堯芳 任天寶 徐敏 張福建 徐辰生 馬光近 張莊儀 謝廷鑫 劉國順

摘要：土壤礦質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的均衡高效吸收對于作物的產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義。生物質(zhì)炭所具有的特殊結(jié)構(gòu)及富含碳的特性能夠改善作物對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收與利用。近年來，國內(nèi)外對生物質(zhì)炭改善土壤理化特性、促進(jìn)作物礦質(zhì)營養(yǎng)吸收、提高肥料利用效率等方面的研究日益深入。本文系統(tǒng)地論述了生物質(zhì)炭的理化特性及生物質(zhì)炭對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用影響的研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)植物對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收與利用。在此基礎(chǔ)上，探討了生物質(zhì)炭改善土壤礦質(zhì)營養(yǎng)吸收的機(jī)制，為生物質(zhì)炭在土壤改良與化肥減施技術(shù)方面的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭;土壤礦質(zhì)營養(yǎng);吸收;機(jī)制

中圖分類號： S156 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）10-0046-06

收稿日期：2019-07-31

基金項(xiàng)目：南平植煙土壤碳氮分布特征及其煙葉質(zhì)量提升關(guān)鍵技術(shù)研究（編號：20172102號）;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號：2017YFD0200808）。

作者簡介：堯 芳（1998—），女，江西撫州人，主要從事現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)研究。E-mail：18838935630@163.com。

通信作者：任天寶，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事煙草栽培與生物質(zhì)炭研究。E-mail：tianbao1016@126.com。

礦質(zhì)營養(yǎng)元素是植物生長發(fā)育中必不可少的物質(zhì)，是植物光合作用和呼吸作用合成的能量的載體和代謝物質(zhì)，也是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。其中，氮、磷、鉀和微量元素是作物生長所需的重要營養(yǎng)元素，它們對農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的形成起著極其重要的作用[1]。因此，礦質(zhì)元素的均衡供應(yīng)是實(shí)現(xiàn)作物優(yōu)質(zhì)高效栽培的前提，明確作物對土壤礦質(zhì)元素的需求特點(diǎn)與規(guī)律可以為健康栽培和精準(zhǔn)施肥提供理論依據(jù)，對于實(shí)現(xiàn)我國作物的優(yōu)質(zhì)、高效、綠色、安全生產(chǎn)具有重要意義。

氮是組成一切生命體的重要元素，農(nóng)田土壤中的氮素則是作物所需土壤養(yǎng)分庫中的基本要素;磷以多種形態(tài)存在于土壤中，其中生物有效性最高的形態(tài)是水溶態(tài)磷[2]，磷素可以使作物維持正常生長并保持較高的產(chǎn)量[3];鉀素堪稱農(nóng)作物的“主糧”，合理適量地施用鉀素，能使農(nóng)作物的秸稈粗壯堅(jiān)韌，并可防止倒伏、促進(jìn)開花結(jié)實(shí)，此外還能增強(qiáng)農(nóng)作物抗寒、抗早、抗病的能力[4]。但是，土壤中的氮素在轉(zhuǎn)化過程中會(huì)通過淋溶、揮發(fā)、吸附固定等途徑移出土體而損失;磷素會(huì)通過降雨或人工排水形成的地表徑流、土壤侵蝕及滲漏淋溶等途徑流失，這些直接關(guān)系到氮素和磷素的有效利用率。有研究發(fā)現(xiàn)，磷肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的利用率為5%～20%[5]，在水稻中的利用率為25%[6]。有研究結(jié)果顯示，鉀肥的當(dāng)季利用率為40%～70%，土壤中的有效鉀主要通過淋洗、徑流、固定等方式損失，這些導(dǎo)致土壤植物對鉀素的吸收利用率降低[4]。此外，微量元素也是農(nóng)作物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，目前有較多報(bào)道表明，微量元素在促進(jìn)植株生長發(fā)育、影響植株生理代謝、增強(qiáng)作物對病害的抵抗力等方面具有重要作用。如今，我國土壤面臨微量元素成分不協(xié)調(diào)、土壤矛盾突出、重金屬污染、部分缺素等問題，毫無疑問，這些問題將影響植物對微量元素的吸收利用。綜上所述，土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素利用率低已經(jīng)成為限制我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要因素，亟待深入開展如何提高土壤營養(yǎng)元素有效利用的相關(guān)研究。從已有的大量研究結(jié)果來看，新興的生物質(zhì)炭技術(shù)可以有效促進(jìn)植物對土壤營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用，增加土壤微生物的多樣性。王悅滿等研究發(fā)現(xiàn)，施生物炭處理與施氮對照（CKU）相比，施加0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生物質(zhì)炭處理的水稻籽粒吸氮量、氮肥吸收利用率、農(nóng)學(xué)效率分別提高了2368%、57.46%、1.86%[7]。房彬等研究發(fā)現(xiàn)，與單施復(fù)合肥、尿素相比，額外施用20、50、100 t/hm2生物質(zhì)炭處理組的土壤硝態(tài)氮含量分別提高了380%、26.3%、88.4%，土壤有效磷含量分別提高了34.8%、135.0%、232.2%[8]。

