生物炭对土壤的改良作用及对种植业的影响

　　摘要：生物炭是生物质在缺氧的环境下，经高温热裂解生成的多孔性炭质材料。近年来被应用在土壤改良、农业生产及促进农业废弃物利用等方面，其发挥的作用越来越受到关注。总结了施用生物炭对土壤的改良作用及对种植业的影响。国内外研究表明：施用生物炭能够减小土壤容重，增加土壤的通气量；通过生物炭的亲水性反发达的空隙，增加根际区水分的滞留，增加土壤含水量；通过生物炭表面丰富的羰基、酚基、醌基等基团，增加土壤的吸附能力和交换活性，增加土壤CEC，增加养分利用效率；另外，通过向土壤中施入生物炭，可以提高微生物多样性、土壤微生物丰度及土壤酶活性，进而增加土壤生物活性。促进土壤有机质妁降解及养分的转化。最终为作物的生长创造良好的环境，显著地提高作物产量。

　　关键词：生物炭；土壤改良；土壤含水量；土壤养分：作物产量

　　生物炭(Bioehar)是农林废弃物等生物质在缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物[1】。丰富的羧基、酚羟基、羟基、脂族双键、芳香化结构，以及保留完整的原生物质细微孔隙结构【2】，使生物炭具备了极强的吸附能力和抗氧化能力翻，具有可溶性极低，溶沸点极高，理化性质稳定、含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大等特点闱。

　　基于以上特性，生物炭被越来越多地应用在土壤改良、气候变化、治理环境污染及促进农业废弃物利用等方面。张伟明研究表明，施用生物炭明显提高了大豆单株荚数、单株粒数、单株粒重和产量，当施用生物炭3000-6000kga[1】m2时，其产量比对照平均提高了10．98％；水稻产量比对照平均提高了21．890／j5l。盆栽试验结果表明，强酸性红壤施用生物炭，能明显提高pH值而降低其酸度，同时增加土壤的肥力嘲。

　　1生物炭对土壤的改良作用

　　土壤是农业生产，尤其是种植业生产赖以存在的物质基础。农作物利用根系从土壤中汲取养分和水分，再通过光合作用合成有机物。土壤的理化性质、土壤肥力对农作物的生长起着至关重要的作用。

　　土壤肥力及其评价标准，主要包括土壤的“水、肥、气、热”，即土壤适宜的含水量、作物生长必需的充足养分、良好的通气、适宜的温度，这与土壤的含水量、阳离子交换量、生物活性、容重等土壤性质密切相关。研究表明，施用生物炭对土壤容重、水分、阳离子交换量、生物活性具有显著影响。

　　1．1对土壤容重的影响

　　土壤结构对土壤的物理、化学性质以及生物过程都有重要的影响．是土壤中水分运移、植物萌发和生长的重要影响因素弘蛔。土壤容重降低表明土壤的紧实度减小，土壤结构得到了改善。

　　生物炭多微孔，密度一般为O．08加．50g／c一11咖，远远小于土壤的密度。研究表明，随着生物质炭施用量的增加，土壤容重呈下降趋势。通过对华北平原高产农田进行了连续3年的定位试验。试验最终结果显示，华北平原高产农田施用生物炭可以显著降低0．7．5cm土层容重，降低幅度为4．5％．6．0％【瑚。西南地区玉米一油菜轮作农田生物炭田间定位试验研究表明。生物炭施用显著降低了旱作农田土壤容重，降低幅度为14．6％一32．59汐日。生物炭施用对黄土高原典型土壤容重表现了一定的降低的趋势：在土壤类型上，风沙土在一定条件下表现了显著的降低土壤容重的效果；在生物炭施用量上．高的生物炭使用量是降低土壤容重的条件旧。施人生物炭可以降低土壤容重，增加土壤的孔隙度，有利于保持更多的土壤空气、水分和养分，解决因长期过量施用化肥而引起的土壤板结问题，改善土壤性质，提高土地生产力。

　　1．2对土壤水分的影响

　　由于生物炭特有的多孔结构，可以通过增加生物炭颗粒表面的羧基及氧化基团，增加亲水性【lSl，进而具有吸水和保水的能力【191。生物炭高的孔隙度和表面面积，会增加水分的滞留，从而增加营养物质循环等能力嗍。

