生物炭對土壤肥料的作用及應用前景研究

呂慧捷 周鴻淼 王向未 付國勝

摘 要：將生物炭運用到農業生產中，可有效改善土壤質量，為農業生產提供肥料，改善土壤的理化性質，滿足現代農業的需求。以生物炭為研究對象，對生物炭在土壤肥料中的作用進行了詳細研究，結合當前的研究現狀，分析了其未來的應用前景。

關鍵詞：生物炭;土壤肥料;農業;未來

文章編號：1004-7026（2020）18-0096-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：S158? ? ? ? 文獻標志碼：A

對于農業生產來說，土壤是開展農業活動的基礎條件。在實際的農業生產中，常常出現土壤肥力不足的現狀，嚴重制約了農業的可持續健康發展。為了保障現代農業生產持續發展，必須要維持和提高土壤肥力。施肥是人為增加土壤肥力最直接和有效的措施。在諸多種類的肥料中，生物炭作為一種新型的有機肥料，在提升土壤肥力方面具有不可替代的作用。

1? 生物炭特性分析

生物炭屬于一種多功能材料，已經在各個行業和領域中得到了廣泛應用。生物炭是一種固體材料，是在缺氧或無氧的環境下進行高溫裂解，最終產出的一種富含碳元素的物質。從生物炭原材料的來源進行分類，生物炭可分為木炭、竹炭、秸稈炭、稻殼炭、動物糞便炭等多種類型;從生物炭的組成元素來說，生物炭是由少量礦物質、大量碳物質、揮發有機物共同構成，屬于一種堿性炭。

結合生物炭自身的特性，將其應用到農業、環境資源和林業中，可提升土壤的肥力和質量，最大限度促進農業生產。生物炭表面積大且疏松多孔，具有極強的吸附性。

生物炭主要為芳香化結構，具有極強的固碳能力，表面具有豐富的官能團，能直接與土壤固相組分之間相互作用。生物炭在形成過程中，受原料和熱解條件的影響，其理化性質呈現出差異性，可發揮出不同的作用。基于生物炭的特性，將其應用到土壤中，可改善土壤pH值，增加土壤水分和有機質含量，進而提升農作物產量[1]。

2? 生物炭對土壤肥料的作用分析

將生物炭應用到土壤中，可顯著提升土壤肥力，改善土壤質量。具體來說，生物炭對土壤肥料的作用集中體現在以下4個方面。

2.1? 改善土壤的微生物數量和活性

土壤微生物正常的代謝活動是維持生態系統功能的重要保障，在物質循環和能量流動過程中發揮著核心作用。

將有機物料作為生態系統中重要的碳源及養分施入土壤后，能夠改變土壤微環境，使土壤中微生物的數量、活性及群落組成發生變化，影響微生物的活動，進而影響土壤氮素循環[2]。其中，與施用其他有機質的影響相比，施用生物炭對土壤微生物的影響差異較大。

生物炭的孔隙結構能夠為微生物生存提供附著位點和較大空間，同時生物炭的高芳香烴結構也容易成為土壤微生物的棲息地[3]，能為微生物生長提供養分，從而增加土壤中微生物的數量[4]。另外，生物炭不僅能夠改變土壤環境（如營養組成、pH值、水分等）[5]，使土壤中優勢菌群發生變化，改變群落的組成和結構，還能夠提高微生物群落的呼吸代謝速率，改善微生物對基質的利用效果，使土壤中的真菌和革蘭氏陰性菌的生物量顯著增加[6]。

有研究指出，隨著生物炭施入量的增加，微生物的基礎呼吸作用、微生物生物量、微生物功能均呈線性增加[7]。

例如亞馬孫的黑土與西部原始森林中的土壤細菌群落比較相似，但是多樣性提升了約25%，而且土壤中固氮菌的數量也在生物炭的作用下得到了明顯提升，這就使得土壤農作物根部的真菌繁殖能力逐漸增強，土壤中微生物的數量和活性增加，提升了土壤肥力[8]。

2.2? 利用生物炭改善土壤的物理性質

生物炭本身具有多孔的特性，其空隙之間的距離較大，具有極強的親水性。結合生物炭這一特性和優勢，將其應用到土壤中，可達到疏松土壤、降低土壤板結程度的效果，最終提升土壤肥力，為農業生產提供堅實基礎。

生物炭可調節土壤含水量，因為生物炭的多孔性利于保持水分，可以保障土壤肥力4大因子中的水分要求。同時生物炭可以吸附某些污染物，降低污染風險，保持土壤肥力[9-10]。

2.3? 借助生物炭改善土壤的化學性質

將生物炭應用到土壤中，可以有效改善土壤的化學性質。生物炭可以改善土壤酸堿性，提高酸性土壤的pH值。近年來，農田土壤生態系統溫室氣體氮氧化物（NxOy）排放劇增以及農田氮素養分淋失引發的水體富營養化等一系列重大環境問題頻發。將生物炭作為土壤改良劑輸入后，一方面可以利用其高孔隙特質吸附持留氮素，另一方面可以通過陽離子的交換作用吸附土壤氮素，減少氮素淋失，使可溶性氮在土壤中持續而緩慢地釋放，達到保持土壤肥力的效果。這是其成為研究熱點的原因之一[11-13]。

2.4? 生物炭的作物效應分析

生物炭對地上植物氮素吸收的影響結果并不一致。有研究發現，在熱帶農田作物生態系統中施加生物炭能夠促進地上部分植物對氮素的吸收，增加作物產量[14-15]，這可能是由于生物炭改善了酸性土壤環境、降低了Al毒性、增強了陽離子交換量等。

在日本和哥倫比亞的土壤中，生物炭可增強氮素的可利用性，促進植物對氮素的吸收。在肯尼亞的土壤中，雖然添加生物炭有利于作物生長，但并沒有促進植物對氮素的吸收[16-18]。

3? 生物炭對土壤肥料的研究展望

在當前的生物炭研究中，對其具體的用量沒有形成統一標準，制約了生物炭的應用效果。地域不同，土壤類型不同，生物炭的施用量也有所不同。另外，可以將生物炭與其他肥料配合使用，使兩者之間相互融合補充。因此，在生物炭應用研究中，必須要對生物炭與其他肥料配合使用時的比例進行深入研究[19-20]。

要進一步加深生物炭的長效性研究。當前的生物炭研究大多偏向于短期性特征，并且部分生物炭的特性都是在實驗室中得出的。對生物炭在土壤中的具體應用效果，則需要長時間持續研究。因此，未來研究生物炭的過程中，必須要加強生物炭的長效性研究，為生物炭在土壤中更好地應用奠定堅實基礎[21-22]。

4? 結束語

在農業發展過程中，要充分發揮生物炭的積極作用，提升土壤質量，為農業生產奠定良好的基礎。要認識到應用生物炭可對土壤微生物、物理性質、化學性質和農作物產生較大作用，進而提升土壤肥力。要立足于生物炭對土壤肥料的研究現狀，明確未來的研究思路，使生物炭在土壤中得到更好的應用。

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