本文結(jié)合生物質(zhì)炭的理化特性，對國內(nèi)外土壤中氮、磷、鉀和礦質(zhì)元素的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，深入研究生物炭對土壤理化特性及礦質(zhì)營養(yǎng)吸收的影響機(jī)制，對于合理有效地調(diào)控土壤根際環(huán)境、最大限度地發(fā)揮生物質(zhì)炭對作物生長的生態(tài)功能、提高礦物營養(yǎng)資源的利用效率與作物生產(chǎn)力、實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有一定的理論價(jià)值與實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 生物質(zhì)炭的理化特性

生物質(zhì)炭通常是由生物殘?bào)w在完全或部分缺氧的情況下，經(jīng)高溫慢熱解產(chǎn)生的一類難熔、穩(wěn)定、高度芳香化、極度富碳的物質(zhì)。生物質(zhì)炭的主要成分是烷基和芳香類物質(zhì)，其組成元素主要有C、H、O、N、S等，其中碳元素含量約為40%～80%。生物質(zhì)炭呈高度羧酸酯化，表面具有芳香化結(jié)構(gòu)，其容重小，可溶性極低，溶沸點(diǎn)極高，在自然條件下呈堿性，pH值一般為7.0～10.5[9-10]。生物質(zhì)炭中的羧基、酚羥基、羥基、脂族雙鍵及芳香化等典型的結(jié)構(gòu)特征[11]，使其具備極強(qiáng)的吸附能力和抗氧化能力[12]。含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、理化性質(zhì)穩(wěn)定是生物質(zhì)炭固有的特點(diǎn)[10]，也是生物質(zhì)炭能夠還田改土、吸附儲(chǔ)存養(yǎng)分、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)碳封存的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[13]。近年來，作為新型的功能材料，生物質(zhì)炭在土壤改良與修復(fù)、土壤營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用及土壤微生物多樣性等方面的研究受到廣泛關(guān)注。向土壤中施用一定量的生物質(zhì)炭能夠有效改良土壤的理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分的有效性，從而促進(jìn)植物的生長發(fā)育和土壤微生物繁殖（生物質(zhì)炭具體的理化特性見表1）。

2 生物質(zhì)炭對土壤營養(yǎng)物質(zhì)吸收及利用影響的研究進(jìn)展2.1 生物質(zhì)炭對土壤氮素吸收與利用的影響

生物質(zhì)炭的添加可以改善土壤性質(zhì)、水分、養(yǎng)分狀況，進(jìn)而促進(jìn)植物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。Oguntunde等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的施入使土壤容重降低了9%，而總孔隙率則從45.7%提高到 50.6%[14]。此外，生物質(zhì)炭的多微孔結(jié)構(gòu)使其對土壤的持水能力產(chǎn)生影響。Steiner等通過在巴西亞馬遜河流域地區(qū)的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在土壤中施入生物質(zhì)炭（11 t/hm2）并經(jīng)過2年4個(gè)生長季后，水稻、高粱的產(chǎn)量累計(jì)約增加了75%[15]。鄧霞研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的添加可以顯著促進(jìn)玉米、黃瓜的生長，玉米、黃瓜干質(zhì)量分別提高了63%～80%、19%～23%;不同處理組之間植物體內(nèi)的總氮及土壤總氮含量無明顯變化，但是植物體的生物量卻有顯著提高[16]。此外，生物質(zhì)炭能有效提高土壤的持水能力，提高微生物量，提升土壤氮的固持能力，還能降低黑土中硝態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17]，即施用生物質(zhì)炭可以大幅度降低氮素的淋失作用[18-19]。Yamato等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭與肥料配合施用能夠增加玉米、花生的產(chǎn)量，主要可能與生物質(zhì)炭能夠增加土壤的有效養(yǎng)分含量、提高土壤的陽離子交換量、減少交換性有害離子含量、促進(jìn)作物生長有關(guān)[20]。Mizuta等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭對銨離子有很強(qiáng)的吸附性，因而可以降低氮素的揮發(fā)量，減少養(yǎng)分流失，從而提高土壤肥力[21]。

