主要观点总结
本文研究了不同原料制备的水热炭对作物生长和土壤磷素有效性的影响。结果表明，污泥水热炭和鸡粪水热炭在促进作物生长和提高土壤磷素吸收方面表现出差异。与鸡粪水热炭相比，污泥水热炭的磷和氮含量更高。水热炭的施加增加了土壤水溶性磷含量，并促进了大豆和玉米对磷的吸收利用。
关键观点总结
关键观点1: 水热炭作为碳质缓释肥料和土壤改良剂的应用前景。
水热炭富含养分，能促进作物生长和土壤改良。
关键观点2: 不同原料制备的水热炭对作物生长的影响。
研究以污水污泥和鸡粪为原料制备的水热炭，发现它们对大豆和玉米生长的影响存在差异。
关键观点3: 水热炭对土壤磷素有效性的影响。
水热炭的施加增加了土壤水溶性磷含量，促进大豆和玉米对磷的吸收利用，表明其作为缓释磷肥的潜力。
关键观点4: 水热炭与化学磷肥过磷酸钙的对比。
过磷酸钙维持了土壤溶解性磷含量持续较高的水平，增加了土壤中磷的淋失风险。
正文
水热炭孔隙发达，富含氮磷等养分，是一种具有广阔应用前景的碳质缓释肥料和土壤改良剂。然而，目前对不同原料制备的水热炭在促进作物生长和改善土壤磷素有效性方面的性能尚不清楚。本研究以
污水污泥(SS)和鸡粪(CM)
为原料，
在125°C和225°C分别制备
不同种类的
水热炭(SSCs
，SS125/225；CMCs，CM125/225)，以常规化学磷肥过磷酸钙为对照，探究了它们的施加对
农业土壤中两种代表性作物大豆
和玉米生长及其对土壤磷素吸收利用的影响
。结果表明，与鸡粪水热炭（
CMCs
）相比，具有多孔且表面粗糙的污泥水热炭（
SSCs
）的碳(32.3~33.3%)
、
氢(3.9~4.69%)
和
钾(2.9~5.1%)
含量较低
，但磷(37.4~85.4%)和氮(2.26~4.9%)含量较高，
且含有较多的含氧和含氮官能团。不同
水热炭对大豆和玉米生长的影响表现出明显的差异。施用SSCs对大豆生长(生物量、叶绿素含量和叶片数)影响不显著，
但
施用CMCs显著提高
了
大豆总干生物量(23.2~66.2%)。
SSCs和CMCs的施加使
玉米的总干生物量提高了32.8~92.4%和21.8~69.7%。此外，与高温水热炭(SS225和CM225)相比，低温水热炭(SS125和CM125)
使大豆的
总干生物量分别提高了24.6%和34.9%，
使玉米的总干生物量提高了44.8%和39.3%。水热炭对作物生长的促进主要是由于水热炭能够直接为作物生长提供养分，特别是磷。此外，施用水热炭增加了土壤水溶性磷含量，但这种增加效应随时间延长而下降，主要是因为磷通过沉淀、静电吸引和离子交换在水热炭上的吸附固定。相反地，化学磷肥过磷酸钙维持了土壤溶解性磷含量持续较高的水平，从而增加了土壤中磷的淋失风险。这些研究结果为水热炭作为缓释磷肥促进作物生长和提升作物产量提供了直接的证据，并为可持续农业中功能化炭基缓释磷肥开发提供了新思路。
图文摘要
图1
污泥和鸡粪水热炭中
常量营养元素
（P，K，Ca和Mg）（A-D），微量
营养
元素（Fe，Mn和Na）（E-G）以及重金属（As，Cd，Ni，Zn和Cu）（H-L）的含量，以及所有测试的
常量营养元素
（M），微量
营养
元素（N）和重金属（O）的总和
图3
傅里叶变换红外光谱（A, B）、体积元素比的范式
图（C）以及污泥和鸡粪水热炭示意图（D）
图4
水热炭施用对大豆（A，B）和玉米（C，D）的总干生物量（TPB）、
地上部
水分含量（SWC）、
地上部
干生物量（SDW）和根干生物量（RDW）的影响
图5
水热炭施用对大豆（A，C）和玉米（B，D）地上部
磷吸收（SPU）和磷利用效率（PUE）以及土壤磷浓度（SPC）的影响；大豆（E）和玉米（F）生长参数及磷含量与土壤的皮尔逊相关矩
阵
图6
水热炭和土壤深度对土壤中水溶性磷(WSP)浓度的影响
图7
鸡粪水热炭和污泥水热炭在促进大豆和玉米生长以及土壤磷有效性方面的性能的示意图
麻省大学阿默斯特分校博士生，主要从事于水热炭和微塑料对植物生长与土壤健康的影响研究。以第一作者身份在Chemical Engineering Journal、Carbon Research、Journal of Plant Nutrition等期刊发表学术论文8篇，参与撰写英文专著1部。
麻省大学阿默斯特分校环境与土壤化学终身教授，麻省大学农学院主任，一直从事工程纳米材料环境影响和农业应用、有机污染物吸附与归宿、微塑料和纳米塑料分析和环境过程等研究。其研究团队在Nat. Nanotechnol.、PNAS、ACS Nano和 ES&T等高影响力期刊发表论文700余篇，其中ES&T论文150余篇，H指数140，被引量80000余次。被Clarivate Analytics评为“我们这个时代杰出的科学家”，获美国土壤科学学会杰出研究成果奖、世界最佳科学家、麻省大学科学研究与技术创新突出成就奖、麻省大学 Distinguished Professor以及Spotlight Scholar等荣誉称号。
中国海洋大学环境科学与工程学院教授，博士生导师，国家级青年人才项目入选者，山东省杰出青年基金获得者。现任环境科学专业副主任；任中国环境科学学会水处理与回用专业委员会委员、中国环境科学学会海洋环境保护专业委员会委员和中国植物营养与肥料学会生物炭专委会委员。获第十一届“母亲河奖”绿色贡献奖、山东省水处理协会科学技术一等奖、全国高校环境类专业本科生优秀毕业论文指导教师、2020年度 Environ. Sci. Technol.最佳论文奖等奖励。主要从事微塑料、抗生素抗性基因等新污染物的环境地球化学过程与污染控制、滨海盐碱地的改良与固碳方面的研究。主持国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金杰出青年基金项目、海南省重点研发计划等科研项目15项。共发表学术论文80余篇。其中，以第一/通讯作者在Environ. Sci. Technol.、Water Res.、Environ. Int.、Chem. Eng. J.和J. Hazard. Mater.等环境领域顶尖期刊发表学术论文50篇。论文他引3000余次，5篇论文入选“ESI高被引论文”。参与撰写英文专著2部。以第一发明人授权国家发明专利6项。
文章链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s44246-023-00086-w
改性生物炭：合成及其去除环境中重金属的机制
Modified biochar: synthesis and mechanism for removal of environmental heavy metals
更好地理解土壤中铁循环对碳的稳定及降解的作用
Towards a better understanding of the role of Fe cycling in soil for carbon stabilization and degradation
