生物炭對(duì)土壤肥料的作用及未來(lái)研究

張娟 吳丹丹

【摘 ? 要】 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)技術(shù)也得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，對(duì)于新型農(nóng)業(yè)先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的需求成為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的特色。尤其是其中的生物炭在土壤肥料中的應(yīng)用，因?yàn)槠洫?dú)特的作用屬性，在不斷的深入探索過(guò)程中得到了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的認(rèn)可，本文作者通過(guò)生物炭的實(shí)際應(yīng)用情況，闡述了生物炭對(duì)于土壤肥料發(fā)展的作用和對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的影響，并對(duì)生物炭土壤肥料發(fā)展的未來(lái)提出了自己獨(dú)特的看法。

【關(guān)鍵詞】 生物炭;土壤肥料;實(shí)際應(yīng)用;思考總結(jié)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ440.2+2 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)識(shí)別碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-1073（2020）12-0029-31

[Abstract] ?With the rapid development of social economy， agricultural technology has also been developed in the long run， and the demand for new agricultural advanced agricultural technology has become the characteristic of modern agricultural development. especially the application of biochar in soil fertilizer， because of its unique role attributes， has been recognized by modern agriculture in the process of continuous in-depth exploration. through the practical application of biochar， the author expounds the effect of biochar on soil fertilizer development and on modern agriculture， and puts forward his own unique views on the future of biochar soil fertilizer development.

[Key words] biochar; soil fertilizer; practical application; thinking summary

生物炭在今年來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)不斷的改良和嘗試，通過(guò)廢棄生物質(zhì)的有效利用，對(duì)于許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題提出了可行性的解決方案。國(guó)內(nèi)在生物炭的應(yīng)用方面起步較晚，在這個(gè)過(guò)程中需要不斷的吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于生物炭的應(yīng)用和探索給予更多的重視，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析總結(jié)出適合本國(guó)國(guó)情的使用方法。通過(guò)對(duì)于生物炭在土壤肥料作用的研究和探索，對(duì)于其未來(lái)發(fā)展指明道路，對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式有著重要的指導(dǎo)作用。

1 ?生物炭的概念論述

生物炭是生物有機(jī)材料在無(wú)氧或者低氧的環(huán)境中，通過(guò)低溫?zé)崃呀獾淖饔盟纬傻漠a(chǎn)物。在以前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，生物炭的重要形式是木竹炭，表現(xiàn)塊狀或者是顆粒狀的形式，生物炭不僅僅含有大量的碳，其中還有一些礦物質(zhì)和有機(jī)化合物，很難被微生物所分解消耗[1]。生物炭有著強(qiáng)大的吸附性，主要是因?yàn)槠浔旧淼聂然鶊F(tuán)所產(chǎn)生的作用，再加上多孔性和表面積大等特征，在應(yīng)用的過(guò)程中存在著大量的離子交換量。生物炭含有大量的有機(jī)碳，其化學(xué)成分主要由生物質(zhì)種的來(lái)源而決定，比如在生產(chǎn)生活中特別常見(jiàn)的木材、秸稈、人畜排泄物。在植物生物炭中通常礦物質(zhì)養(yǎng)分較低，而含碳量較高，在廄肥秸稈中，通常含碳量不如植物生物炭，但是礦物養(yǎng)分的含量則高出許多。由于生物炭在制作的過(guò)程中需要熱裂解溫這個(gè)步驟，在這個(gè)過(guò)程中大量生物質(zhì)的碳含量、有機(jī)物含量、含氮量都一定程度的被減少，因?yàn)樵诟邷氐沫h(huán)境下，有機(jī)物的分解速度加快，造成了殘留量低的現(xiàn)象，在這個(gè)過(guò)程中形成大量的灰分，灰分是燃燒殘留的大量礦物質(zhì)。生物炭在我國(guó)有著很好的發(fā)展前景，例如上海等城市現(xiàn)在對(duì)于生物炭的應(yīng)用主要集中在化妝品行業(yè)和建筑工程行業(yè)，因?yàn)槲覈?guó)在生物炭研究方面起步較晚，在農(nóng)業(yè)方面對(duì)于生物炭的應(yīng)用還存在著一些不足，需要在這個(gè)過(guò)程中不斷的吸取外國(guó)先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，提升生物炭在土壤肥料方面的作用。