添加生物質(zhì)炭能夠提高土壤肥力，提升植物體對氮素的吸收與利用率。Makoto等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的添加促進(jìn)了落葉松幼苗外生菌根的形成，增強(qiáng)了落葉松幼苗對養(yǎng)分的吸收能力[22]。Blackwell等研究發(fā)現(xiàn)，添加生物質(zhì)炭促進(jìn)了土壤中菌根真菌的寄生，使得作物對養(yǎng)分和水分的吸收能力加強(qiáng)，從而提升了作物對氮素的吸收效率[23]。夏亞真等研究發(fā)現(xiàn)，在基質(zhì)中添加生物質(zhì)炭處理的番茄幼苗的氮含量、氮積累量均顯著高于對照，其中T2處理的氮含量、氮積累量最高，分別達(dá)到3.02 mg/kg、1.19 mg/株[24]。還有研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[25]、土壤碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)[26]及速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[27]，從而使植物可吸收利用的氮素量提高。Lehmann等認(rèn)為，生物質(zhì)炭施入土壤中可以減少可利用養(yǎng)分的滲漏流失，提高有效養(yǎng)分含量，從而為作物提供更多有效養(yǎng)分[28]。Steiner等通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭可以減少氮素流失，提高氮肥的利用率[29]。

2.2 生物質(zhì)炭對土壤磷素吸收與利用的影響

大量研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭促進(jìn)了煙株對土壤中有效磷的吸收轉(zhuǎn)化。劉卉等通過研究生物質(zhì)炭對植煙土壤養(yǎng)分的影響發(fā)現(xiàn)：在煙草旺長期施用生物質(zhì)炭的處理組與對照組相比，其土壤速效磷含量增加了約12%，與對照間存在顯著差異[30]。殷丹陽研究發(fā)現(xiàn)，杉葉炭在提高土壤有效磷、全磷含量方面的能力高于樹干炭，添加生物質(zhì)炭有助于提高土壤酶活性、改善土壤中磷素的利用狀況[31]。管恩娜等研究發(fā)現(xiàn)，用生物質(zhì)炭處理煙株提高了煙株生長過程中的有效磷含量，降低了烤煙打頂后磷物質(zhì)的積累量[32]。還有研究發(fā)現(xiàn)，添加生物質(zhì)炭能夠增強(qiáng)植煙土壤中堿性磷酸酶的活性，從而產(chǎn)生更多可供微生物和煙株使用的有效磷。李江舟等研究發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭能夠有效減少植煙土壤中硝態(tài)氮、磷酸鹽以及可溶性有機(jī)磷的淋溶損失，從而節(jié)約肥料，提高養(yǎng)分利用效率，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[33-34]。此外，在土柱淋洗模擬試驗(yàn)中，李江舟等還發(fā)現(xiàn)，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，添加生物炭對南方紫色土、赤紅壤和黃棕壤磷淋洗量的影響均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，尤以紫色土和赤紅壤上的變化較為明顯[35]。綜上，施用生物質(zhì)炭可以減少氮磷營養(yǎng)元素的流失，增加其在土壤中的含量，提高磷素的利用率。

