生物炭的研究現狀與對策分析

田永強，張 正，張倩茹，尹 蓉

（1.山西省農業科學院果樹研究所，山西太原030031；2.山西省農業科學院谷子研究所，山西長治046011）

生物炭的研究現狀與對策分析

田永強1，張 正2，張倩茹1，尹 蓉1

（1.山西省農業科學院果樹研究所，山西太原030031；2.山西省農業科學院谷子研究所，山西長治046011）

生物炭也稱生物質炭，是生物質原材料如植物組織、果園枝條、農作物廢棄物、動物骨骼等在厭氧或缺氧的條件下，高溫裂解炭化而成的一種富碳產物。生物炭技術作為新興的綜合技術，已成為全球農業、生態和碳減排等領域研究的前沿熱點。介紹了生物炭的基本特性，并對其在農業生產和生態環境方面的應用研究進行了綜述，最后分析了生物炭研究中存在的問題并提出了相應的對策，希望為生物炭技術的應用和推廣提供一定的參考。

生物炭；土壤改良；碳匯；環境修復

生物炭技術近年來已逐漸成為國內外農業和生態環境領域的研究熱點。國際生物質炭聯盟（International Biochar Initiative，IBI）推動了全球生物炭事業的快速健康發展，2009年英國洛桑試驗站在Woburn農場啟動了有關生物炭的長期定位試驗計劃，巴西農業研究公司EMBRAPA開展的生物炭項目已進入了實施推廣階段，目標是創造更多的“肥沃高碳黑土”[1-5]。2010年我國首個生物炭網絡中心的成立，對開展生物炭的研究與應用起到了積極的推動作用。國內外的科研工作者相繼對生物炭自身性質及其在土壤改良、作物生長、生態環境改善等方面進行了大量的研究并取得了一些成果[6-9]。

本研究基于國內外研究文獻，綜述生物炭在農業生產和生態環境方面的應用狀況，分析研究應用中存在的問題并提出相應的對策，以期為生物炭的合理應用與推動現代農業的可持續發展提供理論依據。

1 生物炭基本特征

常見的生物炭有稻殼炭、秸稈炭和木炭等，主要由芳香烴和單質碳或具有石墨結構的碳組成，顆粒細致、質地較輕，為黑色蓬松狀固態物質，C含量一般在70%以上，主要組成元素除C外，還包括H，O，N，S及少量的微量元素。生物炭原料來源廣泛，含C量高，具有豐富的孔狀結構，比表面積大、呈堿性、吸附能力強、容重小、穩定性高、成本低廉，其被應用于農業、生態修復和環境保護等領域[10-11]。

2 生物炭的應用

2.1 生物炭在農業中的應用

農用生物炭的作用主要表現為對土壤理化性質、作物生長發育和產量的影響[12]。生物炭被認為是一種土壤改良劑。有研究表明，生物炭可降低土壤容重、增加土壤持水量、改善土壤孔隙度，但對肥力較高的土壤只明顯影響其容重。生物炭對土壤溫度的影響隨季節變化有差異，地溫偏低時生物炭提高地溫的作用更為明顯。另外，生物炭能夠增加土壤肥力。研究發現，生物炭使酸性土壤pH值增加，對堿性土壤pH值卻影響不顯著。由于生物炭的施入會改變土壤條件，因此，土壤微生物種群結構會發生變化，如土壤慢生根瘤菌科、放線菌等增加，鏈霉菌科與微單孢菌科等減少[13-15]。

對生物炭與作物產量關系的部分研究進行分析發現，50%的研究認為，生物炭有利于作物增產，30%的研究認為，生物炭對作物產量沒有影響；近20%的研究認為，生物炭可使作物產量減少。生物炭與作物生長發育和產量之間的關系受生物炭自身的性質、土壤的理化性質和作物的生物學屬性等諸多因素的影響，因此，生物炭應用于作物生產，也應該靈活變通。特定條件下施用生物炭可以促進作物生長、提高產量已是不爭的事實，只要應用恰當，其正向效應完全可以被利用，生物炭復合肥料將成為農業領域一個新的研究方向[11-12]。