2 ?生物炭對(duì)于土壤肥料的作用

2.1 ?生物炭對(duì)于土壤的作用

土壤中有機(jī)質(zhì)的含量是檢查土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)可以有效的改善土壤的團(tuán)聚性和穩(wěn)定性，保證土壤在種植過(guò)程中的水分滲透和養(yǎng)料的高效吸收，生物炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的有機(jī)質(zhì)或者土壤腐殖質(zhì)有所不同，但是同樣具有調(diào)節(jié)改良土壤的能力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的活動(dòng)中，需要生物炭能夠保證穩(wěn)定大量的使用，對(duì)于提高土壤的含氮量有著重要的作用，幫助土壤更好的吸收所施肥料。在生物炭的研究使用過(guò)程中，有一些觀點(diǎn)表明，生物炭會(huì)引起土壤有機(jī)質(zhì)的損失，但是通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)表明，生物炭的應(yīng)用所造成的有機(jī)質(zhì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于綠肥，而且生物炭相對(duì)于綠肥而言有著更好的穩(wěn)定性。秸稈或者綠肥在實(shí)際的施用過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移銷(xiāo)耗過(guò)快，在6-9年間土壤的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化率極低，但是生物炭的表現(xiàn)穩(wěn)定，相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言更加高效的提供了土壤所需的有機(jī)材料，雖然生物炭與有機(jī)質(zhì)或者腐殖質(zhì)的成分不同，在發(fā)展的過(guò)程中也要重視有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)的肥力作用，生物炭的主要作用在于對(duì)土壤進(jìn)行分段調(diào)節(jié)，在改良土壤的過(guò)程中要注意進(jìn)行免耕處理，而且生物炭的使用和操作相對(duì)復(fù)雜一些，需要相關(guān)工作人員在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)土壤的特性進(jìn)行密切觀察，避免產(chǎn)生一些不良反應(yīng)對(duì)土壤的破壞。例如上海的土壤特性就需要格外注意，上海的耕地質(zhì)量不斷下降，土壤理化性狀、肥力較差，大量的金屬元素在其中沉積，受污染的情況也十分嚴(yán)重，受施入土壤中的固體物質(zhì)影響。在土壤的理化性方面，生物炭對(duì)于土壤疏通作用十分明顯，提高了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量，并且影響到微生物的存在，幫助微生物提高了土壤的軟化性[2]。土壤本身的多樣性給生物炭的使用帶來(lái)了一定的難度，土壤的酸性和在土壤工作的過(guò)程中起到重要的中和作用，生物炭與土壤肥料因?yàn)榈V物質(zhì)含量的影響，兩者差異較大，這也是現(xiàn)在的科研人員工作的方向，通過(guò)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，縮短兩者的差異性，并且讓生物炭能夠在農(nóng)業(yè)中取得更大的發(fā)展，相關(guān)的工作人員在實(shí)際的工作中不能只著眼于生物炭的作用，對(duì)于農(nóng)家肥也要給予相應(yīng)的重視程度，對(duì)于土壤質(zhì)量的改善工作有著重要的作用。

2.2 ?生物炭對(duì)于土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響

生物炭在長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用過(guò)程中，在改良土壤方面要根據(jù)土壤的實(shí)際情況，尤其是土壤的物理性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，生物炭對(duì)于壤土、粘質(zhì)土的持水量影響不是很顯著，在這個(gè)過(guò)程中，起決定性作用的是生物炭和土壤表面積誰(shuí)大，如果是生物炭的表面積大，由于生物炭本身極強(qiáng)的親水性，能夠有效的提高粘土的持水量，生物炭的表面積主要由孔隙度和顆粒大小所決定，這些因素直接影響到生物炭的吸水性，由于新鮮的生物炭有一定的疏水性現(xiàn)象，剛剛進(jìn)入土壤當(dāng)中對(duì)于土壤持水性不能進(jìn)行很好的提高，但是隨著時(shí)間的推移，生物炭通過(guò)氧化作用親水性會(huì)不斷的增強(qiáng)，然后直接作用于土壤當(dāng)中，并且能夠加深土壤的顏色，增加土壤本身的吸熱性，提高土壤溫度，營(yíng)造一個(gè)適合微生物生活的環(huán)境。生物炭對(duì)于土壤的化學(xué)性質(zhì)的影響，主要是通過(guò)對(duì)于土壤酸堿度的調(diào)節(jié)，生物炭在施用的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的粒子形成化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于調(diào)節(jié)土壤的PH值有著重要的作用，就土壤本身來(lái)看，們對(duì)于土壤的情況能夠進(jìn)行改善和有機(jī)物之間的關(guān)聯(lián)十分密切，生物炭在這個(gè)過(guò)程中能夠有效的提升土壤的養(yǎng)料吸收，在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，動(dòng)物糞便等肥料的使用情況對(duì)于生態(tài)環(huán)境的影響較小，不會(huì)造成環(huán)境污染的現(xiàn)象，生物炭在和糞便進(jìn)行充分接觸之后，完成相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于土壤的優(yōu)化作用會(huì)提升更高。生物炭本身的酸堿程度主要是由原料和生產(chǎn)工藝所決定的，由于大多數(shù)的生物炭都顯堿性，可以很好的對(duì)土壤進(jìn)行調(diào)節(jié)，堿性土壤本身對(duì)于作物的生長(zhǎng)就有幫助，在生物炭的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的電子，能夠提升土壤對(duì)于有機(jī)物的吸附能力，起到增肥的作用。生物炭在使用的過(guò)程中，不僅僅能夠從有機(jī)質(zhì)、物理方面、化學(xué)方面，對(duì)于土壤進(jìn)行優(yōu)化作用，而其生物炭能夠增加土壤的孔隙型，給微生物的存活提供了良好的環(huán)境，增加微生物的活性，對(duì)于全方位改良土壤起到了重要的作用，生物炭的具體施用方式還需要相關(guān)的科研人員進(jìn)行研究并深入探索，針對(duì)于不同的土壤屬性，提出不同的解決方案。