生物質(zhì)炭可以改善土壤的理化性質(zhì)，表現(xiàn)在磷養(yǎng)分上，不僅可以減少土壤中磷養(yǎng)分的流失，而且能夠減少田面水中磷的流失。水分作為土壤養(yǎng)分的載體，是使土壤磷淋失的主要因素[36]。在農(nóng)田中施用生物質(zhì)炭，增加了土壤的持水量和團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，提高了作物對土壤有效水的利用率，對于減少土壤中磷的流失起到重要作用[37-39]。郎印海等研究發(fā)現(xiàn)，施加柚皮生物質(zhì)炭能有效抑制土壤對磷的吸附，可能是因?yàn)槭┘予制ど镔|(zhì)炭能夠促進(jìn)土壤中磷的活化，降低有效磷的淋失量。此外，生物質(zhì)炭還能通過影響土壤中的陽離子活性或者改變微生物活性間接影響磷素的有效性和可吸附性[40]，并且生物質(zhì)炭還能有效促進(jìn)土壤微生物對土壤磷素的溶解、礦化及固持作用，從而提高土壤中的有效態(tài)磷含量[41]。

2.3 生物質(zhì)炭對土壤鉀素吸收與利用的影響

施用生物質(zhì)炭能提高土壤中的有機(jī)碳水平，而有機(jī)碳能夠降低土壤的固鉀能力，使土壤中鉀元素的有效性提高，并且生物炭提高有機(jī)碳水平的效果與土壤類型有關(guān)。姜敏等研究發(fā)現(xiàn)，用生物質(zhì)炭處理的黃棕壤和灰潮土中的有機(jī)碳含量較對照明顯提高，隨著生物質(zhì)炭用量的增加，有機(jī)碳水平也隨之提高，并且施用1%、2%、3%生物質(zhì)炭處理的黃棕壤中有機(jī)碳含量分別比對照（25.53 g/kg）高37%、83%、117%;施用1%、2%、3%生物質(zhì)炭處理的灰潮土中有機(jī)碳含量分別比對照（12.73 g/kg）高71%、148%、237%[42]。

施用生物質(zhì)炭能夠提高土壤溫度，使土壤中緩效鉀的釋放量增多，并能提升速效鉀含量。姜敏等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的施入能夠提高土壤溫度，并且呈現(xiàn)隨著生物質(zhì)炭用量增加，土壤溫度提升幅度增加的趨勢[42]。柳開樓等通過研究在紅壤區(qū)施用稻草源生物質(zhì)炭對煙葉鉀含量的影響發(fā)現(xiàn)，與對照相比，施用60%化學(xué)鉀肥配施40%生物質(zhì)炭鉀肥，水稻土、旱地紅壤的速效鉀含量分別增加了4843%、29.63%[43]。金繼運(yùn)等通過研究發(fā)現(xiàn)了溫度與土壤供鉀容量和強(qiáng)度（Q/I）的關(guān)系：升高溫度促進(jìn)了土壤吸附位上吸附的K+離解，使土壤供鉀強(qiáng)度和容量明顯增加，即提高了土壤的供鉀能力[44]。Sparks等研究了溫度對土壤中鉀離子平衡過程的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度從0 ℃提高到40 ℃時(shí)，溶液中的鉀離子濃度顯著增加[45]。因此可見，土壤溫度的升高可以促進(jìn)其他形態(tài)的鉀向植物利用有效性高的鉀形態(tài)轉(zhuǎn)化。

施用生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)農(nóng)作物根系的生長，生物質(zhì)炭具有較大的比表面積，可為養(yǎng)分吸附提供較大的空間。根系是作物吸收營養(yǎng)的器官，作物對土壤中礦質(zhì)營養(yǎng)元素和水分的吸收能力影響著根系的大小、數(shù)量和根系在土壤中的分布特征，施用生物質(zhì)炭會(huì)影響土壤中鉀素的動(dòng)態(tài)變化及作物對其吸收。勾芒芒等研究發(fā)現(xiàn)，2%生物質(zhì)炭處理的總根表面積、總根體積和總根系密度分別是對照處理的1.15、1.17和1.80倍[46]。Uzoma等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭可以顯著增加玉米的吸鉀量，并在生物質(zhì)炭用量為15 t/hm2時(shí)達(dá)到最大吸鉀量21.56 kg/hm2[47]。綜上可見，生物質(zhì)炭對提高鉀元素的利用率有著非常重要的作用。

