劉笑生， 陸海鷹， 崔紅標(biāo)， 胡友彪

(1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南 232001； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇南京 210014)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年農(nóng)業(yè)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的水稻、玉米、小麥、棉花、油菜等作物秸稈?！蛾P(guān)于編制“十三五”秸稈綜合利用實(shí)施方案的指導(dǎo)意見》指出，2015年我國(guó)秸稈總量約為10.4億t，是2002年秸稈總量的近2倍[1]。傳統(tǒng)的秸稈焚燒會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的大氣污染、降低土壤肥力，危害人體健康和影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境污染治理的重視，秸稈露天焚燒現(xiàn)象得到了有效控制。由于秸稈在土壤中易降解，改良效果不持久，導(dǎo)致溫室氣體的增加[2]，因此，直接秸稈還田利用當(dāng)前面臨著一定的挑戰(zhàn)。

2016年國(guó)家發(fā)展改革委《關(guān)于編制“十三五”秸稈綜合利用實(shí)施方案的指導(dǎo)意見》指出，要促進(jìn)農(nóng)作物秸稈的綜合利用，力爭(zhēng)到2020年在全國(guó)建立較完善的秸稈還田社會(huì)化服務(wù)體系，秸稈綜合利用率達(dá)到85%以上。2017年4月農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于推介發(fā)布秸稈農(nóng)用十大模式的通知》中推薦一種“秸-炭-肥還田改土模式”秸稈資源化利用方法。秸稈生物炭是在限氧條件下低溫?zé)峤饨斩挳a(chǎn)生的固體殘?jiān)?，因其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、高度難降解性和堿度特性，不僅可以改善土壤肥力，減少溫室氣體等的產(chǎn)生，而且具有持續(xù)的固碳能力。2006年以來(lái)，眾多學(xué)者在Nature等科學(xué)雜志上發(fā)表文章強(qiáng)調(diào)生物炭的固碳效應(yīng)并呼吁對(duì)生物炭的土壤環(huán)境行為進(jìn)行研究[3-5]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，生物炭在土壤改良及污染修復(fù)等方面展現(xiàn)出巨大潛力。因此，秸稈生物炭化資源化利用較好地契合了國(guó)家政策的需求，具有巨大的發(fā)展前景。

前人對(duì)秸稈生物炭修復(fù)固體、水體和大氣污染物和固碳等方面進(jìn)行了大量的研究，具體參見文獻(xiàn)[6-9]。盡管如此，當(dāng)前極少有基于秸稈生物炭開發(fā)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上流通，除了生產(chǎn)成本和缺乏具體的產(chǎn)品使用技術(shù)規(guī)范性的引導(dǎo)文件外，還存在其他的一些不確定性，尤其是關(guān)于秸稈生物炭長(zhǎng)期還田應(yīng)用可能存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍不明確。因此，筆者主要從生物質(zhì)原料管理、制備過(guò)程、施用方法和生物炭長(zhǎng)期還田效應(yīng)4個(gè)方面，對(duì)秸稈生物炭還田應(yīng)用的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，提出秸稈生物炭規(guī)?；瘧?yīng)用中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的主要問(wèn)題，以期為秸稈生物炭的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 秸稈生物炭的特征

秸稈生物炭的主要元素組成是碳(C，41%～76%[8])，同時(shí)含有氫(H)，氧(O)，灰分和微量的氮(N)和硫(S)[10]。生物炭孔隙發(fā)達(dá)，孔隙形態(tài)以微孔為主，比表面積大，在土壤中能夠作為微生物生長(zhǎng)的載體，同時(shí)可以提高土壤陽(yáng)離子交換量(CEC)[11]。生物炭的pH值為4～12[12]，大多數(shù)呈堿性，可以應(yīng)用于酸性土壤的改良及重金屬污染土壤的修復(fù)等領(lǐng)域。生物炭具有高度芳香化的富碳官能團(tuán)，其中烷基和芳香結(jié)構(gòu)是生物炭最主要的成分[13]，使得其在環(huán)境中具有較強(qiáng)的抗降解性。Kuzyakov等采用14C標(biāo)記試驗(yàn)，表明生物炭在土壤中的半衰期約為1 400年[14]。

