魏春輝，任奕林，劉 峰，鄧宇玄，苑曉辰

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖北 武漢430070)

生物炭及生物炭基肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

魏春輝，任奕林*，劉 峰，鄧宇玄，苑曉辰

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖北 武漢430070)

生物炭可作為土壤改良劑單獨(dú)施入土壤，改善土壤環(huán)境條件，也可與肥料混合制成生物炭基肥，其具有養(yǎng)分緩釋、增產(chǎn)穩(wěn)定等一系列優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。主要從生物炭對土壤理化性質(zhì)、微生物、農(nóng)業(yè)溫室氣體排放、作物生長和產(chǎn)量的影響，對農(nóng)田土壤污染的治理，以及生物炭基肥對肥料養(yǎng)分、作物生長和產(chǎn)量的影響這幾個方面，對生物炭及生物炭基肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，闡明其優(yōu)點和不足，并提出了進(jìn)一步的研究方向，旨在為生物炭和生物炭基肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究提供參考。

生物炭； 生物炭基肥； 農(nóng)業(yè)； 應(yīng)用進(jìn)展

生物炭是通過熱解過程從生物質(zhì)中獲得的富含碳元素的固體物質(zhì)，具有羥基、羧基、脂族雙鍵等親水基團(tuán)和芳香化結(jié)構(gòu)[1]，擁有豐富的多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積[2]。生物炭獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它擁有特殊的性質(zhì)，例如改良土壤、改善土壤環(huán)境等。但生物炭也有不足之處，它自身所含礦質(zhì)養(yǎng)分含量有限，滿足不了作物生長發(fā)育的需求，為彌補(bǔ)該缺陷，生物炭基肥應(yīng)運(yùn)而生。生物炭基肥是將生物炭作為載體，與肥料混合制成的一種長效肥料[3]。生物炭基肥將生物炭和普通化肥有機(jī)結(jié)合起來，具有改良土壤、提高化肥利用率、穩(wěn)定增產(chǎn)、減少化肥使用次數(shù)和數(shù)量、降低環(huán)境污染等優(yōu)點。它是一種長效肥料，具備較高的研究價值，具有良好的發(fā)展前景。

縱觀最新研究成果，重點闡述了生物炭對農(nóng)田土壤理化性質(zhì)、微生物、作物生長和產(chǎn)量的影響，以及生物炭基肥對肥料養(yǎng)分、作物生長和產(chǎn)量的影響，并指出了目前研究中的不足以及未來研究方向，以期為生物炭及生物炭基肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究提供參考。

1 生物炭在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

1.1 生物炭對農(nóng)田土壤的影響

1.1.1 生物炭對農(nóng)田土壤物理性質(zhì)的影響 生物炭可以影響土壤持水量、透水性、容重等物理性質(zhì)，這種影響作用與生物炭的特殊結(jié)構(gòu)及其施用量等有關(guān)。生物炭具有羧基、羥基、脂族雙鍵等親水基結(jié)構(gòu)，從而具有極強(qiáng)的吸附和持水能力。研究表明，在農(nóng)場土壤中添加20 g/kg生物炭，田間持水量增加15%[4]。生物炭對土壤持水量的影響，與生物炭所施入的土壤類型也有一定關(guān)系。與壤土、黏土相比，生物炭更加有助于改善砂質(zhì)土壤持水量[5]。Asai等[6]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠改善土壤飽和導(dǎo)水率，表明土壤透水性得到提高。生物炭還可改善土壤結(jié)構(gòu)，這歸因于生物炭的多孔結(jié)構(gòu)增大了土壤表層的孔隙度，降低了其容重。多數(shù)研究表明，土壤容重隨生物炭施用量的增加而降低[4,7]。

1.1.2 生物炭對農(nóng)田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

1.1.2.1 pH值 施用生物炭會提高土壤pH值。這是因為生物炭中含有礦質(zhì)元素如K、Ca、Mg等，溶于水后顯堿性，會交換土壤中的一部分 H+，降低其濃度，從而使土壤的pH值變大。另外，Uzoma等[8]研究表明，隨著生物炭施加量的增加，土壤pH值直線上升。但生物炭對堿性鈣質(zhì)土壤pH值影響不顯著[9]。值得一提的是，生物炭生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一種可用于改良鹽堿土壤的副產(chǎn)品木醋液，這使得使用生物炭來改良土壤酸堿度的作用更加突出，具有廣闊的前景。

