黃海濤　鄧建功　簡鎮(zhèn)

摘要 植煙土壤環(huán)境惡化是導(dǎo)致煙葉品質(zhì)下降的一個主要原因，植煙土壤改良刻不容緩。生物質(zhì)炭不僅屬于有機碳，自身更具有獨特的理化特性。本文綜述了不同制備工藝及原材料對生物質(zhì)炭性質(zhì)的影響，闡明了生物質(zhì)炭對植煙土壤理化性質(zhì)、土壤肥力、微生物群落及酶活性的影響，以期為植煙土壤改良中生物質(zhì)炭的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 生物質(zhì)炭;植煙土壤改良;土壤肥力;微生物

中圖分類號 S156

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）08-0207-03

土壤是煙草生長的重要媒介及養(yǎng)分來源，優(yōu)良的土壤環(huán)境是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的關(guān)鍵"。由于施肥模式、種植方式不合理，導(dǎo)致植煙土壤板結(jié)、養(yǎng)分流失、酸化、連作障礙等一系列問題12-1。土壤環(huán)境惡化是煙葉品質(zhì)下降的一個關(guān)鍵因素15-6，植煙土壤改良刻不容緩。近年來，生物質(zhì)炭引起了科研工作者的密切關(guān)注，生物質(zhì)炭本身屬有機碳，而且具有區(qū)別于有機碳組分的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)7-8），在土壤改良方面具有廣闊的應(yīng)用前景。生物質(zhì)炭在土壤改良方面已取得較好的效果，但針對植煙土壤改良的相關(guān)研究較少，對生物質(zhì)炭在植煙土壤中的改良效果、機理及關(guān)鍵影響因素缺乏認識。基于此，本文綜述了不同來源及制備工藝的生物質(zhì)炭性質(zhì)特征，闡明生物質(zhì)炭對植煙土壤理化性質(zhì)肥力、微生物及酶活的影響，旨在為生物質(zhì)炭在植煙土壤應(yīng)用改良方面提供參考。

1生物質(zhì)炭

1.1生物質(zhì)炭來源及制備工藝

生物質(zhì)炭研究的序幕來源于亞馬遜黑土的發(fā)現(xiàn)，在南美洲亞馬遜流域，當(dāng)?shù)鼐用駥⒂袡C廢棄物（如食物、骨頭等）燃燒后施人土壤、經(jīng)長年累積形成的人為土，其肥力水平顯著高于附近其他土壤910生物質(zhì)炭，是指生物質(zhì)在低氧或者無氧條件下經(jīng)由高溫裂解碳化后含碳豐富的固體產(chǎn)物，原料來源廣泛。目前，已有報道生物質(zhì)炭來源包括秸稈（玉米、烤煙、小麥等）、樹木（桑樹枝條）、果殼等，生物質(zhì)炭的制備溫度在200～700C范圍內(nèi)，不同來源及制備溫度的生物質(zhì)炭性質(zhì)有所差異。

1.2不同制備工藝及來源生物質(zhì)炭性質(zhì)

不同制備工藝生產(chǎn)的生物質(zhì)炭理化性質(zhì)存在差異。王成己等呵以煙桿為原料，研究炭化溫度、時間對煙稈生物質(zhì)炭特征的影響，結(jié)果表明，煙桿生物質(zhì)炭pH值、有機碳含量、全鉀含量以及C/N隨炭化溫度升高和炭化時間延長而升高，但產(chǎn)出率、全氮含量表現(xiàn)為下降趨勢。炭化條件對烤煙秸稈生物質(zhì)炭性質(zhì)影響明顯，其中炭化溫度影響大于炭化時間。

