芻議生物炭對土壤肥料的效應研究與發展方向

高紅霞　張錦霞　王艷玲

摘 要：生物炭是指生物體、或者有機質等物質在厭氧環境下經過長時間的低溫熱裂解而形成的固體物質。在土壤中施用生物炭可以有效提升土壤肥力，保水保肥。本文介紹了生物炭的概念及屬性，并分析了生物炭對土壤肥料的效應，并指出了未來生物炭的研究方向，旨在為生物炭的研究及發展提供一些參考。

關鍵詞：生物炭；土壤；肥料

中圖分類號：S141 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132008

1 生物炭的概念與屬性

生物炭是指生物體、或者有機質等物質在厭氧環境下經過長時間的低溫熱裂解而形成的固體物質。在常規的生產環境中生產而成的炭多數形狀為塊狀或者顆粒狀，生活中較為常見的有竹炭。而經過現代工藝技術生產而成的生物炭形狀是粉狀顆粒。生物炭的含碳量多為40%～75%之間，除此之外還含有部分礦物質等。生物炭的酸堿性通常表現為堿性，較難分解。生物炭有一個非常明顯的特征便是其巨大的吸附能力，這主要是由于生物炭的表面積所導致。生物炭中的有機碳含量十分豐富，且隨著不同含量成分變化生物炭有較大變化。例如常見的秸稈、禾本作物等等。生物炭含量較高的一般是木質化程度較高的。而秸稈的生物炭含量則相對較低。生物炭與礦物質含量呈現出負相關的關系。生物炭的形成與溫度關系較大，在其形成過程中溫度的高低將會直接影響到對有機物的分解程度，溫度低含碳物質、分子量較小的有機物等含量就會偏高。

2 生物炭對土壤肥料的效應

2.1 生物炭對土壤有機質的作用

從現階段國內外的研究結果來看，生物炭對于土壤的改善效果較為明顯，在很大程度上可以提高土壤本身的肥力。從土壤本身的結構包含物質角度來看，它無法對栽植其上的作物持續的提供生長所需的營養物質，這主要是因為其需要修養，通過一段時間的修養之后其內部腐殖質的含量會得到提升，過去很多農戶的種植方式為免耕及堆肥。他們忽略了一個較為重要的問題就是肥料本身是會揮發的，堆放的時間與揮發程度呈正相關關系，所以這樣一來對土壤改善的效用則是十分有限的，同時堆肥也不可能全部轉化為腐殖質，很明顯這樣的做法是不科學也不合理的。反觀生物炭它在土壤中的損失相比較而言則占比十分的少，所以它可以有效的提升土壤中碳的比例。相比于其他而言則是效用非常好的有機物質肥料。同其他肥料對于土壤作用有很大的不同。所以在使用生物炭的過程中還需要搭配其他作用的方式的肥料。

2.2 生物炭對土壤的理化性質的作用

生物炭表面積巨大，且多孔、親水，不同孔之間的孔距也相對較大，因此生物炭的間隙與其他相比屬于較大的一類。從生物炭的屬性不難看出其對土壤的疏松作用，防止土壤的板結。有資料報道施用生物炭的土壤與未施用的土壤相比前者的滲水速度要遠遠滯后于后者，所以在一定范圍內長久的保持土壤的含水量。此外有研究表明，土壤中的生物炭的存在還可以提高微生物活性，微生物活性的提高有利于分解土壤，也就更有利于人類耕種。從土壤的化學性質主要是指其酸堿度及內含物。盡管目前的研究并沒有完全的對其生物特性有全面的認識，但是可以肯定的是生物炭的應用可以提高土壤中有機離子同H+的交換作用。常規條件下，生物炭本身的礦物質含量相對是較低的，所以其效果與普通肥料相比較而言是存在一定差距的。然而動物糞便包括家畜等的均可以將其內含的物質充分的分解，以此來提高礦物質在土壤中的有效含量。由此可以看出生物炭與其他肥料配合使用可以有效的提高土壤中的H+、PO4-2、及K+的含量從而提高土壤的肥力。

2.3 生物炭的作物效應

由于生物炭的屬性作用于土壤有提高土壤肥力的效應，使用它的主要目的也是為了種植的農作物可以實現高產，所以對其進行深入的研究是非常有必要的。經對相關資料的查閱可以發現，生物炭可以提高作物產量主要是因為其可以長效保持土壤中的養分，減緩損失速度。而生物炭發揮這樣的作用并不是其一種物質的作用，而是在其他肥料的協同作用下實現的。

3 未來研究

以往的專家更側重于對竹炭和木炭的深入研究，且得到了較為豐富的研究結果。而生物炭較之研究相對薄弱，特別是國內的研究還處于初級階段，很多地方沒有涉及。因此，對于其深層次的功能或者效用并沒有完全進行挖掘，如何使用還有很多疑問存在。此外，含生物炭的物質有很多，且分子較為復雜，結構多樣，這也為其深入研究帶來了一定的阻礙。今后，應當著重對生物炭的種類進行劃分，有計劃的、有目的的進行深入研究。特別是對家畜糞便分解成的生物炭進行重點研究。

目前對于生物炭的很多研究不具備廣泛性，因此造成很多結果不具有普遍適用性。以往的研究中并沒有對其如何使用進行明確規定，也沒有對其影響效果的因素進行分析，因此今后的研究應當全面考慮，更注重在田間農作物上的效果。

目前對于生物炭的有益效果幾乎都是未經實際種植中生物炭對作物、土壤等長期影響總結測算的結果，很多都是短期實驗室土柱淋洗、土壤培養及土壤水分特征曲線測定評價而提出的。而實驗室和田間的環境、溫度等都是區別很大的，所以有計劃的、有目的的對生物炭與土壤、環境相互作用研究才是今后研究的主要方向之一。

生物炭的用量多少決定因素應當是土壤是否對此有較大、較好反映。從目前的研究結果來看，生物炭在不同作物或者相同作物不同用量上的表現差異較為明顯。有的呈正相關有的呈負相關，這一現象有待于進一步實驗進行研究。