钙(CaCO₃)的溶解,从而导致SIC的流失。研究表明,连续施用氮肥会导致土壤中碳酸盐的完全消失,进而影响土壤的肥力、生产力,并增加土壤侵蚀的风险。本文指出,全球范围内SIC的损失不仅加剧了气候变化,还导致土壤缓冲能力下降、养分流失以及微生物活动减少。
岩石/矿物粉末是一种廉价的土壤改良剂,能够提供大量的碱性阳离子(如Ca²⁺、Mg²⁺),从而减少土壤酸化。然而,矿物溶解速度较慢,限制了其应用效率。本文提出,通过微生物的接种可以加速岩石/矿物的风化过程,从而提高其溶解速率。研究表明,微生物通过分泌有机酸、酶和螯合剂等代谢产物,能够显著加速矿物的溶解,释放出更多的碱性阳离子,进而提高土壤的pH值和缓冲能力。
生物炭是一种有效的土壤改良剂,具有高碱性、丰富的灰分和表面功能基团,能够吸附NH₃和NH₄⁺,从而减少土壤酸化。特别是骨生物炭(BBC),由于其含有较高的Ca²⁺和Mg²⁺,能够进一步诱导更高的碱性。研究表明,生物炭的施用能够增加土壤中的无机碳含量,尤其是在酸性土壤中,生物炭通过提高土壤pH值、促进碳酸盐沉淀以及增强微生物活动,能够显著增加SIC的固存。
微生物在加速岩石/矿物粉末和生物炭的溶解中起着关键作用。微生物通过生物膜形成、有机酸分泌、螯合剂释放以及氧化还原反应等机制,能够显著加速矿物的溶解。研究表明,真菌和细菌在矿物风化中表现出不同的效率,真菌由于其较强的耐酸碱性和更高效的矿物溶解能力,在某些情况下比细菌更具优势。此外,微生物通过促进根际过程,能够进一步加速矿物的溶解,从而提高土壤的碱性。
本文提出,将岩石残渣与生物炭(特别是BBC)结合使用,可以更有效地缓解土壤酸化和SIC的损失。岩石残渣提供了丰富的碱性阳离子,而生物炭则通过其高碱性和微生物促进作用,能够进一步提高土壤的pH值和SIC的固存能力。研究表明,这种结合应用不仅能够改善土壤的健康状况,还能提高农业的循环利用效率。
本文综述了土壤酸化对SIC的影响,并提出了通过岩石/矿物粉末、生物炭和微生物接种来缓解土壤酸化和促进SIC固存的策略。这些策略不仅具有科学价值,还具备实际应用潜力,特别是在酸性土壤改良和农业可持续发展方面。本文的研究为全球气候变化背景下的土壤碳管理提供了新的思路和方法,具有重要的理论和实践意义。
本文还详细讨论了岩石/矿物粉末和生物炭的化学组成及其对土壤碱性的影响,并提供了相关实验数据支持其观点。此外,本文还探讨了微生物在矿物风化中的具体机制,为未来的研究提供了方向。