桂利權(quán)　張永利　王燁軍

摘要 ? ?生物炭是在厭氧或無(wú)氧條件下，由生物材料經(jīng)高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一類富含碳素、孔隙發(fā)達(dá)、比表面積巨大、高度芳香化、性質(zhì)穩(wěn)定的固態(tài)多功能材料。生物炭施入土壤具有改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)蓄肥保水能力、提高土壤養(yǎng)分含量、促進(jìn)植物菌根生長(zhǎng)，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的作用。本文從生物炭的性質(zhì)特征以及生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分、作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面綜述了生物炭對(duì)土壤肥力及作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究進(jìn)展，分析現(xiàn)有研究的不足，指出了未來生物炭應(yīng)用的研究方向，為生物炭的推廣應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞 ? ?生物炭;土壤改良;理化性狀;土壤養(yǎng)分;作物產(chǎn)量;作物品質(zhì)

中圖分類號(hào) ? ?X712;S158 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）16-0136-04

Research ?Advance ?on ?Effects ?of ?Biochar ?on ?Soil ?Fertility ?and ?Crop′s ?Yield ?and ?Quality

GUI Li-quan 1 ? ?ZHANG Yong-li 2 * ? ?WANG Ye-jun 2

（1 Xieyuda Tea Co. Ltd.， Huangshan Anhui 245900; 2 Tea Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences）

Abstract ? ?Biochar is a kind of solid multi-functional material with abundant carbon， developed pores， large specific surface area， high aromatization and stable properties， which is produced by high temperature pyrolysis of biological materials under anaerobic or anaerobic conditions. The application of biochar into soil could improve the soil structure， enhance the capacity of fertilizer storage and water retention， improve the soil nutrient content， promote the growth of plant and mycorrhiza， and thus improve the yield and quality of crops. This paper summarized the status and knowledge gaps about the characteristics of biochar and the influence of biochar on soil physical and chemical properties， soil nutrient and crop yield and quality. Finally， research direction was discussed， in order to provide reference for better use of biochar in agriculture.

Key words ? ?biochar; soil improvement; physical and chemical properties; soil nutrient; crop yield; crop quality

生物炭是在厭氧或無(wú)氧條件下，由農(nóng)作物廢棄物、木材、植物落葉、畜禽糞便等生物材料經(jīng)高溫?zé)峤猓ㄍǔ?700 ℃）產(chǎn)生的一類富含碳素、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積巨大、含氧官能團(tuán)豐富、高度芳香化、性質(zhì)穩(wěn)定的固態(tài)多功能材料[1-2]。Lehmann[3]指出，將生物炭添加至土壤可減少CO2向大氣的排放，自此，關(guān)于生物炭的研究逐漸受到廣泛關(guān)注。生物炭含碳70%～80%，一般呈堿性，疏松多孔，具亂層結(jié)構(gòu)，具有較高的表面能和良好的吸附性，被譽(yù)為“黑色黃金”[4]，在環(huán)境領(lǐng)域主要用來破解秸稈燃燒難題，減少面源污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)“碳封存”，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要用來改良土壤結(jié)構(gòu)[5]、提高土壤肥力[6]、修復(fù)重金屬及農(nóng)藥殘留污染土壤[7-9]、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[10]等。生物炭主要種類有木炭、竹炭、秸稈炭、稻殼炭、動(dòng)物糞便炭等[11-12]，但生物質(zhì)的制備原料、熱解溫度、熱解速度等差異決定了生物炭材料在孔隙結(jié)構(gòu)、碳含量、比表面積、表面化學(xué)性質(zhì)、pH值、灰分含量、持水性等方面[13]表現(xiàn)出非常廣泛的多樣性，其熱穩(wěn)定性及碳封存潛力也不同[14]，進(jìn)而使其擁有不同的土壤環(huán)境效應(yīng)。因此，本文綜述了生物炭對(duì)土壤肥力及作物的影響研究進(jìn)展，以期為生物炭在土壤改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 ? ?生物炭的性質(zhì)特征

生物質(zhì)炭富含C、N、P、K、Ca等營(yíng)養(yǎng)元素，通常含碳60%以上[15]，由大量高度扭曲、不規(guī)則堆積的芳香環(huán)組成，有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，多孔、比表面積大、表面大量的負(fù)電荷及高電荷密度性能以及酚羥基、羧基、羰基基團(tuán)等賦予其很強(qiáng)的吸附能力[16-17]，且生物炭具有熱穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，可為微生物生存繁殖提供空間，也可為土壤養(yǎng)分和污染物提供附著點(diǎn)。

