杜忠

摘 要：生物炭是由含碳量丰富的生物质在无氧或限氧的条件下低温热解而得到的1种细粒度、多孔性的碳质材料，在能源、环境、农业等多个领域都有巨大的应用价值，已成为当前的研究热点。目前全球气候变化对人们生存生活产生的影响已经成为全球化问题，农田作为温室气体重要排放源的同时也作为粮食的重要来源，一直受到各国政府的高度重视。该文探究了生物炭对农田粮食增产与温室气体减排等研究热点，梳理了相关研究成果，并提出两者结合研究的方向性建议。

关键词：生物炭；作物增产；温室气体

中图分类号 S156.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）20-0126-3

Review on Impacts of Biochar on Crop Yield and Greenhouse Gas Emission

Du Zhong

（School of Land and Resources，China West Normal University，Nanchong 637009，China）

Abstract：Biochar is a kind of fine size and porous carbonaceous material obtained by pyrolysis of carbon rich biomass at low temperature without oxygen or oxygen limitation. It has great application value and functions in many fields such as energy，environment and agriculture，and has become the current research hotspot. At present，the impact of global climate change on people's livelihood has become a global issue. As an important source of greenhouse gas emissions，farmland is also an important source of food，which has been highly valued by governments and local research departments. In this paper，biochar is combined with several research hotspots of increasing crop yield and reducing greenhouse gas emissions，and relevant research results are sorted out，and the directional suggestions of the research are proposed.

Key words：Biochar；Crop yield；Greenhouse gas

生物炭（Biochar）最早是在巴西亞马逊河流域，前哥伦比亚人把各种垃圾烧成炭施到土壤中以增加土壤肥力，然后被人们发现了它所带来的巨大收益，吸引了各国的学者对其进行研究[1]。现今，人们已将生物炭应用于改良土壤、固碳减排、水污染治理、重金属污染治理等多方面[2]。生物炭优点在于，来源比较多，容易获取，可从多种原材料制得；不但可以提高生产效率，对保护环境对国家的低碳高效经济发展、对保护国家资源和粮食安全等也有着重大的意义[1-2]。

国内外已有很多关于生物炭对粮食的产量影响以及温室气体减排的研究，但是将两者结合进行研究，探究其最大化效益还鲜有报道。本文结合国内外的研究成果进行分析，并提出可供参考的意见和建议。

1 生物炭

1.1 概念 生物炭是农作物秸秆、木质物质、禽畜粪便和其它材料等有机物质在缺氧或无氧条件下低温裂解制备的富炭固体，具有高度稳定性和较强的吸附性能，能够在农业温室气体减排中发挥重要作用，多作为1种土壤改良剂使用[1，3]。生产生物炭的外界条件（如：温度、原料、热解速度等）会对其性质有很大的影响。

生物炭作为1种土壤改良剂施用，不仅可以大大减少二氧化碳及其它温室气体的排放，缓解温室效应，而且可以改良土壤的理化及生物性状，降低土壤污染物质的生物有效性，从而降低其毒性。因此，近年来生物炭在改良土壤方面受到人们的广泛关注[1-2]，在促进植物生长和环境修复等方面都有着很大的潜力[1-5]。

1.2 理化性质

1.2.1 物理性质 生物炭具有多孔结构，有较大的比表面积，颜色较深，加入到土壤后增加了土壤的孔隙度，让土壤持水力增大，促进土壤的保肥能力，使土壤具备一定吸附性[1，3]。

1.2.2 化学性质 生物炭有大量碱性物质和离子，含碳量高并且具有稳定的芳香结构，能够使土壤酸度降低，有机质含量增多，土壤阳离子交换增多，减少养分的流失，增加土壤碳汇[1]。

2 生物炭对作物的增产作用

大量的数据显示，生物炭的一系列物理化学性质对土壤的质量特征和肥力特征都有着良好的改善，对作物的生长发育以及产量都有着良好的效果[4-9]。随着人们对生物炭的不断研究和应用发展，生物炭对增加粮食产量的研究越来越广泛。目前已有大量的实验研究证明，向农田里施加生物炭对粮食产量增加有着显著的影响[4-9]。陈心想等[4]开展的实验表明，生物炭与肥料混合施用，有助于肥力的提高，使得水稻的产量增加。张娜等[8]研究发现，在相同的土壤环境条件下，相同的生物炭对不同的作物产量影响存在着差异。也有一些研究发现，生物炭对作物生长或产量的影响与土壤类型有密切联系[10]。唐光木等[11]在新疆灰漠土上的研究发现，作物的产量随着生物炭施用量的增加呈增加趋势。黄婷等[12]研究发现，不同种类的生物炭对棉花产量的影响不一样。也有研究发现，不同的作物类型对施用生物炭，产量存在着明显的差异[13]。

