生物炭施入對農(nóng)田土壤及作物生長影響的研究進展

高敬堯++王宏燕++許毛毛++代琳++馮露++袁佳慧++徐紅濤++孫巖++吳艷偉

摘要：在高溫條件下（通常<700 ℃），通過限氧或完全缺氧對生物質(zhì)原料進行熱裂解和炭化所產(chǎn)生的一類含碳豐富的固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)稱為生物炭。生物炭因其灰分中含有一定比例的礦質(zhì)元素如鉀、鈣、鈉、鎂、硅等，它們以氧化物或碳酸鹽形式存在，溶于水后呈堿性，所以生物炭普遍呈堿性；生物炭表面含有大量的—COOH、—COH、—OH等含氧官能團，豐富的含氧官能團易使生物炭表面產(chǎn)生大量負電荷，進而提高陽離子交換量（CEC）；生物炭巨大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構有助于增強土壤持水、透氣、保肥的能力，提高土壤對于易淋失養(yǎng)分元素和重金屬污染物的吸附能力，具有提高肥料利用率、修復污染土壤的作用；生物炭還有助于促進土壤團聚體的形成，增加土壤水穩(wěn)性團聚體數(shù)量；生物炭發(fā)達的多孔結(jié)構有助于降低土壤體積、質(zhì)量，具有改善土壤物理性狀的作用，同時對促進作物根系的生長發(fā)育、為土壤微生物提供棲息環(huán)境和生存空間、提高作物產(chǎn)量均有一定的效果。從生物炭的特性及制備影響因素、對土壤理化性質(zhì)的影響、作物的生長發(fā)育及養(yǎng)分的吸收利用以及對污染土壤的修復和改良等方面進行闡述，并提出未來生物炭在農(nóng)業(yè)等方面的應用，以期為相關領域?qū)W者提供借鑒和參考。

關鍵詞：生物炭；農(nóng)田土壤；土壤性質(zhì)；作物生長；土壤改良；污染土壤修復

中圖分類號： S156.2文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）10-0010-06

收稿日期：2016-04-06

基金項目：黑龍江省科技計劃（編號：GA10B502）；東北農(nóng)業(yè)大學博士后科研基金（編號：2012RCB95）。

[JP2]作者簡介：高敬堯（1990—），女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士研究生，研究方向為農(nóng)業(yè)生態(tài)學及土壤改良。E-mail：1069592819@qq.com。

通信作者：王宏燕，博士，教授，主要從事生物質(zhì)炭相關研究。E-mail：why220@126.com。

[ZK）]

有一種肥料對于提高極其貧瘠的土壤肥力具有顯著的作用，它廣泛并長期被生活在巴西亞馬遜流域的人們使用，被稱為亞馬遜黑土（Terra Preta）[1]。這種肥料具有含碳豐富、pH值較高等特點，其土壤氮、磷等肥力的含量是周邊其他類型土壤的3倍左右；農(nóng)作物產(chǎn)量也是周邊其他類型土壤作物產(chǎn)量的2倍左右[2]；這類土壤中微生物的活性也比附近其他土壤中高得多。

經(jīng)過現(xiàn)代學者的研究發(fā)現(xiàn)，這種黑土是長期生活在亞馬遜流域的人們?yōu)榱嗽黾油寥婪柿Χ藶橹圃斓?，是目前亞馬遜流域乃至全球土質(zhì)最優(yōu)良和肥沃的土壤之一。它是將不同生物質(zhì)（biomass）原料經(jīng)焚燒過后施入土壤，導致土壤呈黑色，這類土壤的主要成分是生物炭（biochar）。生物炭是指將生物質(zhì)原料（農(nóng)作物秸稈、木材、畜禽糞便、生活垃圾等）在限氧或缺氧條件下，經(jīng)高溫熱裂解所產(chǎn)生的一類高度芳香化、含碳豐富、穩(wěn)定的固態(tài)物質(zhì)[3]。

