呂慧捷 周鴻淼 王向未 付國勝

摘 要：將生物炭運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可有效改善土壤質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供肥料，改善土壤的理化性質(zhì)，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(xiàn)狀，分析了其未來的應用前景。

關鍵詞：生物炭;土壤肥料;農(nóng)業(yè);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(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，土壤是開展農(nóng)業(yè)活動的基礎條件。在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常出現(xiàn)土壤肥力不足的現(xiàn)狀，嚴重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。為了保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)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(jīng)在各個行業(yè)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(huán)境下進行高溫裂解，最終產(chǎn)出的一種富含碳元素的物質(zhì)。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(zhì)、大量碳物質(zhì)、揮發(fā)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(nóng)業(yè)、環(huán)境資源和林業(yè)中，可提升土壤的肥力和質(zhì)量，最大限度促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。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(zhì)呈現(xiàn)出差異性，可發(fā)揮出不同的作用?；谏锾康奶匦?，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(zhì)含量，進而提升農(nóng)作物產(chǎn)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(zhì)量。具體來說，生物炭對土壤肥料的作用集中體現(xiàn)在以下4個方面。

2.1? 改善土壤的微生物數(shù)量和活性

土壤微生物正常的代謝活動是維持生態(tài)系統(tǒng)功能的重要保障，在物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程中發(fā)揮著核心作用。

將有機物料作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳源及養(yǎng)分施入土壤后，能夠改變土壤微環(huán)境，使土壤中微生物的數(shù)量、活性及群落組成發(fā)生變化，影響微生物的活動，進而影響土壤氮素循環(huán)[2]。其中，與施用其他有機質(zhì)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(yǎng)分，從而增加土壤中微生物的數(shù)量[4]。另外，生物炭不僅能夠改變土壤環(huán)境（如營養(yǎng)組成、pH值、水分等）[5]，使土壤中優(yōu)勢菌群發(fā)生變化，改變?nèi)郝涞慕M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(zhì)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(shù)量也在生物炭的作用下得到了明顯提升，這就使得土壤農(nóng)作物根部的真菌繁殖能力逐漸增強，土壤中微生物的數(shù)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(zhì)

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(yōu)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供堅實基礎。

生物炭可調(diào)節(jié)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(zhì)

將生物炭應用到土壤中，可以有效改善土壤的化學性質(zhì)。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(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體氮氧化物（NxOy）排放劇增以及農(nóng)田氮素養(yǎng)分淋失引發(fā)的水體富營養(yǎng)化等一系列重大環(huán)境問題頻發(fā)。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(zhì)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(xù)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(fā)現(xiàn)，在熱帶農(nóng)田作物生態(tài)系統(tǒng)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(chǎn)量[14-15]，這可能是由于生物炭改善了酸性土壤環(huán)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(tǒng)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(xù)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(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，要充分發(fā)揮生物炭的積極作用，提升土壤質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(zhì)、化學性質(zhì)和農(nóng)作物產(chǎn)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(xiàn)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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