研究表明，烤煙秸稈炭化產(chǎn)率與溫度成反比，低溫炭化條件下，烤煙秸稈炭碳含量變化較小、碳酸根及無機碳含量低、pH值呈弱酸性。隨著炭化溫度的升高，烤煙秸稈炭碳含量下降、碳酸根及無機碳含量于400C時明顯增加、pH值于300～800C時逐漸升高呈堿性、陽離子交換量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢（400C時達最高值）、表面堿性官能團增加而酸性官能團減少。烤煙秸稈炭化溫度以400～500C為宜叨。楊興等18研究指出，450C制備的烤煙秸稈生物質(zhì)炭對農(nóng)業(yè)生物及生態(tài)環(huán)境的預(yù)期效果相對較好，其中比表面積、pH值在450C條件下達最高值（分別為8.86m/g9.98）。煙稈生物質(zhì)炭的元素含量（O、H）、元素比（H/C0/C、0/C+N/C）隨炭化溫度升高而降低，但K、Al、Ca等元素含量較高。低溫生物質(zhì)炭含有較高的水溶性成分，隨著炭化溫度的提高，烤煙秸稈生物質(zhì)炭表面的含氧官能團整體極性減少，電導(dǎo)率、比表面積、表面晶體含量、穩(wěn)定性和芳香性有所增加。

不同來源生物質(zhì)炭的性質(zhì)及對土壤改良效果有所不同。研究表明，纖維素類生物質(zhì)炭對土壤團聚體結(jié)構(gòu)的改良效果優(yōu)于木質(zhì)素，這可能是由于木質(zhì)素比纖維素結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，在炭化處理后木質(zhì)素類生物質(zhì)炭穩(wěn)定性仍然較高，難以被微生物利用，從而不利于團聚體的形成叩。通過比較相似制作工藝條件下各生物質(zhì)炭基本理化性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，pH值、全量養(yǎng)分（全碳、全氮、全磷、全鉀）及C/N波動性較大，即使是同一類物質(zhì)制作的生物質(zhì)炭理化性質(zhì)也不盡相同1-3），說明原料也是影響生物質(zhì)炭性質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。

2生物質(zhì)炭對煙田土壤理化性質(zhì)的影響

生物質(zhì)炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、比面積較大，能夠明顯改善土壤通氣性和保水性，為微生物提供良好的生存環(huán)境。連續(xù)施用生物質(zhì)炭，土壤含水量、孔隙度、液相比有所升高，容重下降，對于提高砂質(zhì)植煙土壤保水能力尤為顯著。生物質(zhì)炭表面含有豐富的含氧官能團（羧基、羥基等），呈堿性，能夠緩解土壤酸化現(xiàn)象14-25。研究表明，煙桿生物質(zhì)炭可提高植煙土壤pH值，其中酸性土壤提高比較明顯，并且提高幅度與生物質(zhì)炭用量成正相關(guān)啊。添加生物質(zhì)炭還能促進土壤大團聚體（0.25～1.00mm）的形成，改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)，其中煙桿炭的改良效果優(yōu)于桑條炭叨。

3生物質(zhì)炭對煙田土壤肥力的影響

生物質(zhì)炭是生物質(zhì)經(jīng)高溫?zé)峤夂蟮漠a(chǎn)物，主要為有機碳組分，同時也含有豐富的大量元素和中、微量元素叫。對于全量養(yǎng)分來說，生物質(zhì)炭有利于促進植煙土壤有機碳、全氮和全鉀的提高，全磷含量變化不大。

添加生物質(zhì)炭對土壤有效養(yǎng)分的影響有所差異。生物質(zhì)炭添加導(dǎo)致土壤堿解氮含量有所降低，速效鉀含量顯著提高，速效磷變化較小30。管恩娜阿也指出，生物質(zhì)炭可提高土壤硝態(tài)氮有效磷和速效鉀含量，使銨態(tài)氮含量有所降低，其中生物質(zhì)炭高施入量的效果尤其明顯。但也有研究表明，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量隨著生物質(zhì)炭用量增加呈先增加后降低的趨勢叫，這可能與生物質(zhì)炭的吸附特性有關(guān)。研究表明，盡管添加生物質(zhì)炭可提高土壤有機碳水平，但降低可溶性有機碳含量，這與生物質(zhì)炭較強的吸附能力有關(guān)。生物質(zhì)炭可吸附無機氮及磷組分，降低土壤氮素的淋溶及徑流損失3。

