生物質(zhì)炭對農(nóng)田土壤有機(jī)碳及其礦化影響的研究進(jìn)展

張洪培，李秀云，沈玉芳，李世清

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100)

在全球氣候變化中，土壤碳所起的作用實(shí)際上是有機(jī)碳的生物地球化學(xué)循環(huán)對氣候變化的控制作用，土壤中有機(jī)碳含量的變化，能夠?qū)θ蛏鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的巨大影響[1]，其動態(tài)變化已成為近年的研究熱點(diǎn)[2]。土壤有機(jī)碳礦化是土壤中重要的生物化學(xué)過程之一，直接關(guān)系到養(yǎng)分的釋放以及土壤質(zhì)量的保持等，同時影響到溫室氣體的產(chǎn)生[3]。農(nóng)田土壤有機(jī)碳礦化釋放的CO2在大氣中存留壽命為5～200 a，對氣候變化的影響尤其引人關(guān)注[4]。

生物質(zhì)炭(Biochar)是生物質(zhì)殘?bào)w在缺氧或低氧環(huán)境中經(jīng)熱裂解生成的固體產(chǎn)物，具高度的芳香化、物理的熱穩(wěn)定性、較高的抵抗生物和非生物降解的能力，能夠長期穩(wěn)定地封存于土壤中[5]。近年來，生物質(zhì)炭的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)研究受到越來越多的研究者關(guān)注[6]。國際生物質(zhì)炭協(xié)會(IBI)通過綜合分析也指出，生物質(zhì)炭施加到土壤中具有較高的農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值和環(huán)境效益[7]，甚至可以逆轉(zhuǎn)氣候變暖的趨勢[8]。為此，本文圍繞生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳含量、碳礦化效應(yīng)及可能的機(jī)制進(jìn)行闡述，并闡述值得探索的進(jìn)一步研究的方向。

1 生物質(zhì)炭的特性

生物質(zhì)炭一般情況下含碳元素60%以上，還包括氫、氧、氮、鉀、鈉、鈣、硅等元素；隨著炭化溫度升高，所制備的生物質(zhì)炭中含碳量呈增加趨勢，而其中氫和氧的含量反而降低。生物質(zhì)炭理化性質(zhì)受制備材料、制備溫度和制備時間等的影響[9-11]，還與植物生長地的土壤類型、植物種類有關(guān)。

1.1 制備原料對生物質(zhì)炭特性的影響

生物質(zhì)炭的原材料能夠在較大程度影響生物質(zhì)炭的化學(xué)組成和理化性質(zhì)。通常動物糞便和固體廢棄物的生物質(zhì)炭產(chǎn)率要大于作物秸稈和木質(zhì)生物質(zhì)材料[12]，這主要是由于動物糞便和固體廢物含有大量的無機(jī)組分，因而制備成生物質(zhì)炭之后他們的灰分含量也高于稻稈和木質(zhì)生物質(zhì)炭。如表1所示，300 ℃加熱時間為1 h條件下，豬糞和牛糞與玉米秸稈相比，前者的pH、C/N比后者的低，而含氮量和灰分含量卻相反[11,13-14]。制備溫度同樣為300 ℃時，木薯莖生物質(zhì)炭，pH和C/N比最高，而小麥秸稈生物質(zhì)炭的pH較低，有機(jī)碳最高[15-16]。同樣制備條件下，木本植物生物質(zhì)炭具有較低的pH、灰分含量和較高的含碳量，如玉米秸稈和小麥秸稈生物質(zhì)炭的pH較高，但C/N比卻低于用道格拉斯冷杉制備的生物質(zhì)炭(650 ℃下)[14,16-17]。研究發(fā)現(xiàn)，與一般生物質(zhì)炭堿性不同，刺槐生物質(zhì)炭pH僅為6.4，同油松混合制備的生物質(zhì)炭pH增加為8.38[18]，總有機(jī)碳含量也大幅度提高到66.67%[19]。將牛糞添加秸稈后制成的生物質(zhì)炭，在性質(zhì)上也有較大的差異，pH從8.0提升至10.1，灰分含量從20.2%增加到38.3%，氮含量增加至0.3%，但是碳含量和C/N比有所降低[13]。因此可以得出，不同原材料以及不同原材料混合條件的改變對生物炭元素的組成及環(huán)境效應(yīng)均會產(chǎn)生顯著影響。