生物炭被學術界廣為關注源于對全球氣候變化的研究，因為生物炭具有高度芳香化的結(jié)構，使其具有極高的穩(wěn)定性而長期存在于土壤中，因此可以通過土壤吸收大氣中的碳并將其以生物炭的形式固定于土壤中，從而減少和降低因CO2引起的溫室效應。生物炭產(chǎn)品還可以進一步提高碳負效應來應對和緩解全球氣候變化[4]。Lehmann等發(fā)現(xiàn)，當向土壤中施用質(zhì)量分數(shù)為2%的生物炭時，幾乎完全抑制了甲烷的排放[5]。在此基礎上，隨著國內(nèi)外學者對于生物炭研究的深入，發(fā)現(xiàn)生物炭除了具有固碳減排作用外，還因其獨特的理化性質(zhì)而具有持水、透氣、保肥、提高微生物活性及促進作物產(chǎn)量增長的作用。同時，生物炭豐富的多孔結(jié)構及表面含有的大量含氧官能團對于重金屬、有機污染物等具有較強的吸附能力，將有毒物質(zhì)固定在生物炭內(nèi)部，可降低化學有效性和活動性，從而修復和改良受污染的土壤[6]。20世紀80年代以后，全球?qū)W者對于生物炭的理化性質(zhì)以及將其作為土壤改良劑、固碳劑的研究相繼展開，逐漸拉開了生物炭相關研究的序幕。

1生物炭的特性及制備影響因素

生物炭的性質(zhì)受原材料以及制備過程中溫度、時間、壓力、氧氣等條件影響[7-8]。制備生物炭的原料以及制備過程中的環(huán)境條件不同，所產(chǎn)生的生物炭理化性質(zhì)如pH值、孔隙度、比表面積、養(yǎng)分含量、陽離子交換量（CEC）、吸附能力等不盡相同[9]。生物炭中含有大量作物生長所需的營養(yǎng)元素，除碳含量較高外，氮、磷、鉀、鈣、鎂的含量也較高，碳、氮含量由于燃燒、揮發(fā)的原因隨溫度的升高而降低，而鉀、鈣、鎂、磷的含量隨溫度的升高而增加[10]。一般情況下，主要元素的比例為碳66.6%～87.9%、氫1.2%～2.9%、氧10.6%～266%；其次是灰分元素，主要包括鉀、鈣、鈉、鎂、硅等[11]。

Gaskin等指出，熱解溫度對生物炭的質(zhì)量尤其是表面化學性質(zhì)、孔徑大小的影響非常大，生物炭的碳含量、養(yǎng)分濃度受制備生物炭的原材料類型影響較大[12-14]。生物炭的元素組成與炭化溫度有關，在限制供氧量條件下，隨著炭化溫度的升高，其含碳量增加；氫、氧含量降低，灰分含量有所增加，比表面積逐漸增大。而灰分的元素組成還與植物生長地的土壤類型、植物種類有關[13]。生物炭中礦物質(zhì)含量從高到低排序一般為畜禽糞便>草本植物>木本植物，而含碳量則相反[12，14]。

一般而言，生物炭的pH值、灰分含量、比表面積與熱裂解的溫度呈正相關[15]，一般制備溫度越高，其比表面積越大。Kishimoto等研究表明，400～1 000 ℃制成的生物炭，其比表面積為200～400 m2/g[16]；在低溫條件下，產(chǎn)出的生物炭也可能具有較小的比表面積[17]。大部分生物炭呈堿性，一方面是因為生物炭中的灰分元素主要為鉀、鈣、鎂等，多數(shù)以氧化物、碳酸鹽形式存在，溶于水后顯堿性；另一方面，由于植物生長過程中聚集大量金屬陽離子，為保持體內(nèi)電荷平衡，會積累一定量的堿基（有機陰離子），在熱解過程中堿基被濃縮，使生物炭呈堿性[18]。生物炭本身具有改良土壤性質(zhì)、促進土壤團聚體形成、調(diào)控土壤微生物生態(tài)等特性，同時還能減少土壤的重金屬含量，以炭作原料制備生物炭基肥，這些特性也是生物炭與普通炭的區(qū)別所在，詳見表1。