土壤中存在著大量微生物，施用生物質(zhì)炭能夠提高土壤中微生物的活性。吳洪生等研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鹽解鉀菌具有分解礦物鉀的能力，能將鉀長石等含鉀礦物中難溶態(tài)的無效鉀轉(zhuǎn)化為可溶性有效鉀，從而提高土壤中有效鉀的含量[48]。生物質(zhì)炭的多孔性為微生物的繁殖與生長提供了良好的棲息環(huán)境，能夠促進(jìn)土壤微生物的生長、發(fā)育和代謝[49]。Lehmann等研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的添加會(huì)增加土壤中的微生物量，影響微生物群落組成和土壤酶的活性[50]。郁倩文等研究發(fā)現(xiàn)，稻草生物質(zhì)炭對重金屬具有更好的吸附固定作用，從而提高了微生物活性[51]。

2.4 生物質(zhì)炭對土壤微量元素吸收的影響

土壤微量元素是影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，直接參與植株生長的生理生化過程，進(jìn)而影響作物的理化性狀。生物質(zhì)炭可以提高植物對一些微量元素的吸收與利用率，并且生物質(zhì)炭對土壤的重金屬離子有很強(qiáng)的吸附作用，其吸附性能比土壤中的膠體粒子高幾個(gè)數(shù)量級，因此會(huì)影響重金屬離子的遷移[51]，減少重金屬的毒害。此外，生物質(zhì)炭呈堿性，自身含有大量K+、Ca2+、Mg2+等鹽基離子，這些離子釋放后能夠?qū)⑼寥乐械腍+、Al3+置換出來[52]，從而調(diào)節(jié)土壤的pH值。張翠芳等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的不同施肥處理能不同程度地提高土壤中Ca、Mg的含量，降低土壤中Mn和Cu的含量[53]。張軍等研究發(fā)現(xiàn)，施用由生物炭、有機(jī)肥和微生物菌劑等制備的高碳基土壤修復(fù)肥后，土壤中有效Fe和有效Cu含量總體上略低于對照，土壤中的有效Mn含量在整個(gè)生育期內(nèi)略高于對照，有效Zn含量在大田生育前期略低于對照，而在生育后期則高于對照[54]。因此可見，生物質(zhì)炭對土壤中微量元素的改善具有積極作用，有利于土壤肥力的保持和植株各方面品質(zhì)的提高。

3 生物質(zhì)炭促進(jìn)土壤營養(yǎng)元素吸收的機(jī)制

生物質(zhì)炭富含有機(jī)碳，具有較大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)等，施入土壤后可顯著提高土壤中有機(jī)碳及腐殖質(zhì)含量。目前，國內(nèi)外關(guān)于生物質(zhì)炭對作物吸收營養(yǎng)元素的影響機(jī)制研究還沒有統(tǒng)一定論，有研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭對土壤養(yǎng)分的作用機(jī)制可能主要是影響土壤性質(zhì)、微生物活性、土壤中微生物的豐度及群落結(jié)構(gòu)等，進(jìn)而對土壤養(yǎng)分循環(huán)或理化性質(zhì)產(chǎn)生作用，最終影響作物對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收及其生長。

