生物炭改良是實現氣候智能型和資源有效型現代農業的主要途徑之一。微生物介導的有機質分解過程對土壤碳循環過程至關重要。然而，目前仍缺乏生物炭添加下土壤關鍵胞外酶活性與土壤碳循環間的直接證據，而這些酶活性可能會調控不同環境條件下土壤碳固存效應。
為此，中國科學院地球環境研究所等研究人員研究了土壤纖維素酶和木質素酶活性對生物炭添加的響應，以及這些響應對土壤長期碳固持的影響。研究結果表明，生物炭添加使土壤中降解復雜酚類大分子的木質素酶活性提高了7.1%，但使降解較簡單多糖的纖維素酶活性降低了8.3%。在不同的氣候、土壤和實驗條件下，這些酶活性的變化是生物炭添加下土壤固碳量變化的重要預測因子，且木質素酶與纖維素酶比率的變化與土壤固碳效應呈顯著負相關。具體來說，短期（<1年）生物炭添加顯著降低了纖維素酶活性（4.6%），提高了土壤有機碳固存量（87.5%），而木質素酶活性和木質素酶與纖維素酶比率沒有顯著變化。長期（≥1年）生物炭添加可顯著提高木質素酶活性（5.2%）和木質素酶與纖維素酶比率（36.1%），導致土壤有機碳固存量增加幅度減少（25.1%）。這些結果表明，隨著生物炭添加時間的增加，酶活性的轉變使木質素酶與纖維素酶比率增加，限制了生物炭添加后的長期土壤碳固持。
相關工作提供了新的證據來解釋長期生物炭添加下土壤固碳量減少的原因，表明早期研究可能由于缺乏對土壤微生物過程隨時間的變化而高估了生物炭對土壤固碳潛力的評估。
相關研究以Trade-offs in carbon-degrading enzyme activities limit long-term soil carbon sequestration with biochar addition為題發表在《生物學評論》（Biological Reviews）上。研究工作得到國家自然科學基金、歐盟“瑪麗居里學者”等項目的支持。
生物炭添加下土壤微生物胞外酶介導的土壤有機碳循環示意圖
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