2生物炭施入對土壤理化性質(zhì)的影響

2.1生物炭對土壤物理性質(zhì)的影響

土壤水分含量及其有效性是全球范圍內(nèi)衡量土壤生產(chǎn)量的一項重要指標。生物炭因其豐富的多空隙結(jié)構可以吸附、保持水分，并且可以增強土壤水分的滲透性[19]。Glaser等研究發(fā)現(xiàn)，在巴西亞馬遜地區(qū)，富含生物炭土壤的水分含量較鄰近無炭土壤高18%[20]。文曼研究表明，生物炭對沙土的持水作用最明顯，當土壤水吸力為800 kPa時，生物炭含量為 150 g/kg 處理的水分含量為18%，為對照的4.5倍，這可能是因為生物炭增加了沙土的比表面積、極性基團數(shù)量[21]。因此，大孔隙結(jié)構土壤通過施加生物炭可以提高土壤田間持水量。土壤含水量高低除與土壤質(zhì)地有關外，還受生物炭的顆粒度、比表面積、密度等影響。

同時，生物炭對土壤物理性狀的影響還與生物炭的施用量、被施土壤基礎肥力水平有關。黃超等研究表明，當生物炭用量為10 g/kg時，其對土壤物理性質(zhì)的影響不明顯；但當生物炭用量為50、200 g/kg時，其對肥力水平較低土壤的水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量、容重、飽和持水量均產(chǎn)生明顯影響，但對肥力水平較高的土壤，生物炭僅對土壤容重產(chǎn)生明顯影響，對水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量、田間持水量的影響不顯著[22]。生物炭可以有效降低土壤體積、質(zhì)量，有研究表明，生物炭施用量與土壤體積、質(zhì)量呈負相關[23]。

總體而言，生物炭對于土壤物理性狀的影響及改善主要體現(xiàn)在降低土壤體積與質(zhì)量、土壤拉伸強度，促進作物根系的生長和發(fā)育，以及增加土壤孔隙度、提高土壤透氣和持水保水能力[24]。

2.2生物炭對土壤化學性質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，生物炭具有固碳減排、提高土壤肥力的作用[25-26]。植物通過光合作用將CO2固定在體內(nèi)，生物質(zhì)經(jīng)過高溫熱裂解的炭化作用，將大氣中的CO2以穩(wěn)定炭的形式固定，從而阻止碳向大氣中再次回歸。生物炭的添加對于土壤有效養(yǎng)分含量的提高具有促進作用。有研究表明，增施生物炭使得盆栽大豆、牧草全生育期N2O排放量減少50%～80%，并幾乎不排放甲烷[26]。郭偉等研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭與對照處理相比，在0～7.5、7.5～15.0 cm 2個土層之間堿解氮的質(zhì)量分數(shù)沒有顯著差異，但施用生物炭處理明顯提高了土壤耕層全氮的質(zhì)量分數(shù)[27]。同時也有研究指出，在玉米苗期，通過添加生物炭可以有效增加土壤全氮、有機碳含量，但是對于土壤全磷、速效磷含量沒有影響[28]。

生物炭可以提高土壤中氮含量的原因可能為以下幾個方面：（1）生物炭中含有少量氮元素，對于提高土壤中氮含量有促進作用；（2）由于生物炭的多孔結(jié)構，可以改善土壤呼吸狀況，土壤中碳氮比升高，能夠抑制氮素的微生物轉(zhuǎn)化、反硝化作用，從而促進土壤中氮含量的增加[27]。但也有學者指出，添加生物炭對于土壤中有效磷、鈣、鎂含量的提高具有顯著效果，但是對于氮、鉀的影響不明顯[29]。Novak等研究表明，土壤中添加質(zhì)量分數(shù)為2%的生物炭，67 d后發(fā)現(xiàn)土壤鈣、鉀、錳、磷含量明顯升高，但硫、鋅含量降低[30]。