1.1.2.2 陽離子交換量(CEC) 施用生物炭可提高土壤CEC[10]。這是因為生物炭含有豐富的官能團(tuán)。此外，生物炭比表面積大，這也有助于提高土壤CEC[11]。生物炭對土壤CEC的影響主要受土壤類型、生物炭類型、生物炭制備工藝、生物炭施用量以及生物炭在土壤中的作用時間等因素影響[12-13]。

1.1.2.3 土壤肥力 生物炭具有提高土壤肥力的潛力。這是因為一方面，生物炭有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積較大，施入土壤后能吸附多種離子，可以減少氮和可溶性磷這些養(yǎng)分的淋溶損失[14-15]，提高土壤肥力；另一方面，生物炭含有豐富的有機(jī)碳，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]。然而，生物炭對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響也有相反結(jié)論的報道。Contina等[17]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭會導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)損失。因此，關(guān)于生物炭對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響方面還有待繼進(jìn)一步研究。另外，生物炭的種類及其作用的土壤類型對土壤有機(jī)質(zhì)含量也有很大影響[9]。

1.1.3 生物炭對農(nóng)田土壤微生物的影響 生物炭獨(dú)特的結(jié)構(gòu)是其對微生物影響的關(guān)鍵基礎(chǔ)條件。生物炭的微孔結(jié)構(gòu)，為微生物的繁殖提供了溫床，使它們免遭干燥等不利條件的影響，同時也為微生物提供了生存空間，減少了生存競爭。生物炭的孔隙使其能夠吸附大量水分、養(yǎng)分物質(zhì)，可為微生物提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)。生物炭可以調(diào)控土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響微生物的新陳代謝；同時，微生物的活動也會反過來對其生存的環(huán)境施加影響。這使得生物炭對土壤微生物的影響呈現(xiàn)出復(fù)雜性，其作用機(jī)制尚未研究清楚。

1.1.3.1 微生物組成 生物炭對土壤微生物的影響首先體現(xiàn)在土壤微生物組成的變化上。生物炭對微生物群落種類分布具有一定的管控作用。Grossman等[18]對含生物炭和不含生物炭2種不同土壤樣品中的微生物群落種類進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，含有生物炭的土壤中微生物種類基本相同，并且與不含生物炭的土壤中的種類明顯不同。

1.1.3.2 微生物數(shù)量 生物炭還能影響土壤微生物數(shù)量的變化。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高施用量(6 000 kg/hm2)生物炭處理過的棕壤土大豆田，在大豆成熟期，細(xì)菌數(shù)量增長94.9%，真菌數(shù)量減少1.26倍[19]。

1.1.4 生物炭對農(nóng)田土壤污染的影響

1.1.4.1 重金屬污染物 重金屬是農(nóng)田土壤的一大污染物。汞、鎘、鉛、鉻和砷(毒性較強(qiáng))以及銅、鎳、鋅(微小毒性)等重金屬元素通過某些渠道在土壤中過量沉積，造成土壤污染，進(jìn)而在植物體內(nèi)富集，再經(jīng)過食物鏈進(jìn)入人體，會對人體健康產(chǎn)生損傷。將生物炭施入土壤中，可降低重金屬離子的富集程度，提高土壤品質(zhì)[20-21]。生物炭顆粒大小、pH值、施加量、制備生物炭時的熱解溫度等，都會使生物炭對重金屬的治理情況有所影響[20-21]。此外，生物炭的種類也是一個重要因素。玉米稈炭對Pb2+的除凈率高達(dá)90.3%，而麥稈炭和花生殼炭的除凈率分別為52%和47%[20]。

將生物炭施入被污染的土壤中，能夠有效降低土壤中有害物質(zhì)的含量。其主要是通過直接與重金屬離子發(fā)生作用，吸附其中的重金屬離子或其表面的官能團(tuán)從而與有很強(qiáng)親和力的重金屬離子相結(jié)合，使重金屬污染物的存在形式發(fā)生變化，進(jìn)而影響其生物有效性。Cao等[22]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的生物炭溶液可以使Pb以β-Pb9(PO4)6、Pb3(CO3)2(OH)2的形式成為沉淀。其也可以通過影響土壤理化性質(zhì)或被酸堿改性來間接發(fā)揮作用，抑制重金屬離子的遷移[23]。

