生物炭對(duì)土壤肥料的作用及應(yīng)用前景研究

呂慧捷 周鴻淼 王向未 付國(guó)勝

摘 要：將生物炭運(yùn)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(duì)象，對(duì)生物炭在土壤肥料中的作用進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，分析了其未來(lái)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：生物炭;土壤肥料;農(nóng)業(yè);未來(lái)

文章編號(hào)：1004-7026（2020）18-0096-02? ? ? ? ?中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：S158? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，土壤是開(kāi)展農(nóng)業(yè)活動(dòng)的基礎(chǔ)條件。在實(shí)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(yán)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(lèi)的肥料中，生物炭作為一種新型的有機(jī)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(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。生物炭是一種固體材料，是在缺氧或無(wú)氧的環(huán)境下進(jìn)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(lái)源進(jìn)行分類(lèi)，生物炭可分為木炭、竹炭、秸稈炭、稻殼炭、動(dòng)物糞便炭等多種類(lèi)型;從生物炭的組成元素來(lái)說(shuō)，生物炭是由少量礦物質(zhì)、大量碳物質(zhì)、揮發(fā)有機(jī)物共同構(gòu)成，屬于一種堿性炭。

結(jié)合生物炭自身的特性，將其應(yīng)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(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。生物炭表面積大且疏松多孔，具有極強(qiáng)的吸附性。

生物炭主要為芳香化結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的固碳能力，表面具有豐富的官能團(tuán)，能直接與土壤固相組分之間相互作用。生物炭在形成過(guò)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锾康奶匦裕瑢⑵鋺?yīng)用到土壤中，可改善土壤pH值，增加土壤水分和有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而提升農(nóng)作物產(chǎn)量[1]。

2? 生物炭對(duì)土壤肥料的作用分析

將生物炭應(yīng)用到土壤中，可顯著提升土壤肥力，改善土壤質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)，生物炭對(duì)土壤肥料的作用集中體現(xiàn)在以下4個(gè)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(dòng)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(dòng)過(guò)程中發(fā)揮著核心作用。

將有機(jī)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(dòng)，進(jìn)而影響土壤氮素循環(huán)[2]。其中，與施用其他有機(jī)質(zhì)的影響相比，施用生物炭對(duì)土壤微生物的影響差異較大。

生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)能夠?yàn)槲⑸锷嫣峁└街稽c(diǎn)和較大空間，同時(shí)生物炭的高芳香烴結(jié)構(gòu)也容易成為土壤微生物的棲息地[3]，能為微生物生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)組成、pH值、水分等）[5]，使土壤中優(yōu)勢(shì)菌群發(fā)生變化，改變?nèi)郝涞慕M成和結(jié)構(gòu)，還能夠提高微生物群落的呼吸代謝速率，改善微生物對(duì)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(chǔ)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(xì)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(qiáng)，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(qiáng)的親水性。結(jié)合生物炭這一特性和優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到土壤中，可達(dá)到疏松土壤、降低土壤板結(jié)程度的效果，最終提升土壤肥力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

生物炭可調(diào)節(jié)土壤含水量，因?yàn)樯锾康亩嗫仔岳诒３炙郑梢员Ｕ贤寥婪柿?大因子中的水分要求。同時(shí)生物炭可以吸附某些污染物，降低污染風(fēng)險(xiǎn)，保持土壤肥力[9-10]。

2.3? 借助生物炭改善土壤的化學(xué)性質(zhì)

將生物炭應(yīng)用到土壤中，可以有效改善土壤的化學(xué)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(lái)，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(yíng)養(yǎng)化等一系列重大環(huán)境問(wèn)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(guò)陽(yáng)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(dá)到保持土壤肥力的效果。這是其成為研究熱點(diǎn)的原因之一[11-13]。

2.4? 生物炭的作物效應(yīng)分析

生物炭對(duì)地上植物氮素吸收的影響結(jié)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(jìn)地上部分植物對(duì)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(qiáng)了陽(yáng)離子交換量等。

在日本和哥倫比亞的土壤中，生物炭可增強(qiáng)氮素的可利用性，促進(jìn)植物對(duì)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(zhǎng)，但并沒(méi)有促進(jìn)植物對(duì)氮素的吸收[16-18]。

3? 生物炭對(duì)土壤肥料的研究展望

在當(dāng)前的生物炭研究中，對(duì)其具體的用量沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，制約了生物炭的應(yīng)用效果。地域不同，土壤類(lèi)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(bǔ)充。因此，在生物炭應(yīng)用研究中，必須要對(duì)生物炭與其他肥料配合使用時(shí)的比例進(jìn)行深入研究[19-20]。

要進(jìn)一步加深生物炭的長(zhǎng)效性研究。當(dāng)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(shí)驗(yàn)室中得出的。對(duì)生物炭在土壤中的具體應(yīng)用效果，則需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)研究。因此，未來(lái)研究生物炭的過(guò)程中，必須要加強(qiáng)生物炭的長(zhǎng)效性研究，為生物炭在土壤中更好地應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[21-22]。

4? 結(jié)束語(yǔ)

在農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)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(chǔ)。要認(rèn)識(shí)到應(yīng)用生物炭可對(duì)土壤微生物、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和農(nóng)作物產(chǎn)生較大作用，進(jìn)而提升土壤肥力。要立足于生物炭對(duì)土壤肥料的研究現(xiàn)狀，明確未來(lái)的研究思路，使生物炭在土壤中得到更好的應(yīng)用。

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