秸稈相對(duì)于其他生物質(zhì)(林業(yè)廢棄物和城市廢棄物)，具有數(shù)量多、來(lái)源廣、污染少的特點(diǎn)，是主要的生物炭制備原料。不同來(lái)源生物炭的灰分及元素組成見表1。結(jié)果表明，秸稈生物炭的灰分含量為10%～35%，高于木炭、竹炭等灰分的含量(<10%)。另外，木質(zhì)類生物炭的C含量高于秸稈生物炭，且污泥及糞便生物炭N含量高于植物類生物炭。同時(shí)，不同的秸稈生物炭之間也存在一定差異。如Pukayas-tha等對(duì)小麥、水稻和玉米秸稈生產(chǎn)的生物炭進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)水稻秸稈生物炭中硅(Si)含量最高，小麥生物炭富含較多的鉀(K)，紅外光譜(FTIR)顯示玉米秸稈生物炭較小麥和水稻秸稈炭官能團(tuán)種類相似，但是具有較強(qiáng)的紅外吸收峰[15]。

表1 不同來(lái)源生物炭性狀比較

2 秸稈生物炭對(duì)土壤特征的影響

2.1 秸稈生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

秸稈生物炭孔隙發(fā)達(dá)，添加到土壤中可以填充土壤中的大孔隙，使之分割成許多小孔隙，增加土壤的孔隙度，從而提高土壤通氣性。與秸稈相比，秸稈生物炭可以通過(guò)改變土壤的孔隙度和結(jié)塊水平提高土壤的持水能力[23]。由于秸稈生物炭密度較小，因此增加其施用量時(shí)有助于降低土壤容重。Zhang等通過(guò)2年田間試驗(yàn)研究表明生物炭添加量達(dá)到20、40 t/hm2時(shí)，可使稻田土壤容重降低8.1%～10.1%[24]。

從表2可以看出，由于生物炭的制備原料以及土壤類型的差異導(dǎo)致其對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響不盡相同，甚至出現(xiàn)相反的結(jié)果[25]。秸稈生物炭有助于提高土壤陽(yáng)離子交換量(CEC)[11]，提升土壤的保肥能力。Yuan等研究發(fā)現(xiàn)，油菜秸稈生物炭可使土壤CEC提高15.8%～25.1%[26]。秸稈生物炭對(duì)土壤CEC的提升幅度取決于生物炭本身的性質(zhì)，尤其是與制備溫度密切相關(guān)。在溫度為300～400 ℃條件下，秸稈生物炭的CEC值較高，溫度為400 ℃后，隨著溫度的升高，CEC呈下降趨勢(shì)[27]，并且在溫度為500 ℃時(shí)，CEC降幅最大，為50%[28]。另外，隨著秸稈生物炭在土壤中持留時(shí)間的延長(zhǎng)，生物炭表面會(huì)在氧化作用下形成更多的含氧官能團(tuán)，從而提高土壤CEC[29]。Guo等研究表明，雖然老化生物炭增加了土壤CEC，但是含氧官能團(tuán)的組成也改變了(羧基略有降低，但酚羥基和芳香族醚基增加了)，同時(shí)生物炭比表面積也有所下降，因此對(duì)重金屬離子吸附能力的變化不明確[30]。

從表2還可以看出，秸稈生物炭能夠有效提高酸性土壤pH值，降低土壤酸度[31-32]。這主要是由于生物炭表面上存在帶負(fù)電荷的酚、羧基和羥基[33-34]，它們可以中和土壤溶液中的H+，降低土壤溶液中的H+濃度，從而提高土壤pH值。Dong等田間試驗(yàn)表明，在稻田土壤中施用22.5 t/hm2的水稻秸稈生物炭，第1年可使土壤pH值提高0.30個(gè)單位，第2年增加0.26個(gè)單位[35-36]。但是，對(duì)于堿性鹽堿土來(lái)說(shuō)，秸稈生物炭應(yīng)用有助于降低土壤pH值，楊剛等試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)秸稈生物炭可使鹽堿土的pH值略微降低，降幅為0.07～0.14[37]。魯新蕊等發(fā)現(xiàn)，生物炭能降低鹽堿土pH值，降幅為1.08%～5.37%[38]，原因可能是生物炭的添加有效降低了高pH值鹽堿土的鹽基飽和度，起到調(diào)節(jié)pH值的作用。此外，由于秸稈生物炭含有大量的C，生物炭可以通過(guò)自身攜帶碳素直接增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，也可以改變土壤物理化學(xué)性質(zhì)影響土壤有機(jī)質(zhì)的形成[39-40]。楊剛等同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，添加生物炭為 10～20 g/kg可使土壤有機(jī)碳(SOC)含量提高1.35～1.51倍[37]。Zhang等在太湖平原水稻土中添加小麥秸稈生物炭40 t/hm2時(shí)，土壤有機(jī)碳含量可提高55.2%～57.0%[41]。