1.1.4.2 有機(jī)污染物 生物炭可以治理土壤中的有機(jī)污染物。它能通過吸附作用來降低土壤中酚類[24]、苯和甲苯[25]等有機(jī)污染物的累積。Spokas等[26]研究發(fā)現(xiàn)，將生物炭添加到土壤中，其可大量吸收莠去津、乙草胺，降低這2種除草劑的耗散速率。有機(jī)污染物被生物炭吸附后，再經(jīng)沉淀作用固然可以移除部分有害物，但吸附作用不能毀滅它，要想達(dá)到更好的效果，最好是能將有機(jī)污染物降解。生物炭也表現(xiàn)出這方面的潛力。Fang等[27]以乙醇作為自由基清除劑，證實了生物炭懸浮液中產(chǎn)生的羥基可以有效降解鄰苯二甲酸二乙酯。

1.2 生物炭對農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的影響

CO2、CH4、N2O是造成全球溫室效應(yīng)的主要“兇手”。生物炭對農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的影響主要是通過生物炭的強(qiáng)吸附性[28]、影響土壤的理化性狀[29]、影響土壤中相關(guān)微生物的種群結(jié)構(gòu)或活性[26,30]來實現(xiàn)的。不同原料制成的生物炭、生物炭的施用量、炭化溫度以及所施加的土壤類型均會對農(nóng)業(yè)溫室氣體的排放產(chǎn)生影響，這是綜合作用的結(jié)果。

1.2.1 生物炭對土壤釋放CO2的影響 生物炭可抑制土壤中CO2的釋放。Steiner等[31]研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭后，土壤碳含量僅僅損失4%～8%?？赡苁且驗?，生物炭的強(qiáng)吸附性可將酶和有機(jī)物吸附到它的多孔結(jié)構(gòu)上，或者生物炭可使參與CO2產(chǎn)生的微生物活性降低，最終減少土壤釋放CO2的量。

1.2.2 生物炭對土壤釋放CH4的影響 一般認(rèn)為，生物炭的施用會減少甚至完全抑制土壤中CH4的排放。Liu 等[30]指出，水稻田中添加竹炭后，從土壤中釋放的CH4量減少了51.1%。Rondon等[32]在土豆田里進(jìn)行的試驗表明，在有生物炭處理時CH4的排放完全受到抑制。

1.2.3 生物炭對土壤釋放N2O的影響 生物炭對土壤釋放N2O的影響尚未有定論。主流觀點認(rèn)為，生物炭應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中可以顯著減少農(nóng)業(yè)N2O的排放[33]。但也有少數(shù)研究者不以為然。Singh等[34]曾報道，用家禽糞便制得的生物炭來改良土壤，N2O的釋放量反而增加。而Clough等[35]發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加生物炭并不能減少N2O的釋放量。

在生物炭對N2O釋放起抑制作用方面，其抑制機(jī)制尚未達(dá)成共識。Cayuela等[36]認(rèn)為，生物炭提高了土壤pH值，隨后促進(jìn)N2O還原為N2。生物炭可以降低土壤容重，提高土壤通氣性，使得土壤中的反硝化細(xì)菌多樣性提高[37]、活性降低[38]，從而影響N循環(huán)過程。Case等[39]則認(rèn)為，從砂壤土中釋放的N2O與土壤通氣性的提高無關(guān)。

1.3 生物炭對作物生長和產(chǎn)量的影響

生物炭對作物的生長和產(chǎn)量主要起促進(jìn)作用，這在豆科作物、小麥、玉米、圣女果等作物中均有報道。生物炭會增加豆科植物的競爭力，進(jìn)而增加豆科植物在牧場中的數(shù)量和比例[40]。Vaccari等[41]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生物炭施用量為30 t/hm2和60 t/hm2時，地中海氣候條件下的硬粒小麥產(chǎn)量分別增加32.1%和23.6%。研究表明，添加生物炭可以促進(jìn)玉米地上和地下部分的生長[42]；另外，施用生物黑炭還可提高玉米千粒質(zhì)量、產(chǎn)量[43]。在土壤中添加由廢水污泥制得的生物炭可提高土壤中營養(yǎng)元素的可利用程度，改善土壤化學(xué)條件，進(jìn)而提高圣女果產(chǎn)量達(dá)64%[21]。不過，生物炭在某些作物上需要借助于某些條件才能表現(xiàn)出正效應(yīng)。Chan等[44]曾報道，在沒有施加氮肥的情況下，即使生物炭的添加量很高，在淋溶土中栽培的蘿卜產(chǎn)量也沒有增加。