1.2 制備溫度對生物質(zhì)炭特性的影響

生物質(zhì)炭的特性與炭化溫度密切相關(guān)[11]。在限制供氧量的條件下，隨著炭化溫度的升高，植物生物質(zhì)炭的pH、電導(dǎo)率、比表面積、孔體積、芳香碳含量、灰分含量等增加，氫和氧含量降低。同樣用玉米秸稈作為炭化1 h，隨制備溫度從300 ℃升高到1 200 ℃[14,20-22]，生物質(zhì)炭中的有機(jī)酸熱解并不斷生成灰分，導(dǎo)致生物質(zhì)炭的pH也隨之增大[23]，1 200 ℃制備生物質(zhì)炭的pH達(dá)11.6。而總有機(jī)碳含量卻不是溫度越高越好，研究發(fā)現(xiàn)，在550 ℃條件下，玉米秸稈生物質(zhì)炭中總有機(jī)碳含量和C/N比最高[20]，另外玉米秸稈生物質(zhì)炭總氮含量與制備溫度并無線性關(guān)系。一般來說，隨裂解溫度升高，比表面積增加。Keiluweit等[24]發(fā)現(xiàn)將制備木炭的溫度從200 ℃增加到700 ℃，比表面積從2.3 m2·g-1增加到247 m2·g-1。Chun等[25]研究也發(fā)現(xiàn)，300 ℃小麥秸稈炭的比表面積為116 m2·g-1，700 ℃下增加到363 m2·g-1。

Bruun等[26]開展不同裂解條件下小麥秸稈制備的生物質(zhì)炭的實(shí)驗(yàn)室短期培養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著裂解溫度的升高生物質(zhì)炭中的纖維素和半纖維素含量逐漸降低，生物質(zhì)炭的礦化率也隨之減小。Nguyen等[4]利用定量核磁共振分析350～600 ℃條件下制得的玉米秸稈生物質(zhì)炭的穩(wěn)定性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的芳香化程度隨著制備溫度的上升也從83%上升到90%，檢測發(fā)現(xiàn)其炭層的發(fā)展排列變得更加有序。對于畜禽糞便生物質(zhì)炭，高溫裂解制備的生物質(zhì)炭同樣比低溫條件下制備的穩(wěn)定性高。500 ℃下制備的牛糞生物質(zhì)炭的碳含量為300 ℃下制備的生物質(zhì)炭中碳含量的約1/4，C/N比也僅為1/3[13]；而300 ℃低溫制備的豬糞生物質(zhì)炭與500 ℃下制備的生物質(zhì)炭相比，有較高的土壤陽離子交換量(CEC)，可以有效降低營養(yǎng)鹽和pH?？傊?，生物質(zhì)炭制備溫度對生物質(zhì)炭特性有顯著影響，高溫制備的生物質(zhì)炭具有更豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積，芳香化程度和穩(wěn)定性、pH也會增加；而低溫條件下制備的生物質(zhì)炭，卻具有較高程度的疏水性，其電導(dǎo)率、芳香碳含量、灰分含量也較高，比高溫制備的生物質(zhì)炭有更高的金屬元素有效性[11]。

2 生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳含量及其穩(wěn)定性的影響

2.1 不同原材料生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳含量及其穩(wěn)定性的影響

生物質(zhì)炭含碳40%～75%，施入土壤能夠提高土壤有機(jī)碳含量，且土壤有機(jī)碳量隨著生物質(zhì)炭施用量的增加而增加[27-28]。研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭能夠顯著(P<0.05)降低溶解在土壤中的有機(jī)碳(DOC)含量[21]，減弱DOC淋溶[29]，這可能主要是由于生物質(zhì)炭的吸附作用，表明添加生物質(zhì)炭有利于在短期內(nèi)土壤有機(jī)碳的積累。周桂玉等[30]研究發(fā)現(xiàn)添加2%生物質(zhì)炭45 d后使草甸黑土土壤總有機(jī)質(zhì)的含量從1.62%增加到2.92%，同時胡敏酸的色調(diào)系數(shù)(ΔlgK)降低。