2.2 秸稈生物炭在土壤污染修復(fù)中的應(yīng)用

研究表明，生物炭能降低重金屬生物有效性和加速有機(jī)污染物降解(表3)。生物炭可吸附土壤中的金屬，如銅(Cu)、鎘(Cd)、鉛(Pb)，從而降低金屬的可用性[42-44]。生物炭特性在污染物去除中起著關(guān)鍵作用，通常受熱解溫度和原料類型的控制。如在較高的熱解溫度，溫度>500 ℃條件下完全炭化的生物炭具有更高的表面積、疏水性[45-46]以及C/N和pH值[47]，對(duì)有機(jī)污染物的吸附更強(qiáng)。而在較低的熱解溫度，溫度<500 ℃條件下，部分炭化的生物炭含有較高含量的溶解有機(jī)碳和含氧官能團(tuán)，相對(duì)較低的孔隙度和C/N比更適合去除無(wú)機(jī)污染物[48]。

秸稈生物炭投加量對(duì)重金屬污染物活性具有顯著影響。Yin等發(fā)現(xiàn)，施用1%水稻秸稈生物炭相對(duì)于2%、3%劑量對(duì)Cd、砷(As)的固定效果顯著降低[42]。As是一種非金屬元素，具有與其他金屬元素不一樣的性質(zhì)，生物炭對(duì)As的吸附效果可能與其他金屬元素不一致。Zheng等用水稻秸稈生物炭對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行了修復(fù)，并種植水稻，發(fā)現(xiàn)Cd、鋅(Zn)、Pb在水稻地上部分含量分別降低了98%、83%和72%，而As的含量增加了327%[44]。原因可能在于磷和硅與砷酸鹽和亞砷酸鹽競(jìng)爭(zhēng)土壤中鐵氧化物表面的結(jié)合位點(diǎn)，影響了砷在孔隙水中的溶解度。

表2 生物炭輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

生物炭對(duì)有機(jī)物的吸附降解機(jī)制主要有表面吸附和微孔填充機(jī)制、催化降解機(jī)制、分配作用機(jī)制[49]。生物炭對(duì)不同種類多環(huán)芳烴(PAHs)的去除效果不一樣，在Cao等試驗(yàn)中，生物炭促進(jìn)了土壤中苯并(α)芘(BaP)的去除，但抑制了菲(PHE)的去除[50]。目前，在生物炭去除污染物的研究中，研究單一污染的較多，而涉及重金屬和有機(jī)復(fù)合污染的較少。Zhao等研究了玉米生物炭對(duì)鉻(Cr)和有機(jī)污染物共存下的吸附，發(fā)現(xiàn)有機(jī)污染物的存在導(dǎo)致Cr(Ⅵ)去除率下降10%[51]。重金屬離子和有機(jī)污染物的共吸附機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

表3 生物炭對(duì)土壤污染物的影響

2.3 秸稈生物炭對(duì)作物產(chǎn)量的影響

秸稈生物炭在改良土壤及修復(fù)污染土壤方面具有良好的效果，因此秸稈生物炭對(duì)作物產(chǎn)量具有提升的效果。在大部分土壤中，生物炭通過(guò)影響土壤的理化性質(zhì)及微生物活性達(dá)到促進(jìn)作物生長(zhǎng)的效果。生物炭輸入土壤后可提高作物產(chǎn)量已有大量報(bào)道，從表4可以看出，Liang等在石灰質(zhì)的沖積土中添加30～90 t/hm2的稻殼和椰子殼混合炭可提高小麥和玉米產(chǎn)量4.0%～7.2%[58]。生物炭通常攜帶著豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一次性大劑量輸入可以迅速提高土壤的肥力水平，短期內(nèi)可顯著提高作物產(chǎn)量。但是，隨著生物炭所含養(yǎng)分的不斷消耗，增產(chǎn)效果也會(huì)降低。Dong等發(fā)現(xiàn)施用水稻秸稈生物炭第1年可顯著增產(chǎn)13.5%，第2年只增產(chǎn)6.1%，增產(chǎn)效果比第1年顯著降低[35]。