2 生物炭基肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

生物炭基肥既秉承了生物炭可以改良土壤、改善土壤環(huán)境的優(yōu)點，又有其特殊之處。它可使肥料養(yǎng)分緩慢釋放，并且對作物生長和產(chǎn)量有更穩(wěn)定的促進(jìn)作用。

2.1 生物炭基肥對肥料養(yǎng)分的影響

相較于單獨(dú)施用生物炭，生物炭基肥賦予肥料養(yǎng)分緩釋性，提高了肥料利用率。摻混法是制備生物炭基肥最簡單的方法。Steiner等[45]通過摻混法制備的生物炭基復(fù)合肥，顯著延長了氮素供應(yīng)時間，增加了土壤總氮量、有效磷含量。生物炭粉包裹顆粒肥料可用來制備包膜型生物炭基肥。王劍等[46]就利用轉(zhuǎn)鼓式糖衣包膜機(jī)，以聚乙烯醇作為粘結(jié)劑將稻殼炭包裹到尿素顆粒表面制得了包膜型炭基肥料，其包裹層越厚，養(yǎng)分釋放速度越小。生物炭的多孔結(jié)構(gòu)可以吸附肥料養(yǎng)分?；谠撛颍琄han等[47]將含氮、磷、鉀的肥料溶液浸入到木炭中，制備出木炭基緩釋肥，該肥在蒸餾水和模擬的土壤溶液中養(yǎng)分淋失緩慢。

2.2 生物炭基肥對作物生長和產(chǎn)量的影響

生物炭基肥可促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量，這在水稻[48]、小麥[3]、玉米[49]等作物上均有報道。在促進(jìn)作物生長和產(chǎn)量方面，生物炭基肥比單施生物炭和常規(guī)化肥更加穩(wěn)定、高效。研究表明，單獨(dú)施用生物炭會導(dǎo)致當(dāng)季或幾季作物增產(chǎn)效應(yīng)不穩(wěn)定，甚至減產(chǎn)[6,50]。Schulz等[51]指出，單獨(dú)施用生物炭可以略微促進(jìn)作物生長，而將生物炭與礦物質(zhì)肥料摻混使用，則對作物生長發(fā)揮顯著的協(xié)同效應(yīng)。此外，生物炭基肥對作物生長的促進(jìn)、產(chǎn)量的增加作用也優(yōu)于常規(guī)肥料[49,52]。

生物炭基肥對作物生長和產(chǎn)量的作用效果與其施用量、種類、組分比例有關(guān)。馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單薯質(zhì)量、產(chǎn)量會隨生物炭基肥施用量的增加呈遞增趨勢[53]。不同原料制成的生物炭基肥對同一作物的影響可能存在差異。麥秸炭基肥可促進(jìn)青椒根系生長，而且表現(xiàn)出良好的增產(chǎn)效果；而稻殼炭基肥和花生殼炭基肥可顯著提升青椒品質(zhì)，但對產(chǎn)量影響不顯著[54]。甚至，同組分、不同比例的炭基肥對玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀的影響也不同[49]。

3 展望

基于生物炭的一系列優(yōu)點，生物炭及炭基肥受到越來越多的關(guān)注和研究。生物炭及其應(yīng)用的相關(guān)研究雖已取得了一些成果，但許多都是短期的、不系統(tǒng)的、不全面的。生物炭的基礎(chǔ)研究較弱，關(guān)于其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究時間很短。生物炭作為土壤改良劑的應(yīng)用研究也基本都是短期性的。同時，生物炭的碳固定及碳減排作用的試驗數(shù)據(jù)說服力還不足。目前，在一些關(guān)鍵問題上，還存在爭議，這與生物炭的種類、制備工藝及其所投入使用的土壤環(huán)境等因素有關(guān)，需要進(jìn)一步深入研究。