韓瑋等[31]將生物質(zhì)炭施入水稻土2 a后發(fā)現(xiàn)，水稻土有機(jī)碳的增加總量占投入碳總量的86.02%～91.77%，同時秸稈還田條件下，該比例僅為24.88%，這說明炭化的植物殘?bào)w更有助于土壤碳的增加和長期穩(wěn)定性。且隨著生物質(zhì)炭用量的增加，腐植酸等活性較高組分(包括胡敏酸和富里酸)的比例逐漸下降，而殘留的黑碳和胡敏素等穩(wěn)定有機(jī)物質(zhì)顯著增加[32]。但花莉等[33]試驗(yàn)結(jié)果卻是添加不同量玉米秸稈炭后，黃土的活性有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均增加。這可能受不同來源生物質(zhì)炭芳構(gòu)化程度和熱穩(wěn)定性差異性的影響。尚杰等[34]研究發(fā)現(xiàn)，在石灰性土壤(黃土母質(zhì))中施用果樹枝條制成的生物質(zhì)炭，顯著提高土壤總有機(jī)碳和微生物碳含量。Domene等[35]研究同樣發(fā)現(xiàn)，秸稈生物質(zhì)炭對土壤微生物量有促進(jìn)作用。但Dempster等[36]研究發(fā)現(xiàn)，添加木質(zhì)生物質(zhì)炭反而會減低土壤微生物碳含量。李明等[37]的研究結(jié)果則表明，添加水稻和玉米制備的生物質(zhì)炭培養(yǎng)135d 后，土壤微生物碳含量受制備溫度的影響。由此可見，不同原材料的生物質(zhì)炭因其不同的性質(zhì)，而對土壤有機(jī)碳含量影響不同，比如秸稈生物質(zhì)炭的芳香化和穩(wěn)定性較低，商業(yè)黑炭縮合程度和熱穩(wěn)定性較高，松枝類生物質(zhì)炭則介于二者之間[30]，各類型生物質(zhì)炭施入土壤后均能增加土壤有機(jī)碳含量，對土壤微生物碳含量影響趨勢卻不相同。

表1 生物質(zhì)炭的種類及特性Table 1 Types and characteristics of biochar

2.2 不同溫度制備生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳含量及其穩(wěn)定性的影響

韓瑋等[31]向中層砂漿水稻土(pH為7.6)中添加等量(6 t·hm-2)玉米秸稈和300、400、500 ℃溫度下制備的生物質(zhì)炭，種植2 a水稻和冬小麥后測定輕重組有機(jī)碳和微生物量碳，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭和秸稈都能在一定程度上增加土壤微生物碳，添加秸稈的處理微生物碳含量最高，生物質(zhì)炭處理土壤微生物碳提高，不同溫度間差異不顯著；對土壤輕組有機(jī)碳含量的影響也表現(xiàn)隨生物質(zhì)炭裂解溫度的升高而增加，500 ℃生物質(zhì)炭處理含量最高，且發(fā)現(xiàn)總有機(jī)碳含量與輕組有機(jī)碳含量之間顯著正相關(guān)。這同管天玉[42]的研究結(jié)果相一致。李明等[37]向紅色黏土(pH為 5.32)中分別添加300、400和500 ℃制備的水稻和玉米秸稈生物質(zhì)炭，培養(yǎng)135 d，測定發(fā)現(xiàn) 300 ℃下制備的2種生物質(zhì)炭對微生物碳含量沒有顯著影響，500 ℃下制備的2種生物質(zhì)炭對其影響卻達(dá)到顯著水平，可能是由于高溫制備的生物質(zhì)炭具有更好地改良土壤理化性質(zhì)的效應(yīng)[43]。而Maestrini等[44]利用同位素標(biāo)記手段，在培養(yǎng)158 d后測定發(fā)現(xiàn)，僅有0.4%的生物質(zhì)炭組分在微生物體中被鑒定。因此得知，隨著生物質(zhì)炭制備溫度的升高，土壤有機(jī)碳含量有所提高，土壤微生物碳含量和輕組有機(jī)碳含量也會有所增加。生物質(zhì)炭可能通過改變土壤的理化性質(zhì)，對土壤微生物產(chǎn)生間接的影響，但具體的影響機(jī)制還需要進(jìn)一步研究[45]。