生物炭的原材料和熱解溫度顯著影響生物炭的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響其培肥能力和環(huán)境功能[18]：生物炭的原材料影響C/N比、灰分含量和石墨化程度，從而影響生物炭的陽(yáng)離子交換量（CEC）和電導(dǎo)率（EC）;溫度主要影響孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積和吸附特性。袁 ?帥等[19]對(duì)已有研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，生物炭的裂解溫度大都集中在200～800 ℃之間;生物炭全碳含量在30%～90%（平均64%），其中木質(zhì)炭的含碳量最大，大多為40%～80%，其次是秸稈炭，在60%～85%，然后是殼類炭、糞污炭和污泥炭;灰分含量為0～40%（平均15.52%），灰分含量由大到小依次是污泥、糞污、秸稈、殼類和木質(zhì)生物炭;生物炭灰分含有一定量的礦質(zhì)養(yǎng)分，可以補(bǔ)充砂質(zhì)土壤及養(yǎng)分貧瘠土壤的一些養(yǎng)分供應(yīng)，一般污泥、畜禽糞便生物炭較其他類型生物炭養(yǎng)分含量更高;生物炭比表面積絕大多數(shù)在0～520 m2/g，殼類、秸稈、木質(zhì)、糞污和污泥生物炭比表面積逐漸降低;生物炭pH值范圍在5～12（平均為9.15），秸稈、污泥、糞污、木質(zhì)、殼類生物炭pH值中值逐漸降低;生物炭的CEC在0～500 cmol/kg（平均為71.91 cmol/kg）;相關(guān)性分析結(jié)果顯示，生物炭裂解溫度與生物炭碳含量、灰分含量、比表面積、pH值和CEC均成顯著正相關(guān)關(guān)系。

生物炭高度碳化以及芳香環(huán)和烷基結(jié)構(gòu)緊密堆積的化學(xué)穩(wěn)定性機(jī)制可對(duì)碳素進(jìn)行固定，其表面的有機(jī)結(jié)構(gòu)與土壤中的礦物形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，將生物炭封閉其中，從而保持了其穩(wěn)定性。在生物炭的各方面特性中，穩(wěn)定性直接決定其在固碳減排、與土壤交互作用以及影響作物生長(zhǎng)發(fā)育等方面的應(yīng)用潛力，是決定其農(nóng)業(yè)和環(huán)境效益能否長(zhǎng)久的關(guān)鍵基礎(chǔ)[20-21]。而生物炭穩(wěn)定性受生產(chǎn)條件、生物質(zhì)類型、土壤性質(zhì)和氣候條件等方面影響[22]。

生物炭的穩(wěn)定性因生物質(zhì)原料類型的不同而存在差異。陳靜文等[23-24]以植物類（香蕉桿、玉米芯）、沉積物類（泥炭土、草海底泥）原料制備生物炭，發(fā)現(xiàn)沉積物類生物炭具有更高的熱穩(wěn)定性，而植物類生物炭具有更高的化學(xué)氧化穩(wěn)定性，表現(xiàn)為玉米芯生物炭>香蕉桿生物炭>草海底泥生物炭>泥炭土生物炭，可能是因?yàn)橹参镱愒夏举|(zhì)素含量較高，其在高溫?zé)峤鈺r(shí)可能形成類石墨烯C結(jié)構(gòu)，因而提高了生物炭的穩(wěn)定性[25]。在麥秸、稻秸和松木屑這3種植物炭中松木屑生物炭的熱穩(wěn)定性最好[26];在500 ℃制備條件下，竹片、山核桃殼和油菜秸稈生物炭的穩(wěn)定性均優(yōu)于稻秸生物炭[27];在350 ℃和650 ℃條件下生物炭的芳香化程度和穩(wěn)定性為雞糞生物炭>稻秸生物炭>滸苔生物炭[28];在180、240、300 ℃條件下，豬糞生物炭較稻秸生物炭的芳香化程度更高，穩(wěn)定性更強(qiáng)[29]。炭化溫度是影響生物炭穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素，比停留時(shí)間對(duì)生物炭穩(wěn)定性的影響更顯著[30]，隨著炭化溫度的升高，生物炭中纖維素和半纖維素含量逐漸降低[31]，甲基（-CH3）和亞甲基（-CH2）逐漸消失[32]，氫、氧含量降低，芳香化和石墨化加劇[31]，生物炭的礦化速率減小[33]，穩(wěn)定性增強(qiáng)。郭小萌[34]利用西伯利亞鳶尾生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物炭，發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度的升高，生物炭的產(chǎn)率降低，灰分增加，利于重金屬Pb富集和穩(wěn)定化。生物炭在土壤中的穩(wěn)定性也受到土壤特性和氣候條件等外在環(huán)境因素的影響[35]。Luo等[36]研究表明，生物炭在pH值為3.7土壤中的降解速率顯著低于pH值為7.6的土壤，但也有研究表明，生物炭的降解速率隨土壤pH值的增加（4.34～7.81）而降低[37]。Fang等[38]研究表明，土壤中黏粒和礦物含量對(duì)土壤中生物炭的穩(wěn)定性有重要影響，在黏粒含量和黏土礦物含量較高的土壤中生物炭的穩(wěn)定性較強(qiáng)。