生物質(zhì)炭主要是通過調(diào)節(jié)物理肥力、化學(xué)肥力、生物肥力這3個(gè)方面來改善植物根系對營養(yǎng)元素的吸收狀況。物理肥力主要指生物質(zhì)炭能富集土壤陽離子、增加腐殖質(zhì)含量、促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)會(huì)提升土壤的保水保肥能力。生物質(zhì)炭具有特殊的多孔結(jié)構(gòu)，本身就能夠富集土壤中的礦質(zhì)元素。添加生物質(zhì)炭有利于形成更多有機(jī)融合態(tài)礦質(zhì)營養(yǎng)，防止養(yǎng)分的淋溶、流失，這可能是由于生物質(zhì)炭對土壤化學(xué)肥力的調(diào)節(jié)作用。生物質(zhì)炭對土壤生物肥力也具有一定的調(diào)節(jié)作用，主要通過調(diào)節(jié)作物根域土壤碳氮比及微生物有機(jī)碳含量進(jìn)而調(diào)節(jié)土壤微生物的種類和數(shù)量對土壤養(yǎng)分循環(huán)或理化性質(zhì)產(chǎn)生作用，最終影響作物對土壤營養(yǎng)元素的吸收及其生長。當(dāng)然，生物質(zhì)炭對土壤物理、化學(xué)、生物肥力的調(diào)節(jié)是相互聯(lián)系、相輔相成的。一方面，微生物可以通過分泌微膠質(zhì)物質(zhì)等來增加土壤中的氧氣，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，同時(shí)，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有利于保水保肥，進(jìn)一步增加了微生物可以利用的氧氣和水分含量，對微生物數(shù)量的增加有一定的促進(jìn)作用，從而增加了土壤生物肥力;另一方面，微生物也能分解有機(jī)質(zhì)，增加有機(jī)碳含量，增強(qiáng)土壤的化學(xué)肥力，而化學(xué)肥力的增加又能高效地給土壤微生物提供各種養(yǎng)分，從而進(jìn)一步提高土壤的生物肥力。綜上所述，生物質(zhì)炭對土壤物理、化學(xué)、生物肥力都有一定的促進(jìn)作用，并且它們之間并不相互獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)的。正是由于具有密切的相關(guān)性，生物質(zhì)炭在土壤中發(fā)揮了獨(dú)特的作用，才能有效地促進(jìn)土壤中營養(yǎng)元素的循環(huán)，提高植物對營養(yǎng)元素的吸收利用率?；谝陨戏治?，筆者總結(jié)得到了生物質(zhì)炭促進(jìn)土壤營養(yǎng)元素吸收的機(jī)制模型，詳見圖1。

4 結(jié)語及展望

本文綜述了生物質(zhì)炭對土壤氮磷鉀及微量元素的影響，旨在為提高作物對土壤礦質(zhì)元素的吸收

利用效率提供科學(xué)依據(jù)。生物質(zhì)炭作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑或土壤碳庫調(diào)節(jié)劑，對提高植物對氮磷鉀及微量元素的利用率和微生物的多樣性有顯著作用，但在改善土壤的長期效果上，目前尚缺乏較系統(tǒng)的研究和數(shù)據(jù)支持，因此很難量化分析生物質(zhì)炭對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收的動(dòng)力學(xué)或差異性的影響。未來關(guān)于生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)土壤領(lǐng)域的應(yīng)用建議加強(qiáng)以下3個(gè)方面的研究：（1）結(jié)合當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，緊跟農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的國際前沿，可以加強(qiáng)分子生物學(xué)和信息技術(shù)等新方法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)炭對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素影響的定量分析。（2）目前農(nóng)業(yè)上研究生物質(zhì)炭對土壤營養(yǎng)元素的影響都停留在短期效果上，針對生物質(zhì)炭對土壤改良及環(huán)境影響的綜合效應(yīng)，建議開展生物質(zhì)炭對不同土壤類型的長期定位試驗(yàn)研究。（3）開展生物質(zhì)炭對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收機(jī)制研究，以及不同礦質(zhì)元素吸收差異性及代謝途徑的探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]史祥賓，王孝娣，王寶亮，等. ‘巨峰葡萄不同生育期植株礦質(zhì)元素需求規(guī)律[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52（15）：2686-2694.

[2]宋 春，毛 璐，徐 敏，等. 玉米-大豆套作體系作物根際土壤磷素形態(tài)及有效性[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（5）：226-230，238.

[3]吳蔚君，徐云連，邢素林，等. 生物質(zhì)炭對土壤氮磷轉(zhuǎn)化和流失的影響[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2018，8（9）：20-26.

[4]李書芬. 土壤鉀素現(xiàn)狀及鉀肥施用意見[J]. 河北農(nóng)業(yè)科技，2001（6）：30-31.

[5]巨曉棠，谷保靜. 我國農(nóng)田氮肥施用現(xiàn)狀、問題及趨勢[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2014，20（4）：783-795.

[6]四川省農(nóng)業(yè)廳. 我國三大糧食作物肥料利用率處較低水平[J]. 四川農(nóng)業(yè)科技，2013（12）：47.

[7]王悅滿，馮彥房，楊林章，等. 水熱及裂解生物質(zhì)炭對水稻產(chǎn)量及氮素利用率的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，34（8）：755-761.

[8]房 彬，李心清，趙 斌，等. 生物質(zhì)炭對旱作農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（8）：1292-1297.