生物炭具有較高的pH值，普遍呈堿性。因為生物炭的灰分元素主要為鈉、鉀、鈣、鎂等，這些元素主要以氧化物、碳酸鹽的形式存在，溶于水呈堿性[31]。有研究發(fā)現(xiàn)，以2種花生殼為原料，將在300、400 ℃條件下制備的生物炭加入酸化土壤中，可以顯著降低土壤容重，提高土壤pH值，并且pH值的提高能力與生物炭中灰分含量呈正相關，當生物炭添加量為5%時，與對照相比，2種溫度下制備的生物炭使土壤pH值分別提高了0.99、1.40[32]。因此，生物炭可以用作酸性土壤的改良劑來中和土壤酸度，提高土壤的pH值，對我國東北部地區(qū)的較酸且肥力較低的白漿土的改良具有積極作用和意義。

土壤陽離子交換性能的提高，有助于作物對于養(yǎng)分的吸收和利用，使養(yǎng)分緩慢地釋放，降低養(yǎng)分的淋洗和流失。生物炭表面含有大量的—COOH、—COH、—OH等含氧官能團，豐富的含氧官能團易使生物炭表面產(chǎn)生大量負電荷，增強土壤對陽離子的吸附能力，進而提高陽離子交換量[33]。

生物炭對土壤CEC的影響與土壤類型、質(zhì)地及生物炭的施用量有關，生物炭對提高土壤CEC的作用與土壤有機質(zhì)含量呈負相關，即有機質(zhì)含量高的土壤，施用生物炭對土壤CEC作用較弱，而有機質(zhì)含量較低的土壤在土壤CEC方面較強[34]。

3生物炭施入對作物生長發(fā)育的影響

[HTK]3.1生物炭對作物養(yǎng)分吸收的影響[HT]

生物炭可通過改良土壤理化性質(zhì)，如改善土壤結(jié)構、增加土壤有機碳含量、提高土壤pH值、提高陽離子交換量、降低交換態(tài)Al3+含量等途徑來間接影響作物生長發(fā)育；同時，生物炭也可直接向作物提供少量營養(yǎng)物質(zhì)，促進作物生長發(fā)育，生物炭對作物的作用效果與生物炭的類型、施用量、土壤類型和植物種類等諸多因素具有一定相關性。

許多研究表明，生物炭的施用對作物有增產(chǎn)效果。Major等在哥倫比亞熱帶草原氧化土壤中單施0、8、20 t/hm2生物炭進行為期4年的玉米種植研究。結(jié)果表明，除第1年外，后3年玉米產(chǎn)量連續(xù)提高，20 t/hm2處理在第4年的產(chǎn)量比對照提高140%[35]。Uzoma等對生長在沙土的玉米進行研究得出，玉米產(chǎn)量在生物炭施用量為0～15 t/hm2范圍內(nèi)基本隨其用量的增加而增加[36]。除玉米外，生物炭也可促進大豆[37]、水稻[38]、番茄[39]等作物的生長。關于生物炭對作物生長的促進作用，有研究認為，生物碳對低有機質(zhì)含量土壤的增產(chǎn)效果顯著，但對于有機質(zhì)含量高的土壤作用不明顯[40]，或在施用生物炭同時配施化肥才能起到增產(chǎn)作用[19]，原因是肥料消除了生物炭養(yǎng)分低的缺陷，而生物炭賦予肥料養(yǎng)分緩釋性能的互補和協(xié)同作用[41]。但生物炭的過高施用會抑制作物生長，甚至減產(chǎn)，或出現(xiàn)隔年增產(chǎn)而當季影響小等現(xiàn)象[14]。

