生物炭对土壤环境及作物生长影响的研究进展

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姜玉萍，等.生物炭对土壤环境及作物生长影响的研究进展

改良修复土壤、减少温室气体排放从而调节气候 等也受其影响。因此，近年来，国内外越来越多的学者研究有关以热裂解方式生产生物炭，并将

越大， p H值也相应提高。此外，其生物学稳定性与热裂解温度有关，通常热裂解温度越高，易热解含碳化合物残留量则越低，生物炭中难分解碳物质比例相应增高，其生物学稳定性则会增大。 生物炭表面积、羧基官能团决定

了生物炭的阳离子交换量 ( C E C),在一定温度范围内，生物炭表面积达到最大时，C E C也同样达到最大，，同时生 物质原料也对 C E C有影响 j。 生物炭的持水量与热裂解温度有关，一般情况下，持水量与热裂解温度呈反比，如 C h u n

其运用到修复土壤、改良环境、提高作物产量等方面。尤其在生物炭的制备、特征和特性、对土壤环境修复及作物增产等方向作了大量的研究l 3 l 4 J。虽然我国生物炭的生产资源丰富，但其 作用及应用的研究才刚刚开始 _ l J,其在农业及环境中的应用也尚未受到足够的重视，此外，国内外很多学者对生物炭的制备技术心存疑虑。鉴

于此，本文就生物炭对土壤环境及对作物肥效及肥效机理等方面作一综述。

等_ l。。对秸秆炭的研究发现，等热裂解温度为 3 0 0￣ C时，生物炭的持水量是 1 3×1 0~m L m~, 而当热裂解温度升至在 7 0 0￣ C时，其持水量则降 至4 . 1×1 0~m L m~,酸性基团则下降到 0 . 3 m m o l g~,碱性基团则升至 0 . 2 9 m mo l g~,其原

1 生物炭的特征与特性 生物炭属于黑炭的一种，是由植物生物质在 完全或部分缺氧情况下经热解炭化产生的一类

因可能是热裂解温度升高，生物炭表面的极性官能团则会减少，从而使生物炭持水量减少，同时生物炭的酸性基团会随热裂解温度升高而减少， 但碱性基团则会增加，最终导致总官能团减少， 从而官能团的密度也相应减少。

高度芳香化的难熔性固态物质 j,具有高度热稳 定性和较强的吸附特性。生物炭的 p H值易受裂

解温度影响，一般情况下呈碱性，且裂解温度越高、 p H值越高 J。常见的生物炭包括木炭、小麦

稻草等秸秆炭、竹炭、稻壳炭等，生物质炭主要成分是碳 (一般可达 6 0%以上 ),其次是氢、氧、灰分等 (包括钾、钙、钠、镁、硅等 )]。据 D e m i r b a s 报道，生物质炭的元素组成为碳 ( 6 6 . 6%~ 8 7 . 9%),氢 ( 1 . 2%~2 . 9%),氧 ( 1 0 . 6

%~

2 生物炭对土壤环境的影响 2 . 1 对土壤物理性质的影响

目前，关于生物炭对土壤性质的影响研究多集中在风化土及典型热带贫瘠土壤上。木炭因

2 6 . 6%),且最终炭化温度决定了元素的组成，其

含碳量及灰分含量随着最终炭化温度的升高而增加，而氢和氧的含量则恰恰相反 J。有机碳大多以稳定芳香环不规则叠层堆积存在于生物炭中，含羟基 (一O H)、烯烃( C=C) J。生物炭具 有多孔性、巨大表面积及羧基基团，因而具有较大的离子交换量 ( C E C)。

其空隙结构，具有很大的表面积，对土壤的物理性质，如土壤的保水性和团聚体的形成有一定影响。生物炭对土壤类型持水量的影响通常不 明显，生物炭与土壤的比表面积相对大小及生物炭的亲水性决定了不同类型土壤的持水量¨。

富含生物炭的土壤因此具有更多有机质，更高的持水能力及更高的养分保持能力，可以更好的利用 N, P, K等…。研究发现生物炭通常可以通过增深土壤颜色、增加土壤吸热能力，进而提高土

生物质种类和来源对生物炭化学成分影响较大" 。生物炭含碳量通常在木本植物中较高， 而矿质养分含量则相对较低；而厩肥及秸秆中二者含量则相反。原生物质在生物炭中的残留碳含量、挥发有机物含量、含氮量随热裂解温度升高而减少。生物炭的固定碳含量 (难分解碳物

壤温度¨引。此外，生物炭之所以可以改良土壤质地是因为其容重低、粘性差，因此降低了粘质土壤的容重和硬度¨。此外，加入生物炭的土壤的 阳离子交换容量可提高 5%~2 0%, p H值可以增 加 1。此外，适量添加生物炭的土壤的有机碳、全氮及微生物呼吸系统也会相应增加。

质)、矿物质 (灰分)含量、 p H值随热裂解温度升高而提高，灰分是碱性物质，所以生物炭的 p H

值由灰分含量决定，热裂解温度越高，灰分含量

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