2.2 生物炭對生態環境的影響

合理施用生物炭不僅可以改善土壤性質、提高作物產量，還能夠有效地吸附土壤或沉積物中的有機污染物和重金屬。同時，生物炭難以被微生物降解，具有穩定性，在固碳減排、緩解氣候變化方面具有積極的作用。

生物炭以其優良的環境效應和生態效應已經成為環境科學研究的熱點，生物炭技術在碳匯減排方面的應用逐漸引起了廣泛的關注[16]。Lehmann[17]提出，利用生物炭技術可以每年降低10億t溫室氣體，Wolof等[18]研究發現，生物炭每年可減少全球溫室氣體總排放量的12%。CO2等溫室氣體的排放對氣候的影響非常明顯，施用生物炭可增加土壤中的“C庫”，生物炭具有很高的化學穩定性，可使C元素在土壤中長期封存，有利于緩解溫室效應。

生物炭的生產和使用就是對大氣C素的固定過程，其在固碳減排、緩解氣候變化的同時還能夠吸附環境中的有機污染物。此外，生物炭表面的羧基、酸酐酚、羥基等多種基團能夠促進有機污染物的降解。向被污染的土壤中添加生物炭已經成為降低有機物污染的有效手段[19-20]。

3 存在的問題及對策

有關生物炭對土壤條件的改善和作物產量的影響及其在固碳減排改善生態環境方面的報道已經有很多，但依然缺乏較為系統的研究，關于生物炭的研究主要以室內試驗為主，缺少中長期定位試驗，試驗時間相對較短，對生物炭的作用機制更是缺乏深入的研究。因此，急需拓寬生物炭的研究領域，探索其作用機理，進行較為系統和深入的研究。

目前，生物炭的生產和應用尚未引起足夠的重視，還缺乏完善的產業鏈，因此，生物炭在國內并沒有大面積推廣應用，仍停留在試驗研究階段；生產設備大多從國外進口，不易于在農戶中間推廣；原料數量大、密度低與分散度高，收集難、儲運難、利用效益低，大規模生產生物炭實施起來顯然難度很大。大面積推廣生物炭應用需要政府經濟和政策上的扶持，可采用小規模和工業化相結合的方式，將一定區域內所有生物質廢料都送到處理廠統一集中處理，裝有高溫分解設備的合成氣動力車走鄉串戶，將制好的生物炭分發給農戶。

最后，生物炭會增加土壤的堿化程度，應用有一定的局限性，我國土壤的類型相對復雜，應根據土壤類型的不同，篩選、制備適宜的生物炭。我國生物炭產業應該以廢棄資源循環利用為基礎，避免環境污染，保障糧食安全，利用生物炭還田技術實現碳匯減排，從根本上解決資源浪費的問題，實現我國農業的可持續發展。

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Research Current Situation and Countermeasures Analysis of Biochar

TIAN Yong-qiang1，ZHANG Zheng2，ZHANG Qian-ru1，YIN Rong1
（1.Institute of Pomology，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.Institute of Millet，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Changzhi 046011，China）

Biochar is a material derived from high temperature pyrolysis of biomass materials（plant tissues,orchard branches,crop waste,animal bones,etc）in anaerobic or anoxic conditions.Biochar is a new environmental functional material to which increasing attention was paid in many field.As a new synthetic technology,biochar technology became a hot spot in the fields of agriculture,ecology and carbon emission reduction.In this paper,the basic characteristics of the biochar were introduced,and its application in agricultural production and ecological environment were reviewed.Finally,the problems existing in the biochar research were analysed and the corresponding countermeasures were put forward,which provided some reference for the promotion and application of biochar technology.

biochar;soil improvement;carbon sink;environmental remediation

TK6

A

1002-2481（2016）05-0680-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.05.26

2015-12-22

田永強（1984-），女，山西五臺人，助理研究員，碩士，主要從事果樹病害研究工作。