3.2生物炭對作物生長發(fā)育的影響

生物炭在作物對養(yǎng)分吸收方面的影響與生物炭的種類、施用量以及土壤中原養(yǎng)分含量密切相關。施用生物炭有利于促進作物組織中磷、鉀、鈣、鎂等元素的吸收[42]。研究證明，生物炭對小麥、水稻、玉米的氮素吸收量積累有一定的促進作用[43]。張晗芝等試驗顯示，在玉米苗期，2.4、12 t/hm2的生物炭用量可促進干物質(zhì)的積累，然而生物炭用量為 48 t/hm2 時會抑制干物質(zhì)的積累，但效果都未達統(tǒng)計顯著水平[28]。配施化肥對生物炭作用的發(fā)揮存在一定影響，施肥水平較低時，生物炭的施用可促進植株對氮磷鉀的吸收；但當施氮量較高時，生物炭的施用則限制植株對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收[44]。

生物炭在作物的生長發(fā)育及養(yǎng)分吸收中的作用受諸多因素影響，其作用機理沒有特別明確，多數(shù)試驗都是針對短期效果進行研究，并且得出的多數(shù)為正向的結(jié)論。為了更好地發(fā)揮生物炭的作用，在研究生物炭優(yōu)勢方面的同時，也應關注生物炭的施用對作物產(chǎn)生的負面影響，從多方面控制生物炭作用的影響因素，逐步加強生物炭對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的作用。

4生物炭施入對污染土壤的改良和修復

4.1生物炭對重金屬污染土壤的修復與改良

重金屬污染元素主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬元素砷等生物毒性明顯的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等。重金屬不能被微生物降解，可通過食物鏈在動物、人體內(nèi)積累而嚴重影響人體健康[45]。重金屬污染問題已經(jīng)成為當今環(huán)境科學研究的重要內(nèi)容，特別是水體、土壤重金屬污染問題受到越來越多的重視。因此，重金屬污染的治理技術已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的難點和熱點領域。生物炭具有致密的微孔結(jié)構和巨大的比表面積，吸附能力強，能吸附鉛[46-47]、鉻[48]、汞[49]、鎘[50-51]、銅[52-54]、鋅[55-57]等重金屬；此外，它還具有生產(chǎn)成本低、生態(tài)安全、無污染、可大面積推廣等顯著特點，這些特點使其作為一種高效廉價的吸附劑在治理水體、土壤重金屬污染以及受污染環(huán)境介質(zhì)的控制和修復等過程中得以應用。生物炭對重金屬離子的吸附作用研究成為近年來環(huán)保工作者十分關注的科學問題[58]。

現(xiàn)階段生物炭應用在重金屬污染治理的研究，主要針對銅、鉛、鋅、鎘、絡等重金屬，主要還是利用生物炭巨大的比表面積、豐富的含氧官能團的吸附能力和表面的離子交換反應。Samadi等研究表明，由甘蔗渣制得的木炭可有效去除水溶液中6價鉻，木樹皮快速熱解制得的生物炭作為吸附劑可去除水中的有毒重金屬（As3+、Cd2+、Pb2+）[59]；Uchimiya等發(fā)現(xiàn)，由廢棄物經(jīng)過低溫、高溫熱解制得的生物炭以及蒸汽活化類似炭可以固定水、土壤中的重金屬（如鎘、銅、鎳、銀）等[60]。