生物炭的增產(chǎn)效應(yīng)不僅與生物炭的原材料類型有關(guān)，而且受到生物炭添加量的影響。Liu等研究了不同小麥秸稈生物炭的添加量對(duì)紅壤中甘薯產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)40 t/hm2的增產(chǎn)效應(yīng)最為顯著，可使甘薯增產(chǎn)53.8%；低劑量效果不明顯，2.5 t/hm2的添加量反而降低了番茄的產(chǎn)量，番茄減產(chǎn)1.2%[59]。

3 生物炭應(yīng)用的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

相關(guān)研究表明，秸稈生物炭具有較好的環(huán)境效益，但也有研究表明，生物炭自身含有一定量的污染物，因此長(zhǎng)期的秸稈炭應(yīng)用后評(píng)估其潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)尤為必要。因此，筆者主要從秸稈生物炭原料管理、生產(chǎn)及施用過(guò)程、長(zhǎng)期應(yīng)用對(duì)秸稈生物炭還田應(yīng)用的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行梳理分析。

3.1 生物質(zhì)原料缺乏有效管理

根據(jù)我國(guó)政府各部門進(jìn)行的國(guó)家級(jí)土壤污染調(diào)查，我國(guó)的土壤重金屬污染正在加劇[3，65-67]，越來(lái)越多的重金屬被認(rèn)為是土壤退化的重要原因。然而，由于缺乏耕地，我國(guó)大部分水稻仍然種植在受污染的地區(qū)[67]。在這些地區(qū)收獲的秸稈生物質(zhì)往往包含著眾多污染物質(zhì)。周靜等在江西省貴溪市貴冶周邊重金屬重度污染的區(qū)域種植巨菌草等植物，植物收獲后植物中重金屬Cd含量可達(dá)2.6～52.6 mg/kg[68]，已超過(guò)我國(guó)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。并且在制備生物質(zhì)的過(guò)程中，污染物會(huì)被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，其中一部分會(huì)以氣態(tài)或者飛灰等形式逸散，大部分污染物會(huì)富集于生物炭中。研究表明，大部分金屬在制備過(guò)程中會(huì)被濃縮，濃度可達(dá)原料的4～6倍[69-71]。湛方棟等在研究受Cd、Pb污染的玉米秸稈還田后對(duì)蠶豆生長(zhǎng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田增加了后茬作物蠶豆對(duì)Cd、Pb的吸收，降低了蠶豆葉片葉綠素含量[72]。Shen等研究了富含重金屬及不含污染物的生物炭對(duì)土壤中Cd、Pd的植物有效性的影響，發(fā)現(xiàn)2種生物炭均有固定重金屬的作用，但是富含重金屬的生物炭可能會(huì)增加輕度污染土壤中重金屬的積累[43]。因此，須要對(duì)污染區(qū)域的生物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制，限制嚴(yán)重污染區(qū)域秸稈生物炭的制備及應(yīng)用。

表4 生物炭添加對(duì)作物產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，目前，各國(guó)對(duì)生物炭中污染物的限值存在顯著差異。以Cu和Cd為例，國(guó)際生物炭協(xié)會(huì)(internet biochar initiative，簡(jiǎn)稱IBI)認(rèn)為，生物炭中Cu含量應(yīng)在143.0～6 000.0 mg/kg，Cd含量在1.4～39.0 mg/kg；而歐洲生物炭認(rèn)證(european biochar certificate，簡(jiǎn)稱EBC)對(duì)Cu含量的要求是小于100.0 mg/kg，對(duì)Cd含量要求是小于1.5 mg/kg。目前，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生物炭?jī)?nèi)污染物限值作出規(guī)定，僅對(duì)生物炭基肥料的生產(chǎn)、檢驗(yàn)作了規(guī)定。這也進(jìn)一步說(shuō)明須要嚴(yán)格控制生物質(zhì)原料污染物限值，避免含有過(guò)量污染物的生物炭施用到農(nóng)田土壤，增加土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)。

與其他國(guó)家相比，我國(guó)的氣候條件、種植環(huán)境和種植模式復(fù)雜多樣。研究表明，不同地區(qū)的作物品種、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、土壤和灌溉方式可能會(huì)改變農(nóng)作物秸稈的元素組成和能量特征[73]，不同類型的秸稈組成成分有顯著差異[74]，為原材料的統(tǒng)一管理帶來(lái)阻礙。張向前等以江蘇省丹陽(yáng)市、黑龍江省哈爾濱市2地的水稻秸稈制備生物炭，發(fā)現(xiàn)以丹陽(yáng)市秸稈制備的生物炭含碳量低于哈爾濱市，但是孔隙結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)。在溫度為300、500 ℃條件下，丹陽(yáng)市生物炭芳香化程度高于哈爾濱[19]。結(jié)果表明，產(chǎn)地不同的秸稈原料對(duì)生物炭的表面結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)都有重要影響，在制備生物炭時(shí)應(yīng)該綜合考慮。