2 ? ?生物炭對(duì)土壤理化性狀的影響

2.1 ? ?生物炭對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

生物質(zhì)炭化后具有較大的孔隙度和比表面積[39]。直徑小的生物炭可更好地與土壤顆粒結(jié)合，形成一定的微小團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高水分子在土壤中的附著力，增加土壤含水量[40]。

生物炭還能降低土壤收縮程度，保持土壤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高土壤持水能力[41]。顏永毫等[42]研究表明，在黃土高原典型塿土、黃綿土、風(fēng)沙土中添加生物炭，土壤田間持水量分別增加2.77%、3.09%、4.17%，顯著高于不施炭處理，且土壤田間持水量隨生物炭施用量的增加而增加[43]。Yu等[44]研究表明，在沙壤土中添加9%生物炭，可使土壤持水能力提高1倍，且土壤持水量隨施用量的增加而顯著增強(qiáng)。

生物炭體積密度小、粒徑小、質(zhì)地疏松，施入土壤可改善土壤松緊度，降低土壤容重;生物炭多孔，且微孔形狀各異，數(shù)量較多，將其添加到土壤中，可以填充土壤大孔隙，使之分割成許多小孔隙，改變土壤孔隙度;生物炭添加到土壤中還會(huì)引發(fā)土體孔徑分布聚集過程的重組，進(jìn)而改變土體的孔徑分布情況。在影響土壤結(jié)構(gòu)上，生物炭由于其比表面積大和吸附作用強(qiáng)等特性，施入土壤后可與土壤有機(jī)質(zhì)、微生物及黏土礦物等相互作用，具有促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成及起到穩(wěn)定的作用;土壤團(tuán)聚體的形成，反過來又促進(jìn)了土壤微生物活動(dòng)，從而改善土壤結(jié)構(gòu)[45]。Oguntunde等[46]研究表明，施用生物炭可使飽和導(dǎo)水率提高88%，土壤容重降低9%，總孔隙率從45.7%增加到50.6%，為根系提供了良好的生長(zhǎng)空間，有利于根系生長(zhǎng)。

2.2 ? ?生物炭對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

張 ?祥等[47]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭可以顯著增加紅壤和黃棕壤pH值。生物炭是一種比石灰更有益的酸性土壤中和劑[48]，一方面是因?yàn)樯锾恐泻写罅康挠袡C(jī)官能團(tuán)（-COO-、-COOH、-O-、-OH等），本身大多呈堿性[19]，通過提高土壤堿基飽和，降低可交換鋁水平，消耗土壤質(zhì)子而提高酸性土壤pH值;另一方面生物炭中灰分比例較大，含有鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子，可以通過降低土壤氫離子及交換性鋁離子水平，從而提高土壤鹽基離子如鈣、鉀、鈉等的飽和度進(jìn)而增加土壤CEC，提高土壤pH值[49]。生物炭還能使部分穩(wěn)定態(tài)元素變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)元素，增加土壤CEC。何飛飛等[50]研究表明，隨著生物炭施用量增加，土壤pH值、CEC值和持水量均升高。生物炭對(duì)土壤pH值的影響大小主要取決于生物炭的種類以及炭化溫度和炭化時(shí)間[51]。生物炭對(duì)酸性土壤和低陽(yáng)離子交換量的土壤具有很好的改良效果[52]，對(duì)堿性土壤效果不明顯[53]。

