生物質炭對植煙土壤改良效果研究進展

黃海濤　鄧建功　簡鎮

摘要 植煙土壤環境惡化是導致煙葉品質下降的一個主要原因，植煙土壤改良刻不容緩。生物質炭不僅屬于有機碳，自身更具有獨特的理化特性。本文綜述了不同制備工藝及原材料對生物質炭性質的影響，闡明了生物質炭對植煙土壤理化性質、土壤肥力、微生物群落及酶活性的影響，以期為植煙土壤改良中生物質炭的推廣應用提供參考。

關鍵詞 生物質炭;植煙土壤改良;土壤肥力;微生物

中圖分類號 S156

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）08-0207-03

土壤是煙草生長的重要媒介及養分來源，優良的土壤環境是優質煙葉生產的關鍵"。由于施肥模式、種植方式不合理，導致植煙土壤板結、養分流失、酸化、連作障礙等一系列問題12-1。土壤環境惡化是煙葉品質下降的一個關鍵因素15-6，植煙土壤改良刻不容緩。近年來，生物質炭引起了科研工作者的密切關注，生物質炭本身屬有機碳，而且具有區別于有機碳組分的物理、化學和生物學性質7-8），在土壤改良方面具有廣闊的應用前景。生物質炭在土壤改良方面已取得較好的效果，但針對植煙土壤改良的相關研究較少，對生物質炭在植煙土壤中的改良效果、機理及關鍵影響因素缺乏認識?；诖耍疚木C述了不同來源及制備工藝的生物質炭性質特征，闡明生物質炭對植煙土壤理化性質肥力、微生物及酶活的影響，旨在為生物質炭在植煙土壤應用改良方面提供參考。

1生物質炭

1.1生物質炭來源及制備工藝

生物質炭研究的序幕來源于亞馬遜黑土的發現，在南美洲亞馬遜流域，當地居民將有機廢棄物（如食物、骨頭等）燃燒后施人土壤、經長年累積形成的人為土，其肥力水平顯著高于附近其他土壤910生物質炭，是指生物質在低氧或者無氧條件下經由高溫裂解碳化后含碳豐富的固體產物，原料來源廣泛。目前，已有報道生物質炭來源包括秸稈（玉米、烤煙、小麥等）、樹木（桑樹枝條）、果殼等，生物質炭的制備溫度在200～700C范圍內，不同來源及制備溫度的生物質炭性質有所差異。

1.2不同制備工藝及來源生物質炭性質

不同制備工藝生產的生物質炭理化性質存在差異。王成己等呵以煙桿為原料，研究炭化溫度、時間對煙稈生物質炭特征的影響，結果表明，煙桿生物質炭pH值、有機碳含量、全鉀含量以及C/N隨炭化溫度升高和炭化時間延長而升高，但產出率、全氮含量表現為下降趨勢。炭化條件對烤煙秸稈生物質炭性質影響明顯，其中炭化溫度影響大于炭化時間。

研究表明，烤煙秸稈炭化產率與溫度成反比，低溫炭化條件下，烤煙秸稈炭碳含量變化較小、碳酸根及無機碳含量低、pH值呈弱酸性。隨著炭化溫度的升高，烤煙秸稈炭碳含量下降、碳酸根及無機碳含量于400C時明顯增加、pH值于300～800C時逐漸升高呈堿性、陽離子交換量呈現先增加后降低的趨勢（400C時達最高值）、表面堿性官能團增加而酸性官能團減少?？緹熃斩捥炕瘻囟纫?00～500C為宜叨。楊興等18研究指出，450C制備的烤煙秸稈生物質炭對農業生物及生態環境的預期效果相對較好，其中比表面積、pH值在450C條件下達最高值（分別為8.86m/g9.98）。煙稈生物質炭的元素含量（O、H）、元素比（H/C0/C、0/C+N/C）隨炭化溫度升高而降低，但K、Al、Ca等元素含量較高。低溫生物質炭含有較高的水溶性成分，隨著炭化溫度的提高，烤煙秸稈生物質炭表面的含氧官能團整體極性減少，電導率、比表面積、表面晶體含量、穩定性和芳香性有所增加。

不同來源生物質炭的性質及對土壤改良效果有所不同。研究表明，纖維素類生物質炭對土壤團聚體結構的改良效果優于木質素，這可能是由于木質素比纖維素結構更加復雜，在炭化處理后木質素類生物質炭穩定性仍然較高，難以被微生物利用，從而不利于團聚體的形成叩。通過比較相似制作工藝條件下各生物質炭基本理化性質發現，pH值、全量養分（全碳、全氮、全磷、全鉀）及C/N波動性較大，即使是同一類物質制作的生物質炭理化性質也不盡相同1-3），說明原料也是影響生物質炭性質的關鍵因素之一。

2生物質炭對煙田土壤理化性質的影響

生物質炭孔隙結構發達、比面積較大，能夠明顯改善土壤通氣性和保水性，為微生物提供良好的生存環境。連續施用生物質炭，土壤含水量、孔隙度、液相比有所升高，容重下降，對于提高砂質植煙土壤保水能力尤為顯著。生物質炭表面含有豐富的含氧官能團（羧基、羥基等），呈堿性，能夠緩解土壤酸化現象14-25。研究表明，煙桿生物質炭可提高植煙土壤pH值，其中酸性土壤提高比較明顯，并且提高幅度與生物質炭用量成正相關啊。添加生物質炭還能促進土壤大團聚體（0.25～1.00mm）的形成，改善土壤團聚體結構，其中煙桿炭的改良效果優于桑條炭叨。