3 ?生物炭的肥效作用

3.1 ?生物炭本身對(duì)作物的影響

生物炭對(duì)于很多種類(lèi)的農(nóng)作物都有著生長(zhǎng)促進(jìn)作用，在這方面的影響主要來(lái)源于生物炭的類(lèi)型和用量。如果單施生物炭對(duì)于作物的生長(zhǎng)促進(jìn)作用主要針對(duì)于土壤貧瘠的地區(qū)，例如在上海土壤實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，生物炭的使用極大的降低了土壤養(yǎng)分的流失，提高了作物對(duì)于土壤肥料的吸收能力，通過(guò)生物炭加上肥料的完美組合，對(duì)于作物的生長(zhǎng)和質(zhì)量產(chǎn)生根本影響，生物炭在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)于氮肥和磷肥的吸收效果改良明顯，提高了作物對(duì)于這兩種肥料的吸收效率，生物炭能夠延長(zhǎng)肥料的釋放期限，降低肥力的流失，提高作物對(duì)于養(yǎng)料的吸收。而且通過(guò)肥料的配合，能夠最大程度降低生物炭養(yǎng)料不足的缺陷，因?yàn)樯锾勘旧淼恼{(diào)節(jié)作用大過(guò)養(yǎng)料作用，需要相應(yīng)的肥料進(jìn)行配合，然后根據(jù)作物的營(yíng)養(yǎng)特性來(lái)進(jìn)行篩選[3]。生物炭的實(shí)際用量，在現(xiàn)階段的發(fā)展情況來(lái)看，還沒(méi)有一個(gè)固定的說(shuō)法，需要通過(guò)不同土壤，不同作物的判斷，根據(jù)種植過(guò)程中的實(shí)際需求來(lái)應(yīng)對(duì)，在未來(lái)的發(fā)展中，需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和研究，總結(jié)出生物炭和肥料最有效的配合方式，通過(guò)科學(xué)技術(shù)的手段來(lái)填平兩者之間的差異，在之制作工藝和使用工藝方面，也有著極大的提高空間，這些問(wèn)題需要在未來(lái)的研究過(guò)程中得到解決，對(duì)于生物炭在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用有著重要的意義和作用。

3.2 ?生物炭的肥效機(jī)理

生物炭本身的礦物質(zhì)含量不高，直接能供給作物的營(yíng)養(yǎng)有限，在一般情況下，生物炭對(duì)于作物的主要功效來(lái)源于對(duì)土壤的物理、化學(xué)、微生物方面的調(diào)節(jié)，而不是直接的用于增加作物所需營(yíng)養(yǎng)。通過(guò)生物炭的作用能夠提升作物對(duì)于肥料的吸收，降低養(yǎng)料流失的現(xiàn)象，尤其是對(duì)于酸性土壤，生物炭的作用十分明顯，通過(guò)對(duì)于土壤PH值的調(diào)節(jié)，能夠?qū)ν寥鲤B(yǎng)分進(jìn)行有效的保護(hù)[4]。但是由于一些條件的限制，許多的材料有著不可再生性，但是生物質(zhì)是能夠再生的，可以不斷的進(jìn)行循環(huán)使用，而且根據(jù)生物炭的土壤改良作用，能夠延緩養(yǎng)料在土壤中的釋放，有益于作物的吸收和生長(zhǎng)，而且生物炭對(duì)于環(huán)境有著很大的保護(hù)作用，在生產(chǎn)的過(guò)程中降低環(huán)境的壓力，并且解決了許多環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)生物炭技術(shù)的不斷推廣和發(fā)展，能夠?qū)⒃S多廢棄的生物質(zhì)進(jìn)行有效利用，生物炭本身有著強(qiáng)大的固碳性，對(duì)于溫室效應(yīng)的改善效果顯著，通過(guò)廢棄生物質(zhì)的熱裂轉(zhuǎn)化為生物炭，能夠獲得更多的附件產(chǎn)品，例如生物油等，大力發(fā)展生物炭的技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要訴求，是響應(yīng)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針的舉措，一舉多得。