[9]黃柱堅(jiān)，朱子驁，吳學(xué)深，等. 皇竹草生物質(zhì)炭的結(jié)構(gòu)特征及對重金屬吸附作用機(jī)制[J]. 環(huán)境化學(xué)，2016，35（4）：766-772.

[10]李佳軼，劉 文，任天寶，等. 植煙土壤物理特性及碳庫對不同粒徑生物質(zhì)炭的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[J]. 中國土壤與肥料，2019（2）：14-23.

[11]Titirici M M，Thomas A，Yu S H，et al.A direct synthesis of mesoporous carbons with bicontinuous pore morphology from crude plant material by hydrothermal carbonization[J]. Chemistry of Materials，2007，19：4205-4212.

[12]Schmidt M W I，Noack A G.Black carbon in soils and sediments：analysis distribution，implications，and current challenges[J]. Global Biogeochemical Cyeles，2000，14（3）：777-793.

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

[14]Oguntunde P G，Abiodun B J，Ajayi A E，et al. Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J]. Joumal of Plant Nutrient and Soil Science，2008，171：591-596.

[15]Steiner C，Teixeria W G，Lehmann J，et al.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，2007，291：275-290.

[16]鄧 霞. 濕地植物生物質(zhì)炭的制備及其對土壤氮素生物有效性的影響[D]. 青島：中國海洋大學(xué)，2012：12-13.

[17]蓋霞普. 生物質(zhì)炭對土壤氮素固持轉(zhuǎn)化影響的模擬研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2015：50-51.

[18]周志紅，李心清，邢 英，等. 生物炭對土壤氮素淋失的抑制作用[J]. 地球與環(huán)境，2011，39（2）：278-284.

[19]吳 丹，林靜雯，張 巖，等. 牛糞生物炭對土壤氮肥淋失的抑制作用[J]. 土壤通報(bào)，2015，46（2）：458-463.

[20]Yamato M，Okimori Y，Wibowo I F，et al.Effects of the application of charred bark of Acacia mangium on the yield of maize，cowpea and peanut，and soil chemical properties in South Sumatra，Indonesia[J]. Soil Science and Plant Nutrition，2006，52（4）：489-495.

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

[22]Makoto K，Tamai Y，Kim Y S，et al.Buried charcoal layer and ectomycorrhizae cooperatively promote the growth of Larix gmelinii seedlings[J]. Plant and Soil，2010，327：143-152.

[23]Blackwell P，Krull E，Butler G，et al.Effect of banded biochar on dryland wheat production and fertiliser use in south-western Australia：an agronomic and economic perspective[J]. Australian Journal of Soil Research，2010，48（7）：531-545.

[24]夏亞真，田利英，李勝利，等. 生物炭對番茄幼苗生長及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 中國蔬菜，2018（5）：32-35.

[25]van Zwieten L，Kimber S，Morris S，et al.Effect of biochar from slow pyrolysis of papermill waste onagronomic perform and soil fertility[J]. Plant and Soil，2010，327（1）：235-246.

[26]葉協(xié)鋒，李志鵬，于曉娜，等. 生物質(zhì)炭用量對植煙土壤碳庫及烤后煙葉質(zhì)量的影響[J]. 中國煙草學(xué)報(bào)，2015，21（5）：33-41.

[27]趙殿峰，徐 靜，羅 璇，等. 生物炭對土壤養(yǎng)分、烤煙生長以及煙葉化學(xué)成分的影[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（3）：85-92.

[28]Lehmann J，da Silva Jr J P，Steiner C，et al. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin：fertilizer，manure and chareoal amendments[J]. Plant and Soil，2003，249：343-357.

[29]Steiner C，Glaser B，Teixeira W G，et al. Nitrogen retention and plant uptake on a highly weathered central Amazonian Ferralsol amended with compost and areola[J]. Soil Seience and Plant Nutrition，2008，171（6）：893-899.

[30]劉 卉，周清明，黎 娟，等. 生物炭對植煙土壤養(yǎng)分的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2016，18（3）：150-155.

[31]殷丹陽. 生物質(zhì)炭添加對土壤磷素有效性及酶活性的影響[C]//中國土壤學(xué)會(huì)土壤環(huán)境專業(yè)委員會(huì)第十九次會(huì)議暨“農(nóng)田土壤污染與修復(fù)研討會(huì)”第二屆山東省土壤污染防控與修復(fù)技術(shù)研討會(huì)摘要集.濟(jì)南，2017：55-28.