生物炭中含有大量有機(jī)碳素，而且生物炭比表面積及多孔性促使生物炭吸附土壤有機(jī)質(zhì)，催化小分子有機(jī)物聚合成土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)團(tuán)聚體形成。此外，生物炭的生物穩(wěn)定性促進(jìn)土壤腐殖質(zhì)形成，因而施用生物炭可以顯著提高土壤有機(jī)碳、有機(jī)質(zhì)或腐殖質(zhì)含量，土壤有機(jī)碳含量與生物炭用量成顯著正相關(guān)關(guān)系[54]。王 ?毅等[55]研究結(jié)果表明，同量小麥秸稈轉(zhuǎn)化為生物炭后連續(xù)還田能夠提高植煙土壤總有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳含量，更有利于土壤有機(jī)碳的長(zhǎng)期固存。高夢(mèng)雨等[56]研究表明，連續(xù)多年施用炭基肥或生物炭均能明顯提高土壤總有機(jī)碳、游離態(tài)顆粒有機(jī)碳、閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳含量，提升效果顯著優(yōu)于投入等量碳素或等量氮磷鉀養(yǎng)分;連續(xù)多年施肥可以提高土壤中水溶性有機(jī)碳含量，但炭基肥與生物炭、氮磷鉀配施處理間無(wú)明顯差異。陸 ?暢等[57]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田、秸稈+速腐劑還田提高土壤有機(jī)碳活性和碳庫(kù)管理指數(shù)的效果優(yōu)于施用生物炭，有利于提升地力和改善土壤質(zhì)量，而施用生物炭土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性較高，有利于土壤有機(jī)碳長(zhǎng)期穩(wěn)定固持。通常認(rèn)為生物炭通過影響土壤微生物的生物量和群落組成影響了土壤有機(jī)碳的礦化，Chen等[58]研究表明，生物炭施用顯著提高了土壤水分庫(kù)容和pH值，影響了土壤細(xì)菌和真菌群落的組成和共生網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，生物炭施用導(dǎo)致細(xì)菌和真菌網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵類群的競(jìng)爭(zhēng)性交互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致生物炭的負(fù)激發(fā)效應(yīng)。

3 ? ?生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

生物炭本身含有N、P、K、Ca、Mg、S等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，特別是畜禽糞便生物炭具有較高礦質(zhì)養(yǎng)分，施用后礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素可返還到土壤中，提高土壤養(yǎng)分以及生產(chǎn)力[59]。低溫?zé)峤獾纳锾烤哂泻芨叩奶己?、碳氮比、堿性和鉀含量，而氮、磷含量較少;隨著溫度的升高，碳含量有減少的趨勢(shì)，而氮、磷、鉀和pH值有增加的趨勢(shì)[60]。土壤中施入生物炭可顯著增加植物生長(zhǎng)必需的主要陽(yáng)離子（K、Mg、Ca、Mn、Zn、Cu等）的可給態(tài)，提高土壤養(yǎng)分的有效性;同時(shí)生物炭具有高吸附能力、CEC及化學(xué)反應(yīng)性，可作為肥料緩釋載體，延緩肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放，增加對(duì)養(yǎng)分的交換吸附，減少營(yíng)養(yǎng)離子的溶解遷移，降低肥料養(yǎng)分的淋失等損失，提高肥料養(yǎng)分利用率;生物炭還可以通過提高土壤有機(jī)碳含量，從而改善土壤保水保肥性能。

近年來，把生物炭作為土壤改良劑來減少養(yǎng)分淋失的研究日益增多。生物炭可去除或吸附土壤中某些影響硝化或反硝化作用的抑制劑，提高土壤氧氣量，從而抑制微生物反硝化作用，降低氮素?fù)p失[61]，提高土壤中硝態(tài)氮含量、全氮量，在酸性土壤、砂質(zhì)土壤和氮素缺乏、有機(jī)質(zhì)較低的土壤中效果更為明顯。徐建明[62]研究表明，生物炭可增加反硝化基因（nirK、nirS和nosZ）的豐度，從而增加N2O排放;隨著生物炭芳香化程度的增加或熱解溫度的升高，其N2O排放和反硝化基因減少，易礦化碳的去除也會(huì)使N2O排放和反硝化基因減少。整體而言，不同類型的生物炭施用在不同土壤中對(duì)土壤中氮的累積和利用呈現(xiàn)積極影響[63]。不同類型的生物炭添加對(duì)土壤中磷的利用、保持和活化也具有積極作用[63]。生物炭呈堿性，能改善酸性土壤的酸度，進(jìn)而改變土壤有效磷的活性，而且生物炭可通過降低土壤對(duì)磷的吸附、增加解吸以提高磷的利用率，促進(jìn)解磷微生物活化，使難溶態(tài)磷轉(zhuǎn)化成可溶態(tài)磷[64]。