研究表明，相同施氮量條件下，施用生物質(zhì)炭明顯提高植煙土壤銨態(tài)氮硝態(tài)氮及堿解氮含量，在烤煙移栽75d后3種組分比對照處理分別提高17.3%.8.0%、7.2%，可見生物質(zhì)炭與氮肥配施對于土壤氮素固持具有重要意義。生物質(zhì)炭對土壤銨態(tài)氮的影響受生物質(zhì)炭制備方法、土壤類型共同影響。研究指出，在砂土中施用低溫炭可以增加銨態(tài)氮含量，施用高溫炭則表現(xiàn)為相反趨勢。在壤土中低溫炭和高溫炭均使0～10cm土層銨態(tài)氮含量減少，而20～30cm土層銨態(tài)氮含量呈增加趨勢4351。

4生物質(zhì)炭對微生物群落及酶活性的影響

生物質(zhì)炭和氮素配施可以提高植煙土壤微生物量碳、氮含量。王歡歡等阿研究指出，在煙草生長的關(guān)鍵時期，生物質(zhì)炭和氮肥配施處理土壤微生物量碳含量提高幅度為0.58～0.69倍，微生物量氮提高幅度為2.01～2.79倍，土壤微生物C/N有所降低，其中生物質(zhì)炭1200kg/hm？和氮肥5.5kg/hm2配施對土壤碳氮比降低效果比較明顯。施用生物質(zhì)炭在短時期內(nèi)土壤微生物量碳增加，隨著培養(yǎng)時間延長，微生物量碳逐漸減少37。

生物質(zhì)炭添加影響土壤微生物群落組成。添加烤煙秸稈生物質(zhì)炭后，煙草根際土壤微生物種類（OTU數(shù)）提高了26.4%，其中變形菌門在優(yōu)勢菌種中占比最大，部分有利于煙草生長的促生菌呈增長趨勢。研究表明，施生物質(zhì)炭3t/hm2能夠顯著減少煙草青枯病發(fā)病，其中青枯菌屬的豐度降低了94.5%，同時植煙土壤擬桿菌增加，而酸桿菌有所減少381。植煙土壤微生物組成主要為變形菌門、放線菌酸桿菌，其中變形菌占細菌群落的50%以上。施入水稻秸稈生物質(zhì)炭后，放線菌比例降低，變形菌和酸桿菌比例隨隨生物質(zhì)炭施用量增加而增加。植煙土壤真菌主要為子囊菌門，其比例隨生物質(zhì)炭增加而降低，但接合菌和擔(dān)子菌類真菌比例隨生物質(zhì)炭施人量成正比啊。生物質(zhì)炭添加后，土壤真菌、放線菌和細菌數(shù)量均顯著增加口，其中均以4%的煙桿炭和桑條炭微生物群落最為豐富20。

土壤酶活性是衡量土壤健康情況的主要指標之一，不同類型酶對生物質(zhì)炭的響應(yīng)不同。研究表明，烤煙移栽后80d內(nèi)，根際土壤轉(zhuǎn)化酶活性受抑制，該抑制作用隨時間延長逐漸減小。而添加生物質(zhì)炭可以提高烤煙生育后期過氧化氫酶活性，其活性隨生物質(zhì)炭添加比例增加而提高。陳沖等14指出，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上配施生物質(zhì)炭，植煙土壤過氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性均明顯提高。生物質(zhì)炭施用量也會影響土壤酶活性大小，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生物質(zhì)炭施用量為30t/hm2，土壤脫氫酶、蛋白酶和堿性磷酸酶活性顯著提高;而施用量為45t/hm，這些酶活性表現(xiàn)為下降趨勢。

