利用生物炭改良土壤的探析

游劍鋒

摘 要：文章主要研究生物炭對(duì)改良土壤所起到的作用，先是對(duì)生物炭進(jìn)行定義分析，并總結(jié)其性質(zhì)；然后從三方面研究闡述生物炭對(duì)改良土壤的作用，一是生物炭對(duì)土壤物理性質(zhì)的作用影響，二是生物炭對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的作用影響，三是生物炭對(duì)土壤微生物的作用和影響；最后進(jìn)行全文總結(jié)。

關(guān)鍵詞：生物炭；土壤；作用

對(duì)于黑炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用問(wèn)題，早在十九世紀(jì)，亞馬遜人就已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究和實(shí)踐，目的在于提升作物產(chǎn)量，并維持作物的長(zhǎng)期性生存。研究結(jié)果顯示，黑炭作用下的土壤，其有機(jī)質(zhì)含量要明顯高于其他土壤，最高達(dá)到了七十倍之多。而黑炭化學(xué)以及生物性能都較為穩(wěn)定，在土壤中可以保持長(zhǎng)時(shí)間的作用。

現(xiàn)如今，整個(gè)地球都已經(jīng)受到了很大影響，世界各國(guó)都開(kāi)始重視“碳減排”。農(nóng)業(yè)是極為重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，其緩解能力和潛力都不可估量，全球農(nóng)業(yè)減排的絕大多數(shù)都是來(lái)自土壤二氧化碳的釋放，也就是固定土壤碳?，F(xiàn)代農(nóng)田耕種，把秸稈進(jìn)行燃燒，期間就會(huì)流失大量的有機(jī)養(yǎng)分，還會(huì)生成很多的溫室氣體以及煙塵，嚴(yán)重污染環(huán)境，并造成大量的資源浪費(fèi)。生物炭芳香結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，并具有長(zhǎng)時(shí)間性固定土壤中的碳素成分作用。生物炭從有機(jī)廢棄物中來(lái)，能夠有效緩解上述所提及的資源浪費(fèi)以及環(huán)境污染問(wèn)題，有效利用了廢棄物，以收到雙重減排效果。所以，生物炭的應(yīng)用已經(jīng)受到了相關(guān)研究者的關(guān)注和重視，對(duì)于其在土壤改良方面的作用研究也越來(lái)越多。筆者將主要從生物炭對(duì)于土壤改良問(wèn)題進(jìn)行研究，成果報(bào)告如下。

一、生物炭概念

作為黑炭的一種，生物炭被稱為“黑色黃金”，即利用專用的炭化設(shè)備將有機(jī)材料在厭氧條件下高溫炭化所產(chǎn)生的物質(zhì)。根據(jù)相關(guān)研究者的結(jié)論，生物體為黑炭的重要構(gòu)成，由此可見(jiàn)，生物炭包含有各種類型，比如木炭、燒焦炭、地質(zhì)炭等。其構(gòu)成成分主要有芳香類物質(zhì)以及單質(zhì)碳等，含碳量超過(guò)了60%，另外還含有各種微量元素，比如氫、氧、硫等。其比表面積和孔隙度都非常大，還難以溶解。

二、生物炭對(duì)土壤物理性質(zhì)的改良作用

生物炭的特點(diǎn)之一就是疏松多孔，對(duì)于土壤來(lái)說(shuō)，能夠改善其孔隙度、容重、團(tuán)聚體分布等物理性質(zhì)，由此來(lái)改善其空氣以及水分情況。有相關(guān)研究者對(duì)這個(gè)方面進(jìn)行了研究，于粉砂土壤中施用一定量的生物炭，土壤容重度下降。添加一定量的生物炭，土壤保水率和透水率都得到了一定程度的提高，和珍珠巖以及蛭石相比，在土壤板結(jié)治理效果方面，存有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，生物炭還能有效改善土壤溫度，在生物炭作用下，土壤孟塞爾色度值和生物炭用量呈現(xiàn)正比遞增關(guān)系，低含水量生物炭會(huì)讓土壤溫度大幅提升。

三、生物炭對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的改良作用

1.生物炭對(duì)土壤PH值的作用

從酸堿性來(lái)看，生物炭呈現(xiàn)堿性，酸堿值為7至12這個(gè)范圍內(nèi)，另外，生物炭含有很多灰分元素，比如K等，這些灰分元素基本都處于可溶性狀態(tài)，由此可以很好地改善酸性土壤，提高其鹽基飽和度，還能明顯提升土壤的陽(yáng)離子交換能力。在改良酸性土壤作用上，主要看生物炭的堿度如何，不過(guò)，和其形成過(guò)程中的碳酸鹽、有機(jī)酸根的形成也有某種程度上的聯(lián)系。