生物炭基肥雖有一系列優(yōu)越性，但也不可盲目推廣使用，必須研究清楚一些問題。如：因生物炭在制備時會產(chǎn)生多環(huán)芳烴，它對一些植物、動物、微生物會產(chǎn)生毒害作用，因此必須對生物炭基肥中的多環(huán)芳烴水平進(jìn)行評估。此外，生物炭基肥的制備工藝和成型設(shè)備的研制工作亟待開展，并且要探索制備多功能生物炭基肥的新方法。從目前的研究結(jié)果來看，生物炭對土壤環(huán)境的積極影響占主流，但其對土壤和農(nóng)業(yè)環(huán)境影響的作用機(jī)制還未完全研究清楚。應(yīng)該進(jìn)一步研究生物炭大規(guī)模應(yīng)用的生態(tài)影響，長期、系統(tǒng)、全面地評估諸如它是否會威脅生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)平衡此類的生態(tài)風(fēng)險等。相信隨著研究的不斷深入，生物炭和生物炭基肥會得到科學(xué)合理的廣泛應(yīng)用，不僅可以節(jié)約農(nóng)林廢棄物這些寶貴資源，而且可以減少環(huán)境污染，為生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

[1] Titirici M M,Thomas A,Yu S,etal.A direct synthesis of mesoporous carbons with bicontinuous poremorphology from crude plant material by hydrothermal carbonization[J].Chemistry of Materials,2007,19(17):4205-4212.

[2] Cornelissen G,Kukulska Z,Kalaitzidis S,etal.Relations between environmental black carbon sorption and geochemical sorbent characteristics[J]. Environmental Scie-nce & Technology,2004,38(13):3632-3640.

[3] 康日峰，張乃明，史靜，等.生物炭基肥料對小麥生長、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響[J].中國土壤與肥料，2014(6)：33-38.

[4] Laird D A,Fleming P,Davis D D,etal.Impact of biochar amendments on the quality of a typical midwestern agricultural soil[J].Geoderma,2010,158(3):443-449.

[5] Dugan E,Verhoef A,Roninson S,etal.Biochar from sawdust, maize stover and charcoal: Impact on water holding capacities (WHC)of three soils from Ghana[C]// Arunai Engineering College.19th world congress of soil science,symposium. Brisbane: Arunai Engineering College,2010.

[6] Asai H,Samson B K,Stephan H M,etal.Biochar amendment techniques for upland rice production in Nort-hern Laos:1. Soil physical properties,leaf SPAD and grain yield[J].Field Crops Research,2009,111(1):81-84.

[7] Oguntunde P G,Abiodun B J,Ajayi A E.Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2008, 171(4): 591-596.

[8] Uzoma K C,Inoue M, Andry H,etal.Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition[J].Soil Use and Management,2011,27(2):205-212.

[9] Van Zwieten L,Kimber S,Morris S,etal.Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J].Plant and Soil,2010,327(1/2):235-246.

[10] Yuan J H,Xu R K,Zhang H.The forms of alkalis in the biochar produced from crop residues at different tempe-ratures[J].Bioresource Technology,2011,102(3):3488-3497.

[11] Liang B,Lehmann J,Solomon D,etal.Black carbon increases cation exchange capacity in soils[J].Soil Science Society of America Journal,2006,70(5):1719-1730.

[12] 陳溫福，張偉明，孟軍.農(nóng)用生物炭研究進(jìn)展與前景[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46(16)：3324-3333.

[13] 陳心想，耿增超.生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，41(2)：167-174.

[14] Laird D,Fleming P,Wang B,etal.Biochar impact on nutrient leaching from a midwestern agricultural soil[J].Geoderma,2010,158(3):436-442.

[15] Mizuta K,Matsumoto T,Hatate Y,etal.Removal of nitrate-nitrogen from drinking water using bamboo powder charcoal[J].Bioresource Technology,2004,95(3):255-257.

[16] Kimetu J M,Lehmann J.Stability and stabilisation of biochar and green manure in soil with different organic carbon contents[J].Australian Journal of Soil Research,2010,48(7):577-585.

[17] Contina M,Pituelloa C,Nobilia M D.Organic matter mine-ralization and changes in soil biophysical parameters following biochar amendment[C]//González-Pérez J, González-Vila F J, Almendros G.Advances in natural organic matter and humic subtances research,proceedi-ngs.Purerto de la Cruz:[s.n.],2010.

[18] Grossman J M,O’Neill B E,Tsai S M,etal.Amazonian anthrosols support similar microbial communities that differ distinctly from those extant in adjacent,unmodified soils of the same mineralogy[J].Microbial Ecology,2010,60(1):192-205.