4 ? ?生物炭對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

趙海成等[65]研究表明，連年生物炭和秸稈還田主要通過顯著降低鹽堿土容重和pH值，提高土壤氮磷鉀含量和孔隙度，導(dǎo)致每穴穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，從而實(shí)現(xiàn)了水稻增產(chǎn);在相同還田量條件下，秸稈還田氮磷鉀的農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力提高幅度大于生物炭還田。劉 ?成等[66]研究表明，施用生物炭可顯著提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度平均為15.1%，其中旱地作物平均增產(chǎn)16.4%，水稻增產(chǎn)10.4%。單施生物炭促進(jìn)作物增產(chǎn)的原因如下：一是施用生物炭可提高pH值、電導(dǎo)率、鹽基飽和度，減少活性鋁，增加有效P、K、Mg、Ca和Na，減少有毒元素，如重金屬Fe、Mn和Zn;二是生物炭可以作為濾膜，以可交換形態(tài)吸附帶正電或負(fù)電的礦物離子;三是生物炭具有很大的內(nèi)表面積，可增加氧化時(shí)間，使氧化過程逐步進(jìn)行，同時(shí)為養(yǎng)分的吸附和微生物群落的生存提供較大空間;四是增加土壤孔隙度和土壤持水性，促進(jìn)植物和根系的生長(zhǎng)，土壤通透性增加抑制了微生物的反硝化作用，從而增加土壤氮素的有效性[67];五是施炭促進(jìn)原生菌根真菌的活性，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)。土壤質(zhì)地和酸堿度是影響作物增產(chǎn)幅度的重要因素[66]。研究表明，生物炭對(duì)作物的影響不僅取決于生物炭的性質(zhì)、用量，同時(shí)與生物炭的施用方式有關(guān)，生物炭的單施、混施或配施對(duì)土壤-作物系統(tǒng)均有一定的影響[67]。高夢(mèng)雨等[56]研究表明，連續(xù)施用炭基肥對(duì)花生產(chǎn)量的提升效果最好，顯著高于等氮磷鉀養(yǎng)分和等碳量處理。王 ?峰等[68]研究顯示，生物炭對(duì)茶葉產(chǎn)量的影響因施氮量而異，在不施氮和減量化施氮條件下，配施生物炭處理茶葉產(chǎn)量增加8.82%和8.75%，而常規(guī)施氮條件下配施生物炭處理茶葉產(chǎn)量略有降低，但差異均不顯著。

但是，目前也有生物炭對(duì)作物產(chǎn)量無(wú)影響甚至降低產(chǎn)量的相關(guān)報(bào)道。陳 ?娟等[69]研究表明，生物炭改良技術(shù)有利于幼年茶苗的存活，但對(duì)幼年茶苗的生長(zhǎng)沒有太大影響。江福英等[70]在茶園中施入0、8、16、32、64 t/hm2的生物炭，研究生物炭添加對(duì)茶樹生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，施用生物炭處理茶葉產(chǎn)量和3年茶葉平均產(chǎn)量分別比CK提高3.24%～13.49%和5.44%～17.05%，但結(jié)果不顯著。張晗芝等[54]研究表明，添加生物炭可抑制玉米生長(zhǎng)，生物炭對(duì)玉米幼苗期的抑制作用可能是由于生物炭具有很高的碳氮比和部分生物炭分解導(dǎo)致氮的固定，降低了土壤有效氮，限制了植物對(duì)有效氮的吸收;還可能因?yàn)樯锾砍蕢A性，土壤pH值增加引起敏感植物產(chǎn)量下降，或是降低了P和某些微量元素的有效性。

