2.2 生物质炭对土壤养分利用率的生物影响

2.2.1 对有机质含量的影响

土壤有机质（SOM）是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，其含量是质炭有机质积累和矿化分解平衡的结果。生物质炭具有较高的化还环农稳定性，矿化速度慢，田作途径施入土壤可提高土壤有机碳含量。为土研究了生物质炭对土壤有效养分的壤改利用效率和腐殖质的组成，将不同量的良循秸秆生物质炭添加到草甸黑土中，在施入土壤 45 d 后，技术土壤有机质的分析含量与生物质炭施用量呈正相关，从对照处理的生物 16.2 g/kg 增加到 2% 生物质炭处理的29.2 g/kg，这与 通过研究证实炭化的质炭植物残体有助于土壤有机质积累结论一致。

通过盆栽试验研究了添加不同量（0、化还环农0.35%、田作途径 0.70%、为土1.05%）生物质炭对烤烟根际土壤的壤改影响，结果表明，在烤烟移栽 35、50、65、80、95 d 后，根际土壤有机质含量均随着生物质炭添加量的增加而显著提高，添加 0.35% 生物质炭处理的有机质含量增加7.9%~42.7%，添加 0.70% 生物质炭处理的有机质含量增加 16.21%~108.52%，添加 1.05% 生物质炭处理的有机质含量增加 43.48%~121.94%，且增施生物质炭各处理的有机质含量均在烤烟移栽 50 d 后增幅最大。综上所述，生物质炭的施用能提高耕层土壤与植物根际土壤的有机质含量。 

2.2.2 对土壤矿质营养吸收的影响 矿质营养吸收

是作物栽培领域关注的重点指标之一。生物质炭独特的多孔三维结构和比面积增强了对矿物质的吸附性能，被认为可以吸附和保持土壤矿质营养元素，有效减少因雨水过多造成的氮、磷流失，而相应提高留存于土壤中的养分，促进作物根系吸收。研究表明向褐土中添加玉米秸秆炭一段时间后，各添加处理的土壤渗滤液中总氮和总磷质量浓度均小于对照处理。指出当生物黑炭和肥料配施后，生物质炭可以通过吸附 NO3-和 NH4+，减少土壤的氨挥发与氮素流失来提高氮肥利用率。得出相似结论，认为施用生物质炭提高水稻的氮肥吸收利用率达 20.33%。添加生物质炭可以提高土壤中有效养分的含量。认为生物质炭对有效磷、钙、镁的提高效果较明显，但对氮和钾的作用不显著。也曾报道施用生物质炭能增加有效 P、K、Mg 和 Ca 含量。连续 2 年的研究结果表明施用生物质炭可以提高烤烟生长期内根际、耕层土壤速效钾含量。

2.3 生物质炭的固碳减排潜力

农田土壤有机碳矿化释放 CO2是农业温室气体排放的重要途径，促进土壤碳截获对减缓全球温室效应具有重要意义。ICPC AR4 报告中提出，农业是当前一个具有很大缓解能力和潜力的重要的陆地生态系统，全球农业减排的自然总潜力高达 CO2-eq 7300（负 1 100~16 900）Mt/年，其中 93% 来自减少土
壤 CO2释放（即固定土壤碳）。东南亚被认为是全球最大的农业（土壤）固碳与温室气体减排的潜力所
在。

在陆地生态系统中，植物通过光合作用所固定的大气 CO2，50% 用于自身呼吸作用，而另外的 50%通过凋落物等植物残体的形式进入土壤，经过土壤微生物的作用释放到大气中，这个平衡称之为“碳中性”。如果凋落物经过高温热解，可产生 25% 的生物质炭归还土壤，由于生物质炭的化学和微生物惰性以及土壤团聚体的物理保护使得其成为土壤的惰性碳库，只有 5% 的碳经过土壤微生物的作用重新释放到大气中，而土壤多固定了 20% 的碳，这样就产生净的碳吸收，这个平衡称之为“碳负性”。生物质炭的土壤施用通过施入稳定性碳来改变土壤碳库的自然平衡，从而达到大幅度提高土壤碳库容量的目的。与秸秆直接还田条件下新鲜有机碳迅速转化相比，秸秆炭化还田减缓了有机碳的更新，并通过减少其他温室气体排放而表现为碳汇过程。因此，植物通过光合作用固定 CO2，收获的秸秆热裂解后，50% 左右的碳以生物质炭的形式被固定，埋于土壤的生物质炭就变成碳的净汇。

生物质炭的施用可以降低土壤呼吸强度，减少土壤温室气体排放。有研究表明，增施生物质炭使得盆栽大豆和牧草全生育期 N2O 排放量减少 50%~80%，并几乎不排放甲烷。N2O 排放量的减少可能是由于生物质炭施入后土壤容重降低，通气性改善，土壤碳氮比升高，限制了氮素的微生物转化和反硝化。研究显示除在秸秆炭添加初期外，添加秸秆炭各处理土壤呼吸强度均弱于对照组。到黑麦草收割时，添加 2% 和 4% 秸秆炭的处理比对照呼吸强度分别降低了 26% 和 50%。

2.4 生物质炭对土壤重金属污染的修复作用

生物质炭对重金属有很高的吸附容量，可降低重金属的生物有效性。用取自污染场地的土壤进行了为期 60 d 的培养试验，结果表明，加入生物质炭使土壤孔隙水中镉的浓度降低到原来的 1/10，从而减少了镉的生物利用度。研究了棉秆炭对镉污染土壤的修复效果以及镉污染土壤上小白菜（Brassiea chinensis）对镉的吸收，结果表明棉秆炭能够降低小白菜对土壤中镉的利用。此外，用牛粪制 成 的 生 物 质 炭 对 水溶 液 中 铅 的 吸 收 率 可 达100%。生物质炭可以增强土壤保持重金属元素镍、铜、铅和隔的能力。这可能与生物质炭巨大的表面积及其表面的官能团对重金属元素等的保持能力有关。也有研究表明，烟叶中的镉、镍、铅等重金属元素的含量与 pH 呈负相关，所以土壤酸性越强，重金属的含量也就越多。生物质炭可以通过提高土壤pH 降低重金属在土壤中的移动性，增强土壤对重金属的保持能力，降低烤烟对重金属的吸收率。

因此，烟田中施用生物质炭，可以降低烤烟大田生长期对重金属的吸收，减少卷烟重金属含量，提高卷烟安全性，将有助于缓解吸烟与健康问题，应对公众对烟草危害健康的恐慌，同时有利于中国卷烟质量与国际标准接轨，拓展国外市场。

2.5 降低因施用农药、化肥等带来的农业面源污染

农田土壤中增施生物质炭可以通过吸附固定农药残留或其他土壤有机污染物，降低由此带来的地表水、地下水次生污染。添加生物质炭后的土壤，表现出对农药残留的吸收和固持，从而减少污染物下渗或随地表径流污染水体，同时降低残留农药的生物利用度。用木屑制成的生物质炭添加至土壤，发现当土壤中这种生物质炭含量达 5% 时，对莠去津、乙草胺 2 种除草剂的吸收量会明显增加。生物质炭对土壤中的苯脲类除草剂也有很好的固定效果；对杀虫剂的吸附能力是土壤的 2 000倍。增施生物质炭可使土壤空隙水中多环芳烃的浓度降低 50%。值得一提的是，有研究发现在施用生物质炭的土壤中，2 种农药（毒死蜱、氟虫腈）的残留率虽然较高，但所栽种的韭菜对农药吸收率却明显降低。

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