表5 國(guó)際各標(biāo)準(zhǔn)中生物炭允許的污染物含量

3.2 生物炭制備時(shí)產(chǎn)生的污染物

熱解是一種在無(wú)氧條件下熱分解有機(jī)材料的過(guò)程，溫度范圍為300～900 ℃[75-76]。熱解制備生物炭過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煙氣，煙氣中包含重金屬及有機(jī)污染物，因此對(duì)制備過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行收集和處置也是一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。王建安等設(shè)計(jì)的生產(chǎn)用新型炭化爐通過(guò)在爐體設(shè)置出氣口，并將出氣管道與煙氣處理裝置連通，對(duì)煙氣進(jìn)行處理后再排放[77]。

3.3 生物炭施用過(guò)程

由于生物炭顆粒具有高比表面積、孔隙發(fā)達(dá)等特性，是大多數(shù)污染物、細(xì)菌和病毒的良好附著載體。相關(guān)研究表明，黑炭顆粒與人體呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病具有顯著相關(guān)性[90]。因此，在施用過(guò)程中，由于粉粒狀形態(tài)容易隨氣流發(fā)生飄散，并通過(guò)呼吸道、皮膚等途徑進(jìn)入人體，產(chǎn)生一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。

目前，生物炭主要有2種施用方式，1種是一次性大劑量還田，另1種是分批還田。一次性大劑量還田可能引入過(guò)多的污染物進(jìn)入土壤，超過(guò)土壤本身的環(huán)境容量，對(duì)土壤微生物產(chǎn)生負(fù)面影響[91-92]，因而影響到農(nóng)作物產(chǎn)量。參考GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》，在污泥符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，每年用量不能超過(guò)2 000 kg/667 m2，且連續(xù)施用不得超過(guò)20年。雖然農(nóng)作物秸稈中污染物相對(duì)于污泥來(lái)說(shuō)含量較少，但并不能說(shuō)明分批還田沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)樯锾吭谕寥乐芯哂虚L(zhǎng)期的積累效應(yīng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的還田之后，還是會(huì)帶來(lái)污染物超標(biāo)的問(wèn)題。倉(cāng)龍等研究了生物炭連續(xù)5年還田后土壤中多環(huán)芳烴及重金屬的積累量，發(fā)現(xiàn)低施用量(0.32%)下，多環(huán)芳烴和重金屬的積累量是第1年的5倍[81]。考慮到土壤環(huán)境本底值及環(huán)境容量的不同，對(duì)于含污染物較多的生物炭，無(wú)論其施用方式如何，都可能帶來(lái)土壤污染超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 生物炭施用的長(zhǎng)期影響

生物炭可以提高土壤通氣性和持水能力，減少土壤養(yǎng)分淋溶，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[7，92]。但這些效益主要來(lái)自新鮮生物炭，而生物炭的數(shù)量和質(zhì)量會(huì)由于持續(xù)老化而改變[93-96]。相關(guān)研究報(bào)道指出，生物炭施用5年后，在0～20 cm土壤層中，生物炭的質(zhì)量損失率接近40%[97]。還有研究表明，老化會(huì)影響生物炭對(duì)污染物的吸附作用，何麗芝等研究結(jié)果，30 d恒濕后的生物炭對(duì)吡蟲啉的吸附能力與未老化的相比，降低了1.76倍[98]。Guo等對(duì)谷殼生物炭進(jìn)行黑暗恒濕陳化 300 d 后發(fā)現(xiàn)，老化處理的生物炭對(duì)Cu(Ⅱ)的最大吸附量下降了3.06%[30]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，老化處理增強(qiáng)了生物炭對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附[99-100]。表明受到試驗(yàn)條件的限制，對(duì)于生物炭的老化研究并沒(méi)有形成統(tǒng)一的結(jié)論。在現(xiàn)實(shí)還田應(yīng)用中，由于土壤環(huán)境及氣候的差異，生物炭老化后的影響也將難以確定，可能帶來(lái)一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。尤其要關(guān)注，秸稈生物炭在污染修復(fù)方面，隨著老化作用，導(dǎo)致污染物活性再次增加，須要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