[19] 孫大荃，孟軍，張偉明，等.生物炭對棕壤大豆根際微生物的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，42(5)：521-526.

[20] 劉瑩瑩，秦海芝，李戀卿，等.不同作物原料熱裂解生物質(zhì)炭對溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2012，21(1)：146-152.

[21] Uchimiya M,Wartelle L H,Klasson K T,etal.Influence of pyrolysis temperature on biochar property and function as a heavy metal sorbent in soil[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(6): 2501-2510.

[22] Cao X D, Ma L Q, Gao B,etal. Dairy-manure derived biochar effectively sorbs lead and atrazine[J].Environ-mental Science & Technology, 2009, 43(9): 3285-3291.

[23] 朱繼榮，孫崇玉，于紅梅，等.生物炭對土壤肥力與環(huán)境的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(3)：65-69,73.

[24] Berglund L M,DeLuca T H,Zackrisson O.Activated carbon amendments to soil alters nitrification rates in Scots pine forests[J].Soil Biology & Biochemistry,2004, 36(12):2067-2073.

[25] Bornemann L C,Kookana R S,Welp G.Differential sorption behaviour of aromatic hydrocarbons on charcoals prepared at different temperatures from grass and wood[J].Chemosphere,2007,67(5):1033-1042.

[26] Spokas K A,Koskinen W C,Baker J M,etal.Impacts of woodchip biochar additions on greenhouse gas production and sorption/degradation of two herbicides in a Minnesota soil[J].Chemosphere,2009,77(4):574-581.

[27] Fang G D,Zhu C Y,Dionysios D,etal.Mechanism of hydroxyl radical generation from biochar suspensions: Implications to diethyl phthalate degradation[J].Bioresource Technology,2015,176:210-217.

[28] Liang B,Lehmann J,Sohi S P,etal.Black carbon affects the cycling of non-black carbon in soil[J].Organic Geochemistry,2010,41(2):206-213.

[29] Bagreev A,Bashkova S,Locke D C,etal.Sewage sludge-derived materials as efficient adsorbents for removal of hydrogen sulfide[J].Environmental Science & Techno-logy,2001,35(7):1537-1543.

[30] Liu Y,Yang M,Wu Y,etal.Reducing CH4and CO2emissions from waterlogged paddy soil with biochar[J].Journal of Soils and Sediments,2011,11(6):930-939.

[31] Steiner C,Teixeira W,Lehmann J,etal.Long term effects of manure, charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil[J].Plant and Soil, 2007, 291(1/2):275-290.

[32] Rondon M A,Ramirez J A,Lehmann J.Greenhouse gas emissions decrease with charcoal additions to tropical soils[C]// Proceedings of the 3rd USDA symposium on greenhouse gases and carbonsequestration.Baltimore:[s.n.],2005:208.

[33] Case S D C,McNamara N P,Reay D S,etal.Biochar suppresses N2O emissions while maintaining N availabi-lity in a sandy loam soil[J].Soil Biology & Biochemistry,2015,81:178-185.

[34] Singh B P,Hatton B J,Singh B,etal.Influence of biochars on nitrous oxide emission and nitrogen leaching from two contrasting soils[J].Journal of Environmental Quality,2010,39(4):1224-1235.

[35] Clough T J,Bertram J E,Ray J L,etal. Unweathered wood biochar impact on nitrous oxide emissions from a bovine-urine-amended pasture soil[J].Soil Science Society of America Journal,2010,74(3):852-860.

[36] Cayuela M L,Sanchez-Monedero M A, Roig A,etal.Biochar and denitrification in soils:When,how much and why does biochar reduce N2O emissions[J].Scientific Reports,2013,3:1732.

[37] Cavigelli M A,Robertson G P.Role of denitrifier diversity in rates of nitrous oxide consumption in a terrestrial ecosystem[J].Soil Biology & Biochemistry,2001,33 (3):297-310.

[38] Li B,Fan C H,Zhang H,etal.Combined effects of nitrogen fertilization and biochar on the net global warming potential,greenhouse gas intensity and net ecosystem economic budget in intensive vegetable agriculture in southeastern China[J].Atmospheric Environment,2015,100:10-19.

[39] Case S D C,Mcnamara N P,Reay D S,etal.The effect of biochar addition on N2O and CO2emissions from a sandy loam soile-the role of soil aeration[J].Soil Biology & Biochemistry,2012,51:125-134.