2.生物炭對(duì)土壤氮素的作用

在作物產(chǎn)量影響因素方面，氮素所發(fā)揮的作用不可小視，所以氮素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也非常廣泛。人們常見(jiàn)的就是氮素肥，但是，過(guò)量食用氮素肥已經(jīng)引起了很大的環(huán)境問(wèn)題，比如地下水污染，還嚴(yán)重破壞了土壤平衡性。在氮素肥利用過(guò)程中，其流失現(xiàn)象也較為嚴(yán)重，因此，對(duì)于氮素肥的利用需要提升其利用率。相關(guān)研究顯示，生物炭可以有效提升土壤的氮利用率，能很好地促進(jìn)接種根瘤菌大豆的生物固氮作用。

3.生物炭對(duì)土壤磷素的作用

生物炭的使用可以有效增強(qiáng)土壤中磷的作用，相關(guān)研究顯示，低磷土壤中，添加生物炭能夠有效提高磷的有效性，由此，農(nóng)作物的產(chǎn)量得以提升。還有研究顯示土壤磷的有效性還會(huì)表現(xiàn)在生物炭陰離子交換量和磷素之間的相互作用情況。生物炭在改變土壤酸堿值來(lái)吸附土壤中的金屬離子并使之固定下來(lái)，磷的沉淀作用降低，土壤的堿性金屬氧化物得以增加，相應(yīng)的土壤溶液中的可溶性鋁也會(huì)減少。不過(guò)，就現(xiàn)階段研究結(jié)果來(lái)看，施用生物炭對(duì)可溶性和難溶性磷之間的轉(zhuǎn)換機(jī)理還不清楚，只是進(jìn)行了三種可能性推測(cè)。一是生物炭增加了土壤中可溶性磷酸鹽含量，二是調(diào)節(jié)土壤酸堿值，釋放難溶性磷，三是提高土壤中微生物活性，進(jìn)而提高磷的礦化性作用。

四、生物炭對(duì)土壤微生物的作用

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中巨大的原動(dòng)力，也是生物圈的重要成員之一。在有機(jī)物礦化分解、養(yǎng)分循環(huán)以及轉(zhuǎn)換、生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能等方面，土壤微生物所發(fā)揮的作用非常重要，參與了整個(gè)土壤生命過(guò)程。土壤微生物的結(jié)構(gòu)、數(shù)量合理性和適度性直接影響著土壤養(yǎng)分和其有效性。

亞馬遜的黑土就是生物炭的最早來(lái)源，相關(guān)研究者對(duì)黑土進(jìn)行了研究，顯示亞馬遜流域中的土壤生物化學(xué)特性以及生態(tài)環(huán)境孕育了各種類型的生物群，黑土所含的分類單元眾多，細(xì)菌種類要明顯多于原始森林土壤。相關(guān)研究顯示，生物炭能夠促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)，還能夠改變土壤所含真菌群落的結(jié)構(gòu)以及活性。不過(guò)，不同種類的真菌所作出的反應(yīng)會(huì)有所不同。生物炭主要就是因?yàn)槠浔３衷牧系奈⒖捉Y(jié)構(gòu)，使得微生物能夠有較為成分的棲息地和繁殖空間，微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)也不會(huì)那么激烈，還保證了豐富的碳源和其他所需營(yíng)養(yǎng)成分，由此，微生物的繁衍生息就十分順利。正是這種微孔結(jié)構(gòu)，生物炭的融通性也非常好，能夠有效留住水分與空氣，這也給微生物的繁殖生長(zhǎng)提供了必要條件。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從多角度多方面來(lái)看，生物炭對(duì)于土壤的改良作用明顯，是土壤的改良劑，是土壤的調(diào)節(jié)劑。不過(guò)，現(xiàn)在因?yàn)榻?jīng)濟(jì)等各方面的影響，生物炭尚未得到廣泛應(yīng)用，另外，其對(duì)于土壤改善機(jī)制還不十分清楚明確，研究還需要深入化。而且，生物炭的施用效果還受到地域氣候、土壤性質(zhì)等各方面的復(fù)雜影響。所以，今后需要對(duì)此課題進(jìn)行更為深入性研究，明確其施用效果，加強(qiáng)生物炭加工技術(shù)研究，以充分發(fā)揮其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

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