3 生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳礦化的影響及激發(fā)機(jī)制

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)碳積累水平主要依賴于輸入(如田間作物殘?bào)w和外源有機(jī)物料添加等)與輸出(土壤原有有機(jī)質(zhì)分解)之間的平衡，即土壤中有機(jī)質(zhì)的腐殖化與礦化之間的平衡[46]。已有研究認(rèn)為生物質(zhì)炭比較穩(wěn)定，其本身碳的殘留時間可超過千年。但盡管它具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在自然界中生物質(zhì)炭仍可與土壤原有有機(jī)質(zhì)間產(chǎn)生相互作用[28]，存在一定激發(fā)效應(yīng)[47]。生物質(zhì)炭作為外源有機(jī)物料添加到土壤以后，能夠通過改變土壤中有機(jī)質(zhì)腐質(zhì)化、穩(wěn)定性和呼吸速率等，產(chǎn)生正或負(fù)激發(fā)效應(yīng)，提高或抑制土壤有機(jī)碳的分解，從而加速或減少土壤炭的分解釋放[48-50]，如表2所示，向土壤中添加生物質(zhì)炭，對土壤原有有機(jī)碳產(chǎn)生正激發(fā)效應(yīng)或負(fù)激發(fā)效應(yīng)，目前研究結(jié)論尚不一致，不同的生物質(zhì)炭性質(zhì)、試驗(yàn)土壤條件、試驗(yàn)周期等均會影響施用生物質(zhì)炭以后土壤有機(jī)碳的礦化行為。

3.1 生物質(zhì)炭特性的影響

Liang等[51]通過培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭添加量越高，土壤CO2釋放量反而越少。Purakayastha等[52]研究也表明，施加玉米秸稈和小麥秸稈生物質(zhì)炭，可以抑制土壤自身有機(jī)碳的降解。Sigua等[38]用柳枝稷為原料，分別在250 ℃和500 ℃溫度下制作生物質(zhì)炭，添加到典型的高嶺濕潤老成土(紅壤，pH為5.6)中進(jìn)行培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)與柳枝稷直接還田相比，生物質(zhì)炭處理減少CO2累積排放量和排放速率；與250 ℃的生物質(zhì)炭相比，500 ℃的生物質(zhì)炭更低，說明生物質(zhì)炭能夠降低紅壤的碳礦化，高溫制備的生物質(zhì)炭比低溫制備的抑制效果更好。Ameloot等[53]發(fā)現(xiàn)350 ℃制備的豬糞生物質(zhì)炭處理增加CO2排放量，而700 ℃生物質(zhì)炭處理CO2排放量與對照處理無顯著差異；高溫?zé)峤馓坑欣诙嗑郗h(huán)芳香結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，不易發(fā)生碳的礦化和分解等。Zhao等[54]比較新制備的生物質(zhì)炭和放置一段時間(在密閉黑暗中放置4個月和10 a)后的生物質(zhì)炭的礦化，發(fā)現(xiàn)新制備的生物質(zhì)炭和放置4個月的生物質(zhì)炭可促進(jìn)貧瘠土壤短時間內(nèi)的碳礦化，而放置10 a的生物質(zhì)炭則沒有影響。因此可以看出，新制備的生物質(zhì)炭本身含有可以礦化的易分解碳，施入土壤能被微生物分解利用，提高土壤肥力。

3.2 試驗(yàn)周期的影響

Weng等[41]在暗紅色鐵鋁土中添加柳桉木生物質(zhì)炭(450 ℃，40 min，3%)，種植黑麥草，利用同位素13C進(jìn)行為期388 d的實(shí)地研究，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施入生物質(zhì)炭后，前期階段(0～62 d)，促進(jìn)CO2的排放，表現(xiàn)為正激發(fā)效應(yīng)，從第62 天以后到培養(yǎng)結(jié)束，表現(xiàn)為負(fù)激發(fā)效應(yīng)，說明生物質(zhì)炭施入土壤后的培養(yǎng)周期對碳礦化有重要影響。Zhao等[54]在42 d的短期培養(yǎng)試驗(yàn)中土樣發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭促進(jìn)土壤有機(jī)碳礦化。Luo等[55]在英國洛桑試驗(yàn)站旱地土壤的試驗(yàn)結(jié)果也表明添加生物質(zhì)炭初期會促進(jìn)農(nóng)田CO2排放。生物質(zhì)炭含有的部分可溶性有機(jī)碳，分解較快，在培養(yǎng)前期就能被微生物分解利用應(yīng)該是增加礦化排放的主要原因[56]。Bruun等[57]認(rèn)為，生物質(zhì)炭本身還會含有部分碳酸鹽，它們可以在生物和非生物作用下很快發(fā)生分解釋放CO2。因此，試驗(yàn)時間的長短對土壤有機(jī)碳礦化也會有明顯影響，生物質(zhì)炭添加到土壤中后的正激發(fā)效應(yīng)會隨著時間的延續(xù)逐漸減弱，田間施加生物質(zhì)炭4 a后，土壤有機(jī)碳的礦化速率則會顯著降低[58]，表現(xiàn)為負(fù)激發(fā)效應(yīng)。