5展望

生物質(zhì)炭在土壤改良方面（包括土壤理化環(huán)境、土壤肥力、微生物群落及酶活性）展示出良好的應(yīng)用前景，但目前生物質(zhì)炭大規(guī)模推廣應(yīng)用還存在一定局限性。首先，生物質(zhì)炭生產(chǎn)需經(jīng)原料前處理、炭化及運輸?shù)冗^程，要考慮生產(chǎn)和運輸成本，，其次，已有關(guān)于生物質(zhì)炭改良效果的研究較多，但仍有一些關(guān)鍵問題還未解決，比如不同材料制備的生物質(zhì)炭性質(zhì)波動性較大的關(guān)鍵原因、大田條件下生物質(zhì)炭與其他肥料合適配施比例及施入量、不同土壤環(huán)境下生物質(zhì)炭對土壤微生物組成及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的相互關(guān)系等方面缺乏深人了解。基于此，針對當(dāng)前植煙土壤生物質(zhì)炭改良現(xiàn)狀，未來可深入研究原材料性質(zhì)差異對生物質(zhì)炭性質(zhì)的影響，闡明添加不同比例、數(shù)量的生物質(zhì)炭后土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化及有效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化機制，為生物質(zhì)大規(guī)模推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

6參考文獻

[1]李雪利，葉協(xié)鋒，顧建國，等.土壤CIN比對烤煙碳氮代謝關(guān)鍵酶活性和煙葉品質(zhì)影響的研究[J].中國煙草學(xué)報，2011，17（3）：32-36.

[2]王瑞，鄧建強，譚軍.連作條件下植煙土壤保育與修復(fù)[J].中國煙草科學(xué)，2016，37（2）：83-88.

[3]婁翼來，關(guān)連珠，王玲莉，等.不同植煙年限土壤pH和酶活性的變化[D].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2007，13（3）：531-534.

[4]劉曄，姜瑛，王國文，等.不同連作年限對植煙土壤理化性狀及微生物區(qū)系的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2016，32（13）：136-140.

[5]張繼光，申國明，張久權(quán)，等.煙草連作障礙研究進展[J].中國煙草科學(xué)，2011，32（3）：95-99.

[6]王連君，谷思玉.烤煙連作對土壤養(yǎng)分的影響[J].煙草科技，2004（9）：40-42.

[7]王麗淵，丁松爽，劉國順.生物質(zhì)炭土壤改良效應(yīng)研究進展[J].中國土壤與肥料，2014（3）：1-6.

[8]潘根興，張阿鳳，鄒建文，等.農(nóng)業(yè)廢棄物生物黑炭轉(zhuǎn)化還田作為低碳農(nóng)業(yè)途徑的探討[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2010，26（4）：394-400.

[9] LEHMANN J，GAUNTJ， RONDON M.Bio-char sequestration in terrestrialecosystems-a review[J].Mitigation and Adaptation Strategies for GlobalChange ， 2006， 11：403-427.

[10] ATKINSON CJ， FITZGERALD JD， HIPPS NA.Potential mechanisms forachieving agricultural benefits from biochar application to temperatesoils：a review[J].Plant and Soil ， 2010，337（1-2）：1-18.

[11] REBECCA R.Rethinking biochar[J].Environmental science and techno-logy，2007，41（17）：5932-5933.

[12]李飛躍，汪建飛，謝越，等.熱解溫度對生物質(zhì)炭保留量及穩(wěn)定性的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31（4）：266-271.

[13]江秋菊，劉京，張躍強.生物質(zhì)炭改良土壤研究進展[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技，2017（6）：68-71.

[14]丁艷麗，劉杰，王瑩瑩.生物炭對農(nóng)田土壤微生物生態(tài)的影響研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（11）：3311-3317.

[15]鄭慶福，王永和，孫月光，等.不同物料和炭化方式制備生物炭結(jié)構(gòu)

性質(zhì)的FTIR研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2014，34（4）：962-_966.

[16]王成己，吳志丹，胡忠良，等炭化溫度和時間對煙稈生物質(zhì)炭微觀

結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的影響[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，32（7）：774-778.

[17]葉協(xié)鋒，于曉娜，孟琦，等烤煙秸稈炭化后理化特性分析[J].煙草科技，2015，48（5）：14-18.

[18]楊興，黃化剛，王玲，等.煙稈生物質(zhì)炭熱解溫度優(yōu)化及理化性質(zhì)分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報，2016，42（2）：245-255.