生物炭顆粒，特別是納米級(jí)的生物炭顆粒，可能攜帶污染物沿著土壤剖面遷移，對(duì)地下水構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)[101]。Wang等利用玻璃色譜柱研究了生物炭在飽和顆粒介質(zhì)中的遷移發(fā)現(xiàn)，生物炭的遷移性受到粒徑和制備溫度的影響，其遷移性隨粒徑的增加而降低，且更高溫度下制備的生物炭遷移性較低[102]。由于試驗(yàn)用的多孔介質(zhì)石英砂并不能代表實(shí)際的土壤系統(tǒng)，而土壤的離子強(qiáng)度、pH值、天然有機(jī)物、生物炭施用方式、埋深以及用量都會(huì)影響生物炭的遷移，因此，須要進(jìn)一步研究生物炭在自然條件下在不同類型土壤中的遷移和持留機(jī)制。

4 展望

秸稈生物炭在土壤改良、土壤污染修復(fù)及保肥增產(chǎn)方面具有巨大的潛力，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)每年產(chǎn)出大量的秸稈，生物炭還田技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)秸稈資源的有效利用。隨著秸稈生物炭研究和應(yīng)用的深入，潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題不斷暴露出來(lái)。因此，在秸稈生物炭的研究和應(yīng)用中應(yīng)該注意以下5點(diǎn)。(1)秸稈生物炭制備原料來(lái)源廣泛，數(shù)量眾多，可能含有不同的污染物質(zhì)。這些污染物質(zhì)在制備的過(guò)程中容易濃縮，導(dǎo)致生物炭含有更高濃度的污染物。為此，須要加強(qiáng)對(duì)秸稈生物炭質(zhì)量控制體系的建設(shè)，建立秸稈生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，嚴(yán)格控制污染風(fēng)險(xiǎn)較大的秸稈生物質(zhì)原料制備生物炭，從源頭上減輕秸稈生物炭應(yīng)用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，應(yīng)探討秸稈生物炭在不同區(qū)域不同類型土壤中的應(yīng)用特點(diǎn)，明確秸稈生物炭對(duì)不同類型土壤的適用性，對(duì)秸稈生物炭的施用頻率、施用量進(jìn)行深入的研究，以保證農(nóng)業(yè)安全和生態(tài)環(huán)境安全。(2)對(duì)秸稈生物炭的制造設(shè)備進(jìn)行研究和改進(jìn)，進(jìn)一步降低成本，減少制備過(guò)程中產(chǎn)生的污染物質(zhì)，尤其對(duì)焦油等副產(chǎn)品進(jìn)行合理回收利用。(3)秸稈生物炭施入土壤后會(huì)持留很長(zhǎng)時(shí)間，并參與到土壤元素的生物地球化學(xué)循環(huán)中。隨著時(shí)間的推移，秸稈生物炭不可避免的會(huì)發(fā)生老化，物理和化學(xué)性質(zhì)都有可能發(fā)生變化。而目前關(guān)于生物炭對(duì)土壤環(huán)境的研究，研究期限相對(duì)較短，不足以明確生物炭對(duì)土壤環(huán)境的長(zhǎng)期影響。因此，有必要對(duì)施入土壤中的生物炭進(jìn)行跟蹤研究，建立長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，以確定秸稈生物炭對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境的長(zhǎng)期影響。(4)秸稈生物炭在環(huán)境中的遷移機(jī)制尚不明確。生物炭可能會(huì)因?yàn)橛晁臎_刷進(jìn)入到地表水及地下水中，其吸附的污染物質(zhì)會(huì)由于環(huán)境的變化解吸，從而對(duì)水環(huán)境帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。在應(yīng)用中須要引起足夠的重視，合理的進(jìn)行評(píng)估。(5)秸稈生物炭和其他材料聯(lián)用效果的研究。由于生物炭呈粉末狀，不利于直接播撒。與其他材料聯(lián)用，既可以方便施用，同時(shí)也彌補(bǔ)了生物炭播撒方式及效用的不足。鑒于土壤環(huán)境狀況及生物炭使用目的不同，可考慮采用不同的秸稈生物炭組合如生物炭基肥料、酸化生物炭改良?jí)A性土壤、磁性生物炭加強(qiáng)對(duì)重金屬的吸附、與微生物聯(lián)用加強(qiáng)對(duì)有機(jī)污染物的降解等。