[40] Oram N J,van de Voorde,T F J,Ouwehand G J,etal.Soil amendment with biochar increases the competitive ability of legumes via increased potassium availability[J].Agriculture Ecosystems & Environment,2014,191:92-98.

[41] Vaccari F P,Barontia S,Lugatoa E,etal.biochar as a strategy to sequester carbon and increase yield in durum wheat[J].European Journal of Agronomy,2011,34(4):231-238.

[42] Zheng H,Wang Z,Deng X,etal. Impacts of adding biochar on nitrogen retention and bioavailability in agricultural soil[J].Geoderma,2013,206:32-39.

[43] 唐光木，葛春輝，徐萬里，等.施用生物黑炭對新疆灰漠土肥力與玉米生長的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30(9)：1797-1802.

[44] Chan K Y,van Zwieten L,Meszaros I,etal.Agronomic values of greenwaste biochar as a soil amendment[J].Australian Journal of Soil Research,2007,45(8):629-634.

[45] Steiner C,Garcia M,Zech W.Effects of charcoal as slow release nutrient carrier on N-P-K dynamics and soil microbial population: Pot experiments with ferralsol substrate[M]//Woods W I,Teixeira W G,Lehmann J,etal.Amazonian dark earths.Berlin:Springer-Verlag New York Inc,2009:325-338.

[46] 王劍，張硯銘，鄒洪濤，等.生物質(zhì)炭包裹緩釋肥料的制備及養(yǎng)分釋放特性[J].土壤，2013，45(1)：186-189.

[47] Khan M A,Kim K W,Mingzhi W,etal.Nutrient-impregnated charcoal: an environmentally friendly slow-release fertilizer[J].The Environmentalist,2008,28(3):231-235.

[48] 陳琳，喬志剛，李戀卿，等.施用生物質(zhì)炭基肥對水稻產(chǎn)量及氮素利用的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2013，29(5)：671-675.

[49] 盧廣遠(yuǎn)，張艷，王祥福，等.炭基肥料種類對土壤物理性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，15(5)：50-53.

[50] 高海英，何緒生，陳心想，等.生物炭及炭基硝酸銨肥料對土壤化學(xué)性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，31(10)：1948-1955.

[51] Schulz H,Glaser B.Effects of biochar compared to organic and inorganic fertilizers on soil quality and plant growth in a greenhouse experiment[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science-zeitschrift Fur Pflanzenernahrung Und Bodenkunde,2012,175(3):410-422.

[52] 王育紅，肖輝，程文娟，等.炭基肥對設(shè)施土壤肥力、番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43(16)：390-392.

[53] 任少勇，王姣，黃美華，等.炭基肥對馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30(6)：233-237.

[54] 喬志剛.不同生物質(zhì)炭基肥對不同作物生長、產(chǎn)量及氮肥利用率的影響研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

Research Progress of Application of Biochar and Biochar-based Fertilizer in Agriculture

WEI Chunhui，REN Yilin*，LIU Feng，DENG Yuxuan，YUAN Xiaochen

(College of Engineering,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

When biochar is putted into the soil alone, it can be used as a soil conditioner to improve soil conditions. Additionally, it can be combined with fertilizer, turning into biochar-based fertilizer, with a series of advantages such as slow-release of nutrients, stable increase of yield, etc., which is being applied more and more widely in agriculture. This paper reviewed the research progress of application of biochar and biochar-based fertilizer in agriculture mainly from following several aspects: the effect of biochar on soil physical and chemical properties, microorganisms, greenhouse gas emissions, crop growth and yield, the management of biochar on pollution of farmland soil, and the effect of biochar-based ferti-lizer on fertilizer nutrients, crop growth and yield, and clarified the advantages and disadvantages. The further research issues were also proposed, which would provide references for the application of biochar and biochar-based fertilizer in agriculture.

biochar; biochar-based fertilizer; agriculture; application progress

2015-09-20

國家科技支撐計劃項目(2014BAD11B03)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金項目(2014PY044)

魏春輝(1991-)，男，河南南陽人，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)與裝備。 E-mail:weichunhuixyz@126.com

*通訊作者：任奕林(1970-)，女，湖北天門人，副教授，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及農(nóng)產(chǎn)品檢測研究。 E-mail:renyiling@mail.hzau.edu.cn

S156.2

A

1004-3268(2016)03-0014-06