另外，Houben等利用0.01 mol/L CaCl2溶液提取投加量分別為1%、5%、10%生物炭反應后土壤中的重金屬，結(jié)果表明：在生物炭與土壤反應1 h后，土壤中鎘、鋅、鉛的可濾出毒性隨著生物炭投加量的增大明顯降低；而且隨著反應時間延長至56 d，重金屬的可濾出毒性進一步降低[61]。Zhang等利用小桉樹、小麥谷殼制成的生物炭，以0.5%、5.0%的投加比例修復土壤中重金屬鎘；反應3周后，CaCl2提取液中鎘含量明顯降低[62]。Méndez等對比了城市污水污泥制成的生物炭和原始污泥對某地中海農(nóng)田土壤中重金屬銅、鎳、鋅的修復作用，結(jié)果表明：與原始污泥相比，熱解后的生物炭中重金屬的可移動性和可濾出風險均降低，加入污泥制備的生物炭不僅降低了土壤中銅、鎳、鋅的可濾出毒性，而且生物炭處理還明顯提高了沙壤土的有效水分含量、田間持水量[63]。

Almaroai等對比了生物炭、牛骨、蛋殼的施加對土壤中鉛的生物有效性的影響，該試驗利用玉米作為試驗作物，種植21 d后，在生物炭的修復作用和鹽水灌溉的條件下，玉米嫩枝中的鉛濃度得到有效降低[64]。Bian等則利用麥稈制成的生物炭對華南地區(qū)5個試驗點進行田間試驗，研究生物炭對種植水稻的土壤中重金屬鎘的修復效果發(fā)現(xiàn)，當生物炭的投加量為40 t/hm2時，水稻顆粒中的鎘含量降低了20%～90%，并且達到安全線以下（0.4 mg/kg）[65]。該試驗表明，生物炭是解決華南地區(qū)鎘大米問題的一種極具潛力的方法。

通過以上多位學者的研究表明，由不同生物質(zhì)原料制備的生物炭能有效降低土壤中重金屬的可濾出毒性，而且隨著反應時間的延長，重金屬的可濾出毒性可以得到進一步降低。

4.2生物炭對化肥、農(nóng)藥等有機污染物的影響

鑒于生物炭結(jié)構的特殊性及其物理化學特性，能夠吸附有機污染物，已被應用于有機污染物污染的環(huán)境的治理。研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能高效去除復合污染體系中的PAHs（多環(huán)芳烴），對水溶液中的西維因、莠去津、撲滅通、毒死蜱等有機農(nóng)藥也具有良好的吸附效果[66-68]。熱解溫度是影響生物炭吸附能力的重要因素，Chen等發(fā)現(xiàn)，松針生物炭能吸附水中的4-硝基甲苯，且隨著炭化溫度的升高，生物炭的吸附能力增強[69]。底泥生物炭對卡馬西平的Freundlich吸附系數(shù)Kf可由200 ℃時的216.52 mg/kg升至50 ℃時的 713.18 mg/kg[70]。同時，生物炭吸附容量還受外界條件，如pH值、溶液溫度、初始濃度以及生物炭投加量等因素的影響[71-72]。此外，還有研究者對比了生物炭和活性炭對污水中活性藍、羅丹B的吸附效果，發(fā)現(xiàn)生物炭的吸附效果優(yōu)于活性炭[74]。

土壤3中生物炭對污染物的強吸附活性及明顯的吸附、解吸遲滯（Hysteresis）現(xiàn)象，改變了土壤中污染物的賦存形態(tài)，降低了土壤中污染物的生物有效性。這種作用一方面可降低土壤殘留污染物的生物有效性、減弱生物修復效果變差及除草劑作用等負面影響；另一方面可降低污染物對土壤生物的毒性、污染物對農(nóng)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移污染以及對地下水源的污染風險。

