生物炭在農業上的研究進展

廖依丹 賀秋華

摘要 近年來，隨著亞馬遜黑土增產作用的出現，對于生物炭的研究不斷深入，發現其良好的理化性質可作為土壤改良劑、肥料緩釋載體及碳封存劑，開始成為農業領域的研究熱點。生物炭農用是碳減排的過程，將廢棄生物質生產成生物炭，不僅解決了廢棄生物質問題，而且給農業生產帶來顯著效果。通過國內外有關研究成果的綜合分析，重點闡述了生物炭對土壤性質和作物生長的影響。

關鍵詞 生物炭；廢棄生物質；農用；作物生長

中圖分類號 S154.2 文獻標識碼 A 文章編號 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

生物質是指所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。廢棄物的開發利用是永恒的話題。生物炭（Biochar），又稱生物質炭，是生物質在缺氧條件下高溫裂解形成的物質。最初人們并沒有意識到生物炭的存在，在農田、草地和森林，經常可以看到火燒的黑色物質，但并不知道該物質的名字和用途。西周時期已經開始將雜草、秸稈和枯枝落葉燃燒成灰，中國農民從實踐中逐步認識到，將這種灰還田有利于作物的生長，但并沒有系統的命名和關注這種有利于作物生長的物質。全球對生物炭的認識起源于亞馬遜黑土增產作用的出現[1-2]，直至2007年澳大利亞第一屆國際生物炭會議上對其進行統一命名。

國內文獻研究以中國知網數據庫為數據來源，以“生物炭”為關鍵詞搜索2009—2017年，共得到文獻1 820篇，其中2009年僅有12篇（圖1）。生物炭不僅可以改善土壤的理化性質[3-4]，而且可以持續給土壤和農作物提供肥力[5]，在氣候變暖、環境污染、能源短缺、糧食危機和農業可持續發展等宏觀背景下，它的出現為我們解決這一系列問題帶來了曙光。因此，“生物炭”在出現的短短10余年時間由最初的知之甚少到受到廣泛關注。目前許多研究小組正在研究生物炭對農業生態系統的影響。

1 生物炭對土壤性質的影響

1.1 生物炭對土壤物理性質的影響

土壤的物理性質主要包括土壤質地、土壤水分、土壤孔隙度、土壤結構、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積、土壤容重和土壤含水量。

生物炭具有容重小、疏松多孔、比表面積大的特性，施加生物炭可以增大比表面積，減小容重。文曼等[6]利用離心機法測定添加不同粒徑（2.00～1.00 mm，<1.00～0.25 mm，<0.25 mm）、不同比例（0、10、50、100、150 g/kg）生物炭的土壤收縮特征，并采用三直線模型模擬，發現隨著生物炭含量增加，土壤比容積增大。活化后的生物炭更能增加其表面積。李玉梅等[7]在土壤中施入水稻秸稈生物炭，施加量在2～32 mg/kg范圍內，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。劉園等[9]研究表明土壤容重隨生物炭施入量增加而降低，在中、高量處理下四季作物土壤容重降低了2.99%～10.40%；土壤田間持水量隨生物炭施入量增加而增加，且6.75～11.30 t/hm2生物炭連續施用四季后土壤水分含量和田間持水量顯著增加。從改良土壤物理性狀來看，適宜的生物炭施用量能產生顯著的效果。

1.2 生物炭對土壤化學性質的影響

生物炭不僅能改良土壤物理性質，還能間接影響土壤化學性質。土壤的化學性質主要包括pH、陽離子交換量（CEC）、鹽基飽和度（BSP）、養分等。

1.2.1 土壤pH。

生物炭的pH大多呈堿性，隨著生物炭的施用量增加，土壤pH提高，但作用程度與土壤類型、制炭原材料以及制炭技術等有關[4，10]。Liu等[11]在中國浙江省進行了為期2年（2011和2012年）的田間試驗，結果表明竹生物炭和稻草生物碳第1年對土壤pH影響很小但顯著，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]研究發現，油菜秸稈炭、小麥秸稈炭、玉米秸稈炭、 水稻秸稈炭和豆科植物秸稈炭均能提高土壤的pH，其中豆科植物秸稈炭提高土壤pH效果最好。

[22] ZHU L X，XIAO Q，CHENG H Y，et al.Seasonal dynamics of soil microbial activity after biochar addition in a dryland maize field in North-Western China[J].Ecological engineering，2017，104：141-149.

[23] XU N，TAN G C，WANG H Y，et al.Effect of biochar additions to soil on nitrogen leaching，microbial biomass and bacterial community structure[J].European journal of soil biology，2016，74：1-8.

[24] LEHMANN J，RILLIG M C，THIES J，et al.Biochar effects on soil biota：A review[J].Soil Biol Biochem，2011，43（9）：1812-1836.

[25] BRUUN E W，HAUGGAARDNIELSEN H，IBRAHIM N，et al.Influence of fast pyrolysis temperature on biochar labile fraction and short-term carbon loss in a loamy soil[J].Biomass bioenergy，2011，35（3）：1182-1189.

[26] STEINER C，GLASER B，GERALDES T W，et al.Nitrogen retention and plant uptake on a highly weathered central Amazonian Ferralsol amended with compost and charcoal[J].J Plant Nutr Soil Sci，2008，171：893-899.

[27] 柯躍進，胡學玉，易卿，等.水稻秸稈生物炭對耕地土壤有機碳及其CO2釋放的影響[J].環境科學，2014，35（1）：93-99.

[28] EMMA M.Black is the new green[J].Nature，2006，442：624-626.

[29] 勾芒芒，屈忠義，楊曉，等 .生物炭對砂壤土節水保肥及番茄產量的影響研究[J].農業機械學報，2014，45（1）：137-142.

[30] 錢嘉文，宿賢超，徐丹，等.生物炭對土壤理化性質及作物生長的影響[J].現代農業，2014（1）：15-16.

[31] LIU X，LIU M D，GAO Z G，et al.Effect of different biochars on yield and yield components of wheat on different soils[J].Advanced materials research，2013，726-731：2665-2669.

[32] JEFFERY S，VERHEIJEN F GA，VAN DER VELDE M，et al.A quantitative review of the effects of biochar application to soils on crop productivity using metaanalysis[J].Agriculture，ecosystems and environmental，2011，144（1）：175-187.