　　利用生物炭提高土壤的田间持水量，对砂性土意义更大。因为这类土壤对水分的保蓄能力很弱舢。砂壤土的土壤持水能力可以通过施人生物炭增加，并且施入的生物炭量越大．土壤吸水和保水的能力越强阎。同时，有研究表明，施人生物炭可以增加不同土壤的田间持水量降创。

　　2生物炭对土壤中养分循环的影响

　　土壤养分含量的高低是衡量土壤肥力高低的重要指标之一。生物炭对土壤养分的影响与生物炭本身特性以及对土壤物理特性作用有关[481。生物质炭具有较大的比表面积，施入土壤后可以吸附多种离子，具有固碳、贮存养分、提高土壤肥力的能力嗍。生物炭的施用能够减少养分的淋失【l搠，有效促进土壤中养分的滞留，其对土壤中氮磷养分的固持效应取决于生物炭性质、施用量及土壤质地等因素。生物炭在地球土壤生物化学过程特别是营养元素循环中起到非常重要的作用。

　　周志红等研究发现在一定范围内不同的生物炭施用量可以降低黑钙土、紫色土氮素淋失嗍。许多研究发现，生物炭的添加能够有效减少土壤中铵态氮的淋失。

　　3生物炭对作物生长的影响

　　有研究表明，向土壤中施入生物炭可以显著促进种子萌发和植物根系生长，从而提高作物生产力及作物产量阁。生物炭对作物生长的促进作用，主要源于其改善了土壤的理化性质。提高了土壤养分的有效性，以及改变了土壤微生物丰度和群落结构网。Blackwcll等研究表明，生物炭的添加增加了土壤中菌根真菌的寄生。使得作物对养分和水分的吸收加强郾一。Graber等研究发现，生物炭的添加改变了土壤微生物的种群结构，其变化更有助于植物生长和抵抗病害。

　　大量研究表明。施入适量的生物炭可以增加豇豆、玉米、大豆和绿豆的生物量[21．61捌。研究表明，与单施无机肥料相比，生物质炭和无机肥料配施后，谷物的产量提高了2倍嘲。盆栽试验结果表明。施用生物炭显著提高了菠菜产量和生物量，增幅为2．5％一57．3％，生物质炭与化肥配施对菠菜增产效果最好。

　　4展望

　　以上研究表明。施用生物炭显著影响了土壤肥力。一是施用生物炭能够减小土壤容重。增加土壤的孔隙度与通气量，改善土壤结构。二是施用生物炭能够增加土壤含水量，通过生物炭的亲水性及发达的空隙。增加根际区水分的滞留。三是施用生物炭能够增加土壤CEC。通过生物炭表面丰富的羰基、酚基、醌基等基团，显著增加了其吸附能力和交换活性，从而增加土壤CEC，促进营养物质的缓慢释放，降低养分淋洗，提高养分利用率。四是施用生物炭能够增加土壤生物活性，提高土壤微生物丰度、多样性及土壤酶活性，促进土壤养分的转化。五是为作物的生长创造了良好的环境，显著地提高了作物产量。

　　显著地提高了作物产量。生物炭的施用在改良土壤，提高土壤肥力。增加作物产量方面发挥了积极的作用。但是，生物炭技术的研发及在农业生产方面的应用研究还存在一些不足。主要包括以下2个方面：首先，不同原料来源及生产条件产生的生物炭的特性不同，施用于不同土壤类型、不同植物种类上，其应用效果存在明显差异。因此，需要根据不同土壤类型、作物品种研究开发不同的生物炭，以满足改良土壤、提高作物产量的需要。其次，目前生物炭的研发应用试验大多是短期室内培养和，J沤试验，缺乏田间长期定位试验。在这一方面还需加强，以验证生物炭长期施用的效果。

　　参考文献

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　　【4】陈温福，张伟明，孟军．农用生物炭研究进展与前景叨．农业科学，2013，46(16)：3324—3333．

　　【5】张伟明．生物炭的理化性质及其在作物生产上的应用【1)】．沈阳：沈阳农业大学．2012．

　　陆海燕刘杰’孙彬王大蔚郭炜