土壤中添加微量生物炭，對植物營養(yǎng)成分吸收及植物產(chǎn)量基本沒有影響，但可降低除草劑的除草效果，并降低植物從土壤中吸收富集農(nóng)藥的作用，從而間接降低土壤殘留農(nóng)藥對農(nóng)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移污染風險[74-75]。隨著土壤中生物炭含量增加，除草劑敵草隆對稻田稗草的殺蟲效果逐漸降低[76]，殘留污染物菲的微生物礦化速率和可提取態(tài)[羥丙基-β-環(huán)糊精（HPCD）提取]含量均逐步降低。當土壤中添加生物炭含量超過0.5%時，利用HPCD提取對微生物礦化量之間線性關系不明顯，表明當土壤中生物炭含量增加，用化學模擬提取的方法預測土壤中污染物生物有效性的可靠性降低。生物炭的存在同樣能夠降低沉積物中脂溶性化合物（多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯）的生物有效性，從而使它們在生物體內(nèi)的富集量減少[77]。有研究發(fā)現(xiàn)，在有機質(zhì)含量相同的沉積物中，生物炭含量高時，多氯聯(lián)苯的生物-沉積物累積系數(shù)（BSAF）明顯低。Rust等對海底沉積物中多環(huán)芳烴在幾種無脊椎動物體內(nèi)的生物富集現(xiàn)象進行研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能降低多環(huán)芳烴的生物有效性[78]。

生物炭對土壤殘留農(nóng)藥生物有效性的影響程度受生物炭性質(zhì)及農(nóng)藥性質(zhì)等因素影響。生物炭表面積越大、微孔性越強，對農(nóng)藥吸附活性越大，對農(nóng)藥生物有效性的影響也越強；對不同農(nóng)藥而言，親水性越強，被生物炭隔離作用越弱，生物炭對其生物有效性的影響越小[79]。有研究表明，農(nóng)藥在堿性條件下降解速度加快，但是少量生物炭添加到土壤中對土壤pH值增加較小[80]，而土壤中農(nóng)藥主要被生物炭吸附隔離，因此農(nóng)藥在添加生物炭的土壤中不但沒有加速降解，反而延緩了降解的速率。

5展望

現(xiàn)階段國內(nèi)外關于生物炭的研究表明，生物炭施入土壤具有固碳減排的作用，而且因其獨特的性狀，對于改善土壤理化性質(zhì)、促進作物養(yǎng)分吸收及生長發(fā)育、修復和改良污染性土壤具有一定積極作用[81-82]。但是目前關于生物炭的研究仍存在不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在生物炭制備過程中，原料、溫度、時間等條件不同，制備的生物炭性質(zhì)不盡相同，不同領域及研究方向的研究手段也不同，對于研究結(jié)果也相對缺乏可比性。而且，我國地大物博，土壤類型及種類眾多，不同類型的生物炭施入土壤后，對于土壤的理化性狀方面的表現(xiàn)也不盡相同，因此應建立生物炭與土壤關聯(lián)數(shù)據(jù)庫，針對不同類型土壤、不同地表作物，有針對性地開展相關研究及數(shù)據(jù)整合，探索因地制宜的生物炭類型及施用量。

（2）目前關于生物炭的研究多集中在室內(nèi)試驗和小規(guī)模的田間試驗，鮮有開展生物炭相關大田長期定位試驗，與小型模擬試驗相比，大田試驗具有生物炭用量大、環(huán)境不可控、周期長等特點。在生物炭應用土壤改良及作物生長發(fā)育大規(guī)模推廣之前，尚須考慮制備成本、推廣方案、施用方法等因素。

（3）現(xiàn)階段大多數(shù)研究主要集中在生物炭特性與制備影響因素及直接應用土壤方面，以生物炭基為核心的土壤改良劑和炭基肥相關研究較少。因此，針對以生物炭為載體的肥料及改良劑研究，以及合理定量化配施是今后需要進一步研究的內(nèi)容。同時，對于生物炭基的農(nóng)作物品種專用肥料是今后的研究重點。

（4）生物炭對于土壤作物以及生態(tài)環(huán)境功能的研究及影響多集中在宏觀層面，對于促進作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量等方面在短期內(nèi)效果明顯，但其內(nèi)部作用機理尚須進一步研究和探索。

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