屠娟麗等[71]研究了不同添加量的秸稈生物炭對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈生物炭施用量為200 g/株為宜，與對(duì)照相比，馬鈴薯產(chǎn)量提高了38.5%，塊莖中淀粉、蛋白質(zhì)和VC含量分別提高了13.5%、21.4%和30.5%。邵光成等[72]研究表明，漬水脅迫下生物炭添加可顯著提高水分利用效率，減少需水量，改善果實(shí)內(nèi)部品質(zhì)，使可溶性糖、可溶性固形物、有機(jī)酸和VC含量等內(nèi)部指標(biāo)顯著增加。陳麗美等[73]研究了竹炭與有機(jī)肥混施對(duì)火龍果產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，竹炭與有機(jī)肥混施顯著增加了紅心火龍果總產(chǎn)量，施肥量以6%生物炭+有機(jī)肥22.5 t/hm2或45 t/hm2為宜;竹炭與有機(jī)肥混施增加了紅心火龍果中VC和花青素含量，而對(duì)可溶性蛋白含量影響不顯著。王 ?磊等[74]研究表明，茶園中施用生物炭能改善茶樹生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)發(fā)芽和茶葉生長(zhǎng)，并提升茶葉品質(zhì)，尤其以生物炭和有機(jī)肥配施效果最好。

5 ? ?展望

生物炭的廣泛應(yīng)用是解決土壤和環(huán)境問題的有效途徑，可以改良土壤、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是還存在以下不足：一是由于生物炭原料來源廣泛，且目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，導(dǎo)致生物炭性質(zhì)存在巨大差異，進(jìn)而影響土壤環(huán)境和增產(chǎn)提質(zhì)效應(yīng)。二是生物炭的應(yīng)用效果不僅與生物炭性質(zhì)有關(guān)，還受施用量、施用時(shí)間、土壤性質(zhì)、氣候條件、配施肥料等因素影響，導(dǎo)致生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分的影響存在很多不確定性，尤其是對(duì)土壤水分的影響及長(zhǎng)期效果還有待深入研究。三是生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳激發(fā)和土壤微生物的影響機(jī)理較復(fù)雜，作用機(jī)制尚不清楚;生物炭、有機(jī)碳和團(tuán)聚體的交互作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。四是有關(guān)生物炭應(yīng)用的研究以模擬和室內(nèi)試驗(yàn)為主，大規(guī)模的田間試驗(yàn)較少，而且對(duì)生物炭性質(zhì)和特征對(duì)全國(guó)不同生態(tài)區(qū)不同土壤的改良效果缺乏系統(tǒng)的、長(zhǎng)期的研究。五是生物炭對(duì)植物養(yǎng)分狀況和產(chǎn)量的影響研究中，主要選擇農(nóng)作物作為研究對(duì)象，對(duì)草地、灌木和森林的研究比較少;生物炭對(duì)作物產(chǎn)量的影響還受土壤酸度、作物的酸度敏感性等因素影響，生物炭對(duì)作物產(chǎn)量品質(zhì)的影響機(jī)理研究也不夠深入。六是生物炭在土壤障礙和低產(chǎn)田改造方面的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用較少，生物炭施用成本較高是其主要限制因素。

針對(duì)生物炭的研究現(xiàn)狀，在今后的研究中應(yīng)多關(guān)注以下幾個(gè)方面：一是生物質(zhì)材料及炭化條件不同，生物炭性質(zhì)及其施用效應(yīng)存在差異，應(yīng)積極開展生物炭生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化研究。二是加強(qiáng)長(zhǎng)期田間定位試驗(yàn)研究，針對(duì)生物炭對(duì)不同類型土壤、作物的作用進(jìn)行全面長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)土壤的長(zhǎng)期培肥及作物增產(chǎn)效果進(jìn)行長(zhǎng)期驗(yàn)證，相關(guān)研究也不應(yīng)局限于實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，應(yīng)根據(jù)不同土壤條件、氣候類型綜合考慮，深入微觀層面詳細(xì)分析現(xiàn)象形成的機(jī)理。三是加強(qiáng)生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳激發(fā)的微生物機(jī)制研究以及生物炭、有機(jī)碳和團(tuán)聚體的交互作用機(jī)制研究。四是生物炭作為一種優(yōu)良的新型緩釋材料，應(yīng)在分散式生物炭生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，加快生物質(zhì)炭基肥增效技術(shù)研究以及生物炭與肥料配施效應(yīng)研究，開發(fā)生物質(zhì)炭基肥和土壤改良劑，提高土壤肥力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介 ? 桂利權(quán)（1974-），男，安徽黃山人，農(nóng)藝師，從事茶樹栽培和茶葉加工研究工作。

通信作者

收稿日期 ? 2020-04-26