[32]管恩娜，管志坤，楊 波，等. 生物質(zhì)炭對植煙土壤質(zhì)量及烤煙生長的影響[J]. 中國煙草科學(xué)，2016，37（2）：36-41.

[33]李江舟，婁翼來，張立猛，等. 不同生物炭添加量下植煙土壤養(yǎng)分的淋失[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（4）：1075-1080.

[34]劉玉學(xué)，呂豪豪，石 巖，等. 生物質(zhì)炭對土壤養(yǎng)分淋溶的影響及潛在機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（1）：304-310.

[35]李江舟，張慶忠，婁翼來，等. 施用生物質(zhì)炭對云南煙區(qū)典型土壤養(yǎng)分淋失的影響[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，32（1）：48-53.

[36]Knowles O A，Robinson B H，Contangelo A，et al. Biochar for themitigation of nitrate leaching from soil amended with biosolids[J]. Science of the Total Environment，2011，409（17）：3206-3210.

[37]劉祥宏. 生物炭在黃土高原典型土壤中的改良作用[D]. 北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2013：12-13.

[38]Wang W，Zeng C，Sardans J，et al. Amendment with industrial andagricultural wastes reduces surface-water nutrient loss and storageof dissolved greenhouse gases in a subtropical paddy field[J]. Agriculture，Ecosystems & Environment，2016，231（1）：296-303.

[39]Bradley A，Larson R A，Runge T. Effect of wood biochar in manure-appliedsand columns on leachate quality[J]. Journal of Environmental Quality，2015，44（6）：1720-1728.

[40]郎印海，王 慧，劉 偉. 柚皮生物炭對土壤中磷吸附能力的影響[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，45（4）：78-84.

[41]王 寧，焦曉燕，武愛蓮，等. 生物炭對土壤磷、鉀養(yǎng)分影響研究進(jìn)展[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（9）：1402-1405，1420.

[42]姜 敏，汪 霄，張潤花，等. 生物炭對土壤不同形態(tài)鉀素含量的影響及機(jī)制初探[J]. 土壤通報(bào)，2016，47（6）：1433-1441.

[43]柳開樓，胡惠文，葉會(huì)財(cái)，等. 紅壤區(qū)施用稻草源生物炭對煙葉鉀含量的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2018，39（12）：2350-2354.

[44]金繼運(yùn)，高廣領(lǐng)，王澤良，等. 溫度對土壤鉀素容量和強(qiáng)度（Q/I）關(guān)系的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，1992，29（2）：137-141.

[45]Sparks D L，Liebhardt W C.Temperature effects on potassium exchange and selectivity in Delaware soils[J]. Soil Science，1982，133（1）：10-17.

[46]勾芒芒，屈忠義. 土壤中施用生物炭對番茄根系特征及產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，22（8）：1348-1352.

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

[48]吳洪生，陳佳宏，劉正柱，等. 鉀細(xì)菌制劑對土壤鉀素的影響探討[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，11（3）：92-94.

[49]張功臣，趙征宇，王 波，等. 生物質(zhì)炭和微生物菌劑配施對設(shè)施土壤理化特性及黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（18）：155-159.

[50]Lehmann J，Rillig M C，Thies J，et al.Biochar effects on soil biota-a review[J]. Soil Biology and Biochemistry，2011，43（9）：1812-1836.

[51]郁倩文，張琳穎，程鵬飛，等. 微生物/生物炭系統(tǒng)修復(fù)重金屬污染土壤實(shí)驗(yàn)研究[J]. 嘉興學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，30（6）：109-115.

[52]Novak J M，F(xiàn)rederick J R，Bauer P J，et al. Rebuilding organic carbon contents in coastal plain soils using conservation tillage systems[J]. Soil Sci Soc Am J，2009，73（2）：622-629.

[53]張翠芳，潘存德，王世偉. 油渣和生物炭對核桃生產(chǎn)園土壤肥力的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2017，33（18）：76-80.

[54]張 軍，朱 麗，劉國順，等. 高碳基土壤修復(fù)肥對植煙土壤有效微量元素及煙葉品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：146-149.