[19]羅煜，趙立欣，孟海波，等.不同溫度下熱裂解芒草生物質(zhì)炭的理化特征分析[D].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（13）：208-217.

[20]何玉亭，王昌全，沈杰，等.兩種生物質(zhì)炭對紅壤團聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

和微生物群落的影響[小中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（12）：2333-2342.

[21]姚紅字，唐光木，唐春輝，等.炭化溫度和時間與棉桿炭特性及元素組成的相關(guān)關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（7）：199-206.

[22]劉朝霞，牛文娟，楚合營，等秸稈熱解工藝優(yōu)化與生物炭理化特性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34（5）：196-203.

[23]張聰智，蘇亞拉圖，賴欣，等花生殼生物質(zhì)炭對銨態(tài)氮的吸附性能研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2015，31（33）：214-220.

[24]袁金華，徐仁扣.生物質(zhì)炭的性質(zhì)及其對土壤環(huán)境功能影響的研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2011，20（4）：779-785.

[25]侯曉娜，李慧，朱劉兵，等生物炭與秸稈添加對砂姜黑土團聚體組

成和有機碳分布的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48（4）：705-712.

[26] YUANJ H ，XU R K.The amelioration effects of low temperature biochargenerated from nine crop residues on an acidic ultisol[J].Soil Use andManagement ， 2011 ，27：110-115.

[27]尹云峰，高人，馬紅亮，等.稻草及其制備的生物質(zhì)炭對，土壤團聚體有機碳的影響[J].土壤學(xué)報，2013，50（5）：909-913.

[28]劉玉學(xué)，劉微，吳偉祥，等..土壤生物質(zhì)炭環(huán)境行為與環(huán)境效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（4）：977-982.

[29]李志剛，張繼光，申國明，等.煙稈生物質(zhì)炭對土壤碳氮礦化的影響[D].中國煙草科學(xué)，2016，37（2）：16-22.

[30]王成已，陳慶榮，陳曦，等煙稈生物質(zhì)炭對煙草根際土壤養(yǎng)分及細菌群落的影響[J].中國煙草科學(xué)，2017，38<（1）：42-47.

[31]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.

[32]宋亮，任天寶，李敏，等.不同生物炭用量對湘西植煙土壤養(yǎng)分的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，46（2）：43-48.

[33]李際會，呂國華，白文波，等改性生物炭的吸附作用及其對土壤硝

態(tài)氮和有效磷淋失的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2012，33（2）：220-225.

[34]吳嘉楠，閆海濤，彭桂新，等生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤氮素變化和烤煙氮素利用的影響[J].土壤，2018，50（2）：256-263.

[35]潘逸凡，楊敏，董達，等.生物質(zhì)炭對土壤氮素循環(huán)的影響及其機理研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（9）：2666-2673.

[36]王歡歡，任天寶，元野，等.生物質(zhì)炭與氮肥配施對植煙土壤微生物

量碳氮和碳氮比的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2017，33（12）：52-57.

[37]章明奎，BAYOUWD，唐紅娟.生物質(zhì)炭對土壤有機質(zhì)活性的影響[J].水土保持學(xué)報，2012，26（2）：127-137.

[38] ZHANGCS，LIN Y，TIAN X Y ，et al.Tobacco bacterial wilt suppressionwith biochar soil addition associates to improved soil physiochemicalproperties and increased rhizosphere bacteria abundance[J].Applied SoilEcology ， 2017，112：90-96.

[39] GAO L， WANG R ， SHEN G M，et al.Effects of biochar on nutrients andthe microbial community structure of tobacco-planting soils[J].Jourmal ofSoilScience and Plant Nutrition ， 2017， 17（4）：884- -896.

[40]陳沖，郭傳濱，昝京宜，等不同施肥處理對植煙土壤關(guān)鍵酶活性及根系活力的影響J.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（23）：18-23.

[41] OLESZCZUK P， JOSKO I， FUTA B ，et al.Effect of pesticides on microo-rganisms ， enzymatic activity and plant in biochar -amended soil [J].Geoderma ，2014 ，214（2）：10-18.