生物炭在农业上的研究进展

廖依丹 贺秋华

摘要 近年来，随着亚马逊黑土增产作用的出现，对于生物炭的研究不断深入，发现其良好的理化性质可作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂，开始成为农业领域的研究热点。生物炭农用是碳减排的过程，将废弃生物质生产成生物炭，不仅解决了废弃生物质问题，而且给农业生产带来显著效果。通过国内外有关研究成果的综合分析，重点阐述了生物炭对土壤性质和作物生长的影响。

关键词 生物炭；废弃生物质；农用；作物生长

中图分类号 S154.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）34-0112-02

Abstract In recent years，with the emergence of increace production on black earth in Amazonian ，the investigation on biochar has been deepened，and it has been found that its good physical and chemical properties could be used as soil amendment，slowrelease carrier for fertilizer and carbon sequestrating agent，and it became a hotspot in agricultural field.Agricultural utilization of biochar can reduce carbon emissions，the abandoned biomass was made into biochar，not only solve the problem of waste biomass，but also produce a significant effect of agricultural production.Through the comprehensive analysis of the research results at home and abroad，effect characteristics of biochar on soil property and corp growth were mainly discussed.

Key words Biochae；Waste biomass；Agricultural utilization；Growth of crop

生物质是指所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。废弃物的开发利用是永恒的话题。生物炭（Biochar），又称生物质炭，是生物质在缺氧条件下高温裂解形成的物质。最初人们并没有意识到生物炭的存在，在农田、草地和森林，经常可以看到火烧的黑色物质，但并不知道该物质的名字和用途。西周时期已经开始将杂草、秸秆和枯枝落叶燃烧成灰，中国农民从实践中逐步认识到，将这种灰还田有利于作物的生长，但并没有系统的命名和关注这种有利于作物生长的物质。全球对生物炭的认识起源于亚马逊黑土增产作用的出现[1-2]，直至2007年澳大利亚第一届国际生物炭会议上对其进行统一命名。

国内文献研究以中国知网数据库为数据来源，以“生物炭”为关键词搜索2009—2017年，共得到文献1 820篇，其中2009年仅有12篇（图1）。生物炭不仅可以改善土壤的理化性质[3-4]，而且可以持续给土壤和农作物提供肥力[5]，在气候变暖、环境污染、能源短缺、粮食危机和农业可持续发展等宏观背景下，它的出现为我们解决这一系列问题带来了曙光。因此，“生物炭”在出现的短短10余年时间由最初的知之甚少到受到广泛关注。目前许多研究小组正在研究生物炭对农业生态系统的影响。

1 生物炭对土壤性质的影响

1.1 生物炭对土壤物理性质的影响

土壤的物理性质主要包括土壤质地、土壤水分、土壤孔隙度、土壤结构、土壤比重和土壤容重等。生物炭的作用主要是改善土壤的表面积、土壤容重和土壤含水量。

生物炭具有容重小、疏松多孔、比表面积大的特性，施加生物炭可以增大比表面积，减小容重。文曼等[6]利用离心机法测定添加不同粒径（2.00～1.00 mm，<1.00～0.25 mm，<0.25 mm）、不同比例（0、10、50、100、150 g/kg）生物炭的土壤收缩特征，并采用三直线模型模拟，发现随着生物炭含量增加，土壤比容积增大。活化后的生物炭更能增加其表面积。李玉梅等[7]在土壤中施入水稻秸秆生物炭，施加量在2～32 mg/kg范围内，容重平均降低0.126 g/cm3，Chen等[8]和Laird等[4]也得出了相同的研究結果。刘园等[9]研究表明土壤容重随生物炭施入量增加而降低，在中、高量处理下四季作物土壤容重降低了2.99%～10.40%；土壤田间持水量随生物炭施入量增加而增加，且6.75～11.30 t/hm2生物炭连续施用四季后土壤水分含量和田间持水量显著增加。从改良土壤物理性状来看，适宜的生物炭施用量能产生显著的效果。

1.2 生物炭对土壤化学性质的影响

生物炭不仅能改良土壤物理性质，还能间接影响土壤化学性质。土壤的化学性质主要包括pH、阳离子交换量（CEC）、盐基饱和度（BSP）、养分等。

1.2.1 土壤pH。

生物炭的pH大多呈碱性，随着生物炭的施用量增加，土壤pH提高，但作用程度与土壤类型、制炭原材料以及制炭技术等有关[4，10]。Liu等[11]在中国浙江省进行了为期2年（2011和2012年）的田间试验，结果表明竹生物炭和稻草生物碳第1年对土壤pH影响很小但显著，稻草生物碳最大提高土壤pH 0.18，其次是竹生物炭提高了0.15。Yuan等[10]研究表明，南方典型老成土施用生物炭后，土壤pH提高了0.10～0.46。Xu等[12]研究发现，油菜秸秆炭、小麦秸秆炭、玉米秸秆炭、 水稻秸秆炭和豆科植物秸秆炭均能提高土壤的pH，其中豆科植物秸秆炭提高土壤pH效果最好。

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