01

风化引发的生物炭性质变化会影响其本质属性、特征与反应活性，并显著改变生物炭与包括微生物在内的土壤组分之间的相互作用，从而影响生物炭的碳封存与土壤修复潜力。风化诱导的生物炭颗粒崩解会增强其在土壤孔隙系统中的迁移性，即通过入渗作用迁移，尤其以胶体迁移过程为主。

02

在评估生物炭改良土壤的碳封存潜力时，不仅需要考虑生物炭储量的变化，还必须同时考虑土壤原有有机质储量的变化以及风化与消散过程。受风化过程影响的生物炭土壤消散作用可能会降低其碳封存潜力。

03

生物炭pH值下降会通过溶解含金属表面沉淀物、减弱静电结合作用，导致土壤污染物（尤其是金属阳离子）再活化。

04

生物炭风化通过改变其性质显著影响其经济可行性与生命周期评价（LCA），进而影响其长期稳定性、农艺效益及碳信用获取潜力。

05

风化主要通过影响生物炭效益的持续期与有效性来作用于经济可行性，这决定了生物炭施用是否能为农民带来收益。在评估生物炭风化对生命周期评价的影响时，需要考虑风化过程中的动态变化，以提供准确的环境影响评估，并推动生命周期评价视角在碳封存及协同效益研究中的应用。

在生态修复实践中，生物炭的应用效果表现出明显的剂量依赖性。因此，确定其在不同生态系统下的适宜应用范围，对于指导科学应用至关重要。为此，我们整合农业、草原、森林、滨海湿地、荒漠、极地冻土六大生态系统多类数据集，构建全球生物炭修复阈值图，揭示阈值驱动机制并提出差异化应用频率策略。结果表明，不同生态系统的适宜阈值为：5-30t ha^-1（农业）、5-40t ha^-1（草地）、5-40t ha^-1（森林）、10-50t ha^-1（滨海湿地）、10-40t ha^-1（荒漠）、20-60t ha^-1（极地冻土）。在阈值范围内，结合定制化的施用频率，生物炭可通过增加土壤持水量（约10-14.3%）、减少温室气体排放（约16.4-31.5%）以及降低重金属含量和提高土壤有机质来增强生态功能。超阈值会导致土壤pH剧烈波动、生物可利用多环芳烃增加及微生物多样性下降，反向抑制修复效果。而施用频率不足也会削弱生物炭的生态修复效果。此外，阈值具有环境依赖性，在制备参数、土壤特性、气候及人为管理共同调控下，可使阈值窗口不同比例的扩展或收窄。基于此，我们提出“阈值识别-机制解析-定向干预”框架与生态系统定制化施用路径，为生物炭生产与施用标准的制定及可推广的精准修复提供量化与机制依据。

土壤肥力退化与气候变化使维持作物产量面临严峻挑战。研发养分高效型肥料迫在眉睫，生物炭与肥料复配是重要技术途径。在此背景下，将生物炭-矿物复合体（BMC）肥料研发为适用于大田规模化施用的液态产品，具有高度创新性。本研究以牧草种植体系为应用场景，探究四种新型液态生物炭-矿物复合体（BMC）的农艺效应与经济可行性。研发的不同类型生物炭-矿物复合体包括：两种采用不同微细化工艺制备的非富集型BMC（BMC1、BMC2）、一种磷富集型BMC（BMC3）和一种氮富集型BMC（BMC4）；所有处理均设置配施常规肥料与单施BMC两组试验。试验测定了土壤生化性质、植株氮磷吸收量、氮磷养分平衡、植株产量及经济效益。结果表明：BMC1、BMC3配施常规肥料处理的牧草产量显著高于单施处理，这主要归因于土壤磷素有效性提升，养分平衡结果也印证了磷素正平衡。各处理牧草产量对比：BMC4处理高达42.20 t ha⁻¹，显著高于BMC1（21.90 t ha⁻¹）、BMC2（19.41 t ha⁻¹）、BMC3（25.81 t ha⁻¹）、施肥对照（18.75 t ha⁻¹）及不施肥对照（11.53 t ha⁻¹）。仅BMC4处理表现出氮、磷养分正平衡，说明牧草未消耗土壤固有储备态氮、磷养分。短期施用不同BMC处理对土壤微生物群落结构及丰度无显著影响。各处理效益成本比介于1.94～2.54之间，表明液态BMC肥料具备经济可行性，也证实生物炭基肥料具备在其他作物上推广应用的巨大潜力。

图1 图文摘要

图2 生物炭矿物复合体（BMC）类型影响作物产量示意图

01

所有类型的生物炭‑矿物复合体（BMC）产量均高于不施肥对照，且效应与BMC类型密切相关。高氮富集型BMC4通过提升氮、磷吸收与利用效率，使牧草产量翻倍。其他磷富集型BMC，或与尿素、磷酸二铵配施的BMC也可提升产量，其主要原因是磷素有效性提高，掩盖了土壤本身的氮素限制。

02

氮富集型BMC是唯一实现氮素正平衡的处理，表明植株未消耗土壤原有氮库。所有BMC处理对土壤微生物群落组成与多样性均无显著影响。

03

氮富集型BMC4效果优于无机化肥，且无需配施其他肥料，便于农户一次施用、长期有效。所有 BMC配施处理，以及氮富集型BMC4单独施用，均可产生与无机化肥相当或更高的经济效益。这一结果有助于推动液态BMC肥料更广泛地推广应用。