4 ?生物炭的未來(lái)研究

4.1 ?從發(fā)展歷史來(lái)研究

從歷史的角度來(lái)看，生物炭的研究基礎(chǔ)較弱，對(duì)于其結(jié)構(gòu)和整體性質(zhì)的探索還需要進(jìn)一步的發(fā)展和研究，雖然現(xiàn)在已經(jīng)取得了一定的成果，但是從整體來(lái)說(shuō)，相關(guān)的報(bào)道還是相對(duì)零散，沒(méi)有形成系統(tǒng)的研究成果，在未來(lái)的研究過(guò)程中，需要對(duì)生物炭進(jìn)行性質(zhì)和特異的具體研究，制定出清晰的生物炭相關(guān)定義和準(zhǔn)則。生物炭作為土壤改良過(guò)程中的重要元素，雖然在改良方面和肥料的釋放方面作用明顯，但是都比較片面的研究成果，大多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室和溫室當(dāng)中，用科學(xué)的眼光嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目创嘘P(guān)問(wèn)題，將土壤因素、人為因素和環(huán)境因素進(jìn)行全面的考慮和分析，沒(méi)有系統(tǒng)的生物炭農(nóng)業(yè)實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于生物炭在農(nóng)業(yè)方面的實(shí)際操作是一定的阻礙，是未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中迫切需要解決的問(wèn)題。

4.2 ?從研究成果來(lái)看發(fā)展

對(duì)于生物炭的認(rèn)知程度主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室的研究成果，從實(shí)驗(yàn)室的角度來(lái)說(shuō)，相關(guān)的理論有著一些局限性，短期的成果參考價(jià)值有限，在農(nóng)業(yè)的實(shí)際使用過(guò)程中，生物炭對(duì)于土壤的調(diào)節(jié)效果是不是具有長(zhǎng)期性的可靠數(shù)據(jù)，在田間的實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度需要加強(qiáng)，從實(shí)地來(lái)觀察生物對(duì)于土壤物理、化學(xué)、微生物等方面的影響，還有對(duì)于肥力的釋放控制方面有沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)作為理論支撐，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)作用是否像實(shí)驗(yàn)效果那么顯著[5]。尤其是生物炭的用量方面，在沒(méi)有明確的用量方案時(shí)，生物炭在低用量的情況下就是效果顯著，在高用量的情況下效果就不是很明顯，這樣矛盾點(diǎn)有沒(méi)有具體的解決方案，在用量上有沒(méi)有一個(gè)合理化的科學(xué)建議，在生物炭和肥料的相互作用中，正面效果展現(xiàn)的比較多，雙方都是和諧共處，發(fā)揮的效果也是互補(bǔ)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)不會(huì)發(fā)生相互爭(zhēng)奪養(yǎng)料的現(xiàn)象，在生物炭的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于肥效效果一直被許多科研人員所懷疑，這些問(wèn)題都是源自對(duì)于生物炭的許多認(rèn)知都是源自于實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，缺乏長(zhǎng)期的田間實(shí)驗(yàn)。在針對(duì)于生物炭的研究，需要更加全面系統(tǒng)的研究方式，為生物炭的理論發(fā)展提供科學(xué)數(shù)據(jù)的支撐，對(duì)于生物炭在農(nóng)業(yè)方面的實(shí)際應(yīng)用有著重要的意義，對(duì)于生物炭本身而言，通過(guò)詳細(xì)的實(shí)際數(shù)據(jù)，也能夠?qū)τ谧陨淼膽?yīng)用找到新的出路，對(duì)于人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展有著更好的推動(dòng)作用。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于生物炭對(duì)于土壤肥料的作用進(jìn)行全面深刻的研究，對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。針對(duì)于實(shí)際國(guó)情，在生物炭的應(yīng)用方面還存在這一些不足，需要相關(guān)工作人員進(jìn)一步的完善和探索，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，生物炭不僅僅能夠推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的優(yōu)化，還解決了在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的資源環(huán)境問(wèn)題，在農(nóng)業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中扮演了非常重要的角色，對(duì)于生物炭的研究是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，有著重要的意義。

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（編輯：李丹）