近日，Biochar在线发表了题为“Unraveling natural aging‑induced properties change of sludge‑derived hydrochar and enhanced cadmium sorption site heterogeneity”的研究论文，论文第一作者为南京理工大学王冰玉博士和硕士生商岑尧，通讯作者为江苏省农业科学院农业面源污染治理创新团队冯彦房副研究员。该研究重点揭示了自然老化引起的水热炭的性质变化，并增强镉吸附位点的异质性。相关结果为评估水热炭作为土壤改良剂缓解重金属污染风险提供了新见解。

水热炭在土壤改良和重金属修复方面具有潜在的应用价值。水热炭进入土壤后会经历老化过程，进而改变其理化性质和重金属吸附性能。然而，近年来相关研究主要集中在水热炭的人工老化，无法揭示自然条件下多重环境因素对老化过程的累积效应。因此，本研究选择污泥基水热炭，通过16个月的稻麦系统来模拟水热炭的土壤自然老化，重点关注自然老化过程对水热炭的理化性质和镉吸附的影响；同时本研究重点对比本研究与其他涉及不同老化策略和生物炭类型的相关报道。

结果表明，土壤自然老化增强了污泥基水热炭的极性、孔隙度、灰分含量、表面官能团和稳定性。经过16个月老化的污泥基水热炭，由于孔隙度、表面官能团和灰分含量的增强，对重金属镉的吸附亲和性更强，吸附动力学更快。自然老化使污泥基水热炭上重金属镉的吸附位点的异质性更显著，并受灰分含量的控制。线性回归和箱状图结果指出，与自然老化相比，人工老化（如生物或化学老化）夸大了老化效应。此外，生物炭的类型对老化程度和重金属吸附影响也具有显著差异。例如，化学和物理老化策略可以增强干裂解生物炭的比表面积和极性，也可以降低干裂解生物炭的比表面积。相反，生物或化学老化策略可增强水热炭的比表面积或降低水热炭的极性，从而影响对重金属的吸附。化学老化的干裂解生物炭或水热炭的重金属吸附与灰分呈正相关，而非化学老化的干裂解生物炭或水热炭的重金属吸附与灰分呈负相关。化学老化的干裂解生物炭的氧丰度不利于重金属吸附，而对物理老化的干裂解生物炭或生物/化学老化的水热炭吸附重金属有促进作用。因此，涉及多种环境因素的自然老化的研究相对于单一化学或生物老化策略的研究更贴近现实应用场景。

由于土壤自然老化是一个复杂的过程，同时发生物理、生物和化学老化，因此长期监测水热炭的性质和吸附行为有助于理解水热炭的多重老化机制。尽管目前用单一的化学老化或生物老化策略代替自然老化来研究水热炭老化效果仍有待讨论，但在实验室中用人工老化策略可以定量生产具有良好重金属固定化性能的改性水热炭。值得注意的是，目前的研究主要集中在化学/物理老化的裂解生物炭的重金属吸附以及化学/生物老化的水热炭的重金属吸附。然而，本研究发现人工老化与自然老化相比，对不同类型生物炭性能的影响不一致，且夸大了自然老化对水热炭的重金属吸附能力的影响。因此，未来的研究应继续探索自然老化的水热炭和干裂解生物炭对重金属的吸附机制。

上述研究工作得到了国家自然科学基金（41877090，42107398）和江苏省自然科学基金（BK20181165，BK20210358）和中国博士后面上项目（2020M68618）的资助。