3.3 土壤原有性質(zhì)的影響

Naisse等[59]將生物質(zhì)炭(550 ℃)分別添加到森林土壤和草原土壤，培養(yǎng)336 d后發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭添加到森林土壤中引起很小的正激發(fā)效應(yīng)，而在草原土壤中則引起超過生物降解的負(fù)激發(fā)效應(yīng)。說明激發(fā)效應(yīng)可能與土壤中原有有機(jī)碳含量等土壤性質(zhì)有關(guān)。在評定生物質(zhì)炭對土壤碳的影響時，應(yīng)當(dāng)考慮土壤參數(shù)。Lu等[21]也發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭對碳的激發(fā)效應(yīng)與土壤微生物和土壤原有有機(jī)質(zhì)有關(guān)。Knoblauch等[60]研究也表明，向沼澤土添加生物質(zhì)炭以后提高碳礦化率，而向草地中添加生物質(zhì)炭對碳礦化率并無明顯影響。Ahmed等[40]研究發(fā)現(xiàn)，向鈣質(zhì)砂質(zhì)土壤中添加聚合果屬木質(zhì)廢棄物生物質(zhì)炭，與家禽糞便還田和植物廢棄物還田相比，生物質(zhì)炭的添加，CO2的排放量微不足道。但胡雲(yún)飛等[61]向黃棕壤中添加茶樹枝條制作的生物質(zhì)炭后，與未添加生物質(zhì)炭的土壤相比，土壤碳礦化明顯增強(qiáng)。Keith等[8]用同位素標(biāo)記方法研究生物質(zhì)炭對3種土壤(紅砂土、始成土和鐵鋁土)根際激發(fā)效應(yīng)的影響結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將500 ℃下制備的藍(lán)色小桉樹生物質(zhì)炭添加到土壤后，種植植物處理的土壤總呼吸速率明顯高于無植物種植的對照處理；在紅砂土中，有無生物質(zhì)炭都會產(chǎn)生負(fù)的根際激發(fā)效應(yīng)；在始成土中，生物質(zhì)炭增加負(fù)的根際激發(fā)效應(yīng)；而在鐵鋁土中，生物質(zhì)炭較小程度影響根際碳礦化。由此得出，生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳礦化的影響與土壤原有性質(zhì)有關(guān)，但與之相關(guān)的土壤因素還未明確，土壤原有有機(jī)碳含量與生物質(zhì)炭用量的比率，對土壤有機(jī)碳礦化的影響情況仍未系統(tǒng)的研究結(jié)果，其影響的具體途徑尚不明確，生物質(zhì)炭帶入土壤的可溶性物質(zhì)或大分子物質(zhì)對土壤環(huán)境的影響也未報(bào)道，這些都需要進(jìn)一步的研究與探索。

表2 生物質(zhì)炭和土壤對有機(jī)碳礦化的影響Table 2 Effects of biomass carbon and soil on mineralization of organic carbon

