3 生物质炭对作物生长发育及产质量的生物影响

3.1 对作物生物量、产量的质炭影响

发现 2 年中 3 次连续施用生物质炭（7 t/hm2）使得玉米的产量增加一倍。研究表明添加秸秆炭处理的化还环农黑麦草植株健壮，叶片色泽鲜亮，田作途径且随着秸秆炭使用量的为土增加，植株的壤改生长更为茂盛。与不添加生物质炭的良循处理相比，1% 秸秆炭处理的技术黑麦草生物量在第 90 天增加了 20%，4%秸秆炭处理的分析增加了 68%。指出在富含生物质炭的生物土壤中，野草植株对地表的质炭覆盖率比单独施用无机肥料时提高了 46%。发现与仅施无机肥料相比，化还环农增施生物质炭的田作途径土壤谷物产量提高了 2 倍。当以 500 kg/hm2 的为土标准向火山灰壤土中施加生物质炭时，大豆产量增加了 5l%。壤改研究了重金属污染土壤中添加秸秆炭对水稻生长的影响，表明不同秸秆炭处理均提高了水稻光合速率，显著增加了水稻产量。 

3.2 对烤烟产量、质量的影响

烟田施用生物质炭可以显著增加烟株对磷、钾养分的吸收量，从而有利于烟株的生长，其中施用烟秆生物质炭比玉米秆生物质炭更能促进烟株的生长。烟田按照1 575 kg/hm2 的量施用生物质炭，可以促进烟叶生长和产量的提高，且随着生物质炭施用量的增加，烟株干质量和产量也增加，但当生物质炭施用量达到一定量（2 025 kg/hm2）时，烟叶的品质开始下降。研究也有相似结论，生物质炭提高了烤烟大田生长后期根、茎、叶各部位的干物质积累。据此，在烤烟的生产实践中可考虑适当施用一定量的生物质炭以进一步提高烤烟种植的生产效益。研究表明烟田施用生物质炭可以延长烤烟的大田生长期，使得烟叶内在物质更加充分转化，利于烟叶品质的形成。生物质炭施用量为 750~1 125kg/hm2时，烤后烟叶石油醚提取物含量增加 12%，中性致香物质总量大幅提高。生物质炭还可以显著提高团棵期以后各生长阶段烟叶叶绿素、类胡萝卜素含量，这与生物质炭显著提高烤后烟叶致香气物质相一致。

研究表明，随着生物质炭用量的增加，烟叶总氮和烟碱含量有不同程度地提高，但其含量均未超过优质烟叶适宜范围。生物质炭对植烟土壤钾元素含量的贡献，对生产优质烟叶有重要意义。针对中国黄淮烟区烟叶钾含量偏低的问题，建议在烤烟的生产实践中可适当施用一定量的生物质炭，以提高烟田有机质含量，减少因雨水而造成的土壤养分流失，提高土壤有效养分含量，尤其是钾元素含量。在“降焦减害”的大背景下，随之带来的烟碱稀释使得高烟碱含量的烟叶将显示出更大优势。

4 生物质炭化还田模式与科学问题探讨

4.1 生物质炭化还田技术模式

生物质炭化还田是中国发展循环农业的重要途径之一。河南省生物炭技术工程中心开展了秸秆炭化技术工程化研究，以生物质炭为原料研制了不同产品，2016 年 9 月在河南省洛宁县建设了年产 5 万 t生物质炭基肥生产线，技术模式如图 3 所示。生物质炭化还田技术是该生产线的技术核心，该设备采用双层套筒倾斜平式设计对原料进行高温快速炭化，炭化过程中可以自由调控反应器的炭化温度、升温速率、滞留时间等关键技术参数，并可根据不同生物质特性以及不同需求，调控设备转速与滞留时间，生产出适合不同品质的生物质炭原料。该技术模式经过 3 年的运行表明，农作物秸秆炭化还田技术具有良好的发展潜力，有利于促进中国循环农业和生态农业的发展。

4.2 生物质炭施用与土壤类型和基础肥力密切相关

在不施用化肥的情况下，对肥力水平差异较大的 2 个土壤样品与不同量（0、10、50 和200 g/kg）生物质炭进行培养，培养 1 年后种植黑麦草，结果显示，肥力水平较低的土壤施用生物质炭可以显著提高黑麦草的产量；而随着肥力水平的提高，生物质炭对黑麦草的增产效应有所下降，甚至会降低产量。以壤土为供试土壤，通过盆栽试验研究生物质炭与氮肥互作对菠菜生长的影响，试验结果显示，在低氮处理条下，生物质炭更易发挥增产效应，认为生物质炭可以肥沃土壤，在一定程度上代替肥料提高土壤生产力。温度与土壤供钾容量和强度（Q/I）的关系，发现升高温度促进了土壤吸附位上吸附的 K＋离解，土壤供钾强度和容量明显增加，即提高了土壤的供钾能力。在氮贫瘠的土壤中加入生物质炭后，短期内作物的生长率会降低，原因是施加生物质炭后，土壤中 C/N 提高，从而限制了土壤氮素的利用度。该结论主要基于土壤碳氮比需协调，过量的生物质炭会影响氮肥的吸收利用。生物质炭与氮肥互作对植烟土壤以及烤烟的影响试验也发现，生物质炭对土壤性状与烤烟化学成分的影响与施氮水平存在很大的关系，具体结论还有待进一步论证。 

4.3 生物质炭对土壤-作物系统发挥积极作用的时间限制

在哥伦比亚热带草原施用 20 t/hm2生物质炭发现，除施用后第一年外，第二、第三、第四年 玉 米 产 量 与 对 照 相 比 增 产 显 著 ，增 幅 分 别 达28%、30% 和 140%在巴西亚马逊氧化土上施用生物质炭 1 年后（11 t/hm2），第二、第三年 4 个生长季中水稻和高粱的产量提高了75%。在对生物质炭与土壤进行 1 年培养，再种植黑麦草的前提下，增施生物质炭可以提高黑麦草产量。推测生物质炭施入土壤初期尚未真正融入土壤，其对土壤-作物系统发挥积极作用是在施入土壤一段时间之后，然而发挥积极效应的具体期限尚不清楚。值得注意的是，农田施用生物质炭有利于减少温室气体的排放。研究发现在稻田中施
加生物质炭和炉渣等材料，可以提高粮食产量和减少温室气体的排放。

5 结语

据统计，中国农作物秸秆年产生量 9 亿~10 亿 t，
其中玉米、水稻、小麦和烟草等作物是秸秆的主要来源。目前，关于秸秆还田技术传统的方式为直接粉碎还田、过腹还田和发酵腐熟还田，这些技术模式各有其自身优势和劣势。鉴于生物质炭在农业土壤保育、增加土壤碳库、促进矿质营养吸收和减少温室气体排放等方面的积极作用，表明秸秆炭化还田技术模式在循环农业发展进程中具有良好的发展前景，弥补了传统秸秆利用技术的缺陷，提升和丰富了中国秸秆资源化利用方式。农业是一个非常复杂的系统，农业生产中各要素相互联系、相互影响，解决农业生产中的问题必须用科学统筹兼顾的思路。生物质炭化还田作为一种新的技术模式，目前在中国已经开展了深入、系统地研究，并相继建立了示范生产线，从技术模式上构建了循环发展链条，但在政策、管理等方面还缺乏配套的机制和政策体系。因此，建议在不同区域范围内，采用“产学研政”的方式构建技术、工作、政策三位一体的整体技术开发模式，促进中国秸秆资源化高效利用和绿色循环农业的发展。

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