3生物質炭對煙田土壤肥力的影響

生物質炭是生物質經高溫熱解后的產物，主要為有機碳組分，同時也含有豐富的大量元素和中、微量元素叫。對于全量養分來說，生物質炭有利于促進植煙土壤有機碳、全氮和全鉀的提高，全磷含量變化不大。

添加生物質炭對土壤有效養分的影響有所差異。生物質炭添加導致土壤堿解氮含量有所降低，速效鉀含量顯著提高，速效磷變化較小30。管恩娜阿也指出，生物質炭可提高土壤硝態氮有效磷和速效鉀含量，使銨態氮含量有所降低，其中生物質炭高施入量的效果尤其明顯。但也有研究表明，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量隨著生物質炭用量增加呈先增加后降低的趨勢叫，這可能與生物質炭的吸附特性有關。研究表明，盡管添加生物質炭可提高土壤有機碳水平，但降低可溶性有機碳含量，這與生物質炭較強的吸附能力有關。生物質炭可吸附無機氮及磷組分，降低土壤氮素的淋溶及徑流損失3。

研究表明，相同施氮量條件下，施用生物質炭明顯提高植煙土壤銨態氮硝態氮及堿解氮含量，在烤煙移栽75d后3種組分比對照處理分別提高17.3%.8.0%、7.2%，可見生物質炭與氮肥配施對于土壤氮素固持具有重要意義。生物質炭對土壤銨態氮的影響受生物質炭制備方法、土壤類型共同影響。研究指出，在砂土中施用低溫炭可以增加銨態氮含量，施用高溫炭則表現為相反趨勢。在壤土中低溫炭和高溫炭均使0～10cm土層銨態氮含量減少，而20～30cm土層銨態氮含量呈增加趨勢4351。

4生物質炭對微生物群落及酶活性的影響

生物質炭和氮素配施可以提高植煙土壤微生物量碳、氮含量。王歡歡等阿研究指出，在煙草生長的關鍵時期，生物質炭和氮肥配施處理土壤微生物量碳含量提高幅度為0.58～0.69倍，微生物量氮提高幅度為2.01～2.79倍，土壤微生物C/N有所降低，其中生物質炭1200kg/hm？和氮肥5.5kg/hm2配施對土壤碳氮比降低效果比較明顯。施用生物質炭在短時期內土壤微生物量碳增加，隨著培養時間延長，微生物量碳逐漸減少37。

生物質炭添加影響土壤微生物群落組成。添加烤煙秸稈生物質炭后，煙草根際土壤微生物種類（OTU數）提高了26.4%，其中變形菌門在優勢菌種中占比最大，部分有利于煙草生長的促生菌呈增長趨勢。研究表明，施生物質炭3t/hm2能夠顯著減少煙草青枯病發病，其中青枯菌屬的豐度降低了94.5%，同時植煙土壤擬桿菌增加，而酸桿菌有所減少381。植煙土壤微生物組成主要為變形菌門、放線菌酸桿菌，其中變形菌占細菌群落的50%以上。施入水稻秸稈生物質炭后，放線菌比例降低，變形菌和酸桿菌比例隨隨生物質炭施用量增加而增加。植煙土壤真菌主要為子囊菌門，其比例隨生物質炭增加而降低，但接合菌和擔子菌類真菌比例隨生物質炭施人量成正比啊。生物質炭添加后，土壤真菌、放線菌和細菌數量均顯著增加口，其中均以4%的煙桿炭和桑條炭微生物群落最為豐富20。

土壤酶活性是衡量土壤健康情況的主要指標之一，不同類型酶對生物質炭的響應不同。研究表明，烤煙移栽后80d內，根際土壤轉化酶活性受抑制，該抑制作用隨時間延長逐漸減小。而添加生物質炭可以提高烤煙生育后期過氧化氫酶活性，其活性隨生物質炭添加比例增加而提高。陳沖等14指出，在常規施肥的基礎上配施生物質炭，植煙土壤過氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性均明顯提高。生物質炭施用量也會影響土壤酶活性大小，研究發現，當生物質炭施用量為30t/hm2，土壤脫氫酶、蛋白酶和堿性磷酸酶活性顯著提高;而施用量為45t/hm，這些酶活性表現為下降趨勢。

5展望

生物質炭在土壤改良方面（包括土壤理化環境、土壤肥力、微生物群落及酶活性）展示出良好的應用前景，但目前生物質炭大規模推廣應用還存在一定局限性。首先，生物質炭生產需經原料前處理、炭化及運輸等過程，要考慮生產和運輸成本，，其次，已有關于生物質炭改良效果的研究較多，但仍有一些關鍵問題還未解決，比如不同材料制備的生物質炭性質波動性較大的關鍵原因、大田條件下生物質炭與其他肥料合適配施比例及施入量、不同土壤環境下生物質炭對土壤微生物組成及養分轉化的相互關系等方面缺乏深人了解。基于此，針對當前植煙土壤生物質炭改良現狀，未來可深入研究原材料性質差異對生物質炭性質的影響，闡明添加不同比例、數量的生物質炭后土壤微生物群落結構變化及有效養分轉化機制，為生物質大規模推廣應用提供依據。

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