4 生物質(zhì)炭對中國農(nóng)田土壤的固碳減排前景

隨著全球氣候變化，中國越來越重視溫室氣體減排的重要性，同時中國面臨很大的壓力。Metting等[64]利用DNDC模型計(jì)算中國農(nóng)業(yè)土壤碳庫的變化，發(fā)現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳庫以每年7.38×1013g(按碳計(jì)算)的速度在消減，而美國則以每年7.24×1013g(按碳計(jì)算)的速度遞增。高鵬飛等[65]利用MARKAL-MACRO模型對2010-2050年中國的碳邊際減排成本進(jìn)行系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明：當(dāng)溫室氣體減排率在0～45%時，碳邊際減排成本在0～250美元·t-1，這說明中國未來CO2減排成本是相當(dāng)高的。面對2020年單位GDP的CO2排放量比2005年下降40%～45%的承諾，中國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)迫在眉睫。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有巨大的固碳減排潛力。研究表明，全球農(nóng)業(yè)溫室氣體減排的總潛力按照CO2計(jì)算每年高達(dá)7.30×1015g[66]。Lehmann[67]認(rèn)為，應(yīng)用生物質(zhì)炭技術(shù)在社會經(jīng)濟(jì)上的潛在可行增匯量可達(dá)到9.50×1015g。中國是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家，每年農(nóng)田秸稈年總產(chǎn)量達(dá)7億t[68]，露天焚燒或腐爛處理，會造成可利用資源的浪費(fèi)和對生態(tài)環(huán)境的污染。生物質(zhì)炭制備和還田技術(shù)為秸稈有效利用、農(nóng)田的固碳減排以及生態(tài)系統(tǒng)功能改善提供一條新途徑。如果每年能夠裂解炭化7億t農(nóng)林廢棄有機(jī)物質(zhì)，這相當(dāng)于從大氣中吸收10.22億t CO2[69]，理論上可減少國家總體排放約13.8%的CO2。僅1996年到2013年間，焚燒中國3種主要糧食作物(水稻、小麥、玉米)的秸稈約相當(dāng)于燃燒7.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤量。生物質(zhì)炭的固碳效應(yīng)還體現(xiàn)在通過增加生物量生產(chǎn)和減少肥料施用方面。生物生物質(zhì)炭可以增加作物生物量，增加作物對大氣CO2的固定和向土壤有機(jī)碳的輸入；同時生物質(zhì)炭可以代替或減少肥料的使用，減少化肥生產(chǎn)、運(yùn)輸和施用過程中能源消耗引起的碳排放。研究表明，每施用1 t生物質(zhì)炭可以減少0.18 t碳因氮肥施用產(chǎn)生的溫室氣體排放[7]。因此，中國農(nóng)田廢棄資源的生物質(zhì)炭化利用的固碳潛力巨大。

5 總結(jié)與展望

生物質(zhì)炭具有豐富的碳含量和高度的穩(wěn)定性，添加到土壤中可以增加土壤碳含量且能夠切實(shí)降低碳排放效應(yīng)。因此，在中國應(yīng)用生物質(zhì)炭固碳減排具有廣闊的前景。但目前生物質(zhì)炭研究還處于起步階段，仍有諸多問題亟待進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

生物質(zhì)炭制備方面。截至目前，國際上仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如溫度的控制、保護(hù)氣的選擇、原材料的選擇等方面；應(yīng)加強(qiáng)生物質(zhì)炭制備條件與生物質(zhì)炭特性之間關(guān)系研究，以實(shí)現(xiàn)通過不同性質(zhì)的原材料和制備條件組合得到目標(biāo)需求的生物質(zhì)炭。

生物質(zhì)炭的農(nóng)田土壤碳效應(yīng)方面。國內(nèi)外研究者針對生物質(zhì)炭的穩(wěn)定性及其對土壤碳庫效應(yīng)方面已經(jīng)開展大量研究并取得一些進(jìn)展，但目前對生物質(zhì)炭在土壤中的穩(wěn)定性和土壤有機(jī)碳影響的研究結(jié)果較多來源于短期試驗(yàn)，且不同研究結(jié)果之間尚存在爭議。而與之相關(guān)的土壤因素還沒有明確，土壤原有有機(jī)碳含量與生物質(zhì)炭用量的比率，對土壤有機(jī)碳礦化的影響情況仍沒有系統(tǒng)的研究結(jié)果，其影響的具體途徑尚不明確，生物質(zhì)炭帶入土壤的可溶性物質(zhì)或大分子物質(zhì)對土壤環(huán)境的影響也沒有報(bào)道，這些都需要進(jìn)一步的研究與探索。因此，應(yīng)注重全面系統(tǒng)的長期效應(yīng)研究，加強(qiáng)對研究結(jié)果的可靠性和影響機(jī)制的探討。

生物質(zhì)炭的土壤—大氣—植物體系效應(yīng)研究。生物質(zhì)炭農(nóng)田碳效應(yīng)受不同的氣候條件、特定的土壤環(huán)境條件和作物的共同影響。高碳含量生物質(zhì)炭施入土壤會引起土壤碳氮比的較大波動，可能會對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤的碳礦化、碳排放和作物的碳固定功能，因此需要開展生物質(zhì)炭—土壤—微生物—大氣—作物統(tǒng)一連續(xù)體的長期作用研究。

另外，生物質(zhì)炭施用的不可逆性，要求施用前必須充分評估可能的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并開展較長時間尺度的生物質(zhì)炭與土壤及其生物環(huán)境之間的相互作用關(guān)系的研究，為生物質(zhì)炭的未來規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

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