通过国内外研究结果可以看出，生物炭对于作物有着促进生长和增加产量的良好效果[4-17]，这是生物炭成为现今研究热点的重要原因，将它合理地运用于农业，对促进农业健康发展有着重大作用。

3 生物炭对温室气体的减排

全球变暖是全球变化的趋势，温室气体的问题已然成为了世界共同的挑战性问题[2]。温室气体主要有水汽、二氧化碳、氧化亚氮、甲烷、氟利昂等，这些气体是由工业、农业、生活等多个方面人类活动所产生，近年来温室气体浓度正在不断升高。如果任由温室气体的浓度持续升高，它所产生的温室效应势必会加剧全球变暖和气候变迁，甚至使气候变化的幅度超出生物圈的自动调节范围，最终引起生物圈的全面崩溃[2]。

生物炭通过固定生物质中的碳，对大气、土壤循环、陆地碳储存等都有重要影响[18-19]。有学者认为，生物炭可能是唯一的稳定性碳源，是改变土壤碳库自然平衡、较大程度提高土壤碳库容量的技术方式，并认为生物炭也可能是减少温室气体排放、缓解温室效应的一条重要的可行途径[2，20]。近年来有许多学者研究发现，生物炭施用在农田，可以提高土壤pH、改变土壤通气状况，从而改变土壤温室气体排放[21-35]。

赵红等[21]通过Meta分析的方法研究了生物炭输入对中国作物温室气体的影响，结果表明，生物炭添加分别可显著减少作物N2O、全球增温潜势及温室气体排放强度达41%、18%和25%。李松等[22]研究表明，在不同的土壤條件（不同土壤湿度、温度和土壤类型）下，当土壤中添加少量生物炭时，初期并没有减少N2O释放，但是随着时间的增加，生物炭减少N2O释放的能力可能增加。Rondon等[28]通过向牧草地与大豆土壤中添加20g/kg的生物炭，发现N2O排放量降低了80%。Cayuela等[29]研究发现，生物炭添加导致14种农业土壤N2O释放减少了10%～90%。Spokas等[30]通过实验发现，高的生物炭添加量能显著减少N2O的释放，多达74%，而低添加量并没有明显的作用。Alho等[31]通过不同生物炭添加量与土壤进行短期培养试验，结果表明生物炭添加量超过5mg/hm2时开始减少N2O释放，而低添加量促进少量N2O释放。

Rondon等[28]通过野外原位观测和室内培养实验发现，生物炭的添加显著抑制了土壤CH4的排放。Karhu等[32]研究也表明，生物炭添加之后减少了96%的CH4排放。Liu等[33]通过实验室培养实验发现，生物炭的施加明显抑制了CH4排放。但是，生物炭添加对土壤CH4的影响不一致，如Knoblauch等[34]在水稻生长季通过添加生物炭，发现增加了1.6倍CH4的排放。许欣等[27]研究发现，在施加氮肥和不施加氮肥的情况下，向稻田土壤添加小麦秸秆生物炭，土壤CH4排放量分别增加34%和41%。但是，Spokas等[35]利用16种不同性质的生物炭与3种土壤进行室内培养实验，研究发现生物炭的添加抑制CH4的排放或没有明显作用。

因此，在不合理应用生物炭的情况下，反而会促进土壤中温室气体CH4和N2O的排放。正确使用生物炭应该今后研究的重点之一。

4 讨论与建议

4.1 增产与减排的作用 通过综述分析前期研究成果可知，生物炭对作物的增产是明显的，不存在争议；但是在温室气体减排方面仍存在不一致的观点，尤其是在促进温室气体CH4和N2O的排放方面。所以对于生物炭的使用，需要采取正确的方法，否则可能会成为另外1种全球化危机。国内外已经有大量关于生物炭的增加粮食产量和促进温室气体减排的报道，但是这两者是同时发生的，在考虑问题的时候，需要将两者结合起来。

4.2 发展建议 通过对生物炭在增产和减排方面研究资料和文献的整理分析，对今后研究提出如下建议：

（1）对生物炭使用的研究，要结合生物炭本身的特点，在考虑其优势的同时，也要考虑所存在的缺点。如微生物的疯狂繁殖，土壤污染的富集等，所以在研究的时候应当从微观与宏观方面同时进行研究，这样得到的结果和结论才具有利用价值，更具备说服力。

（2）在将粮食增产和温室气体减排的结合上，可对生物炭施用不同方式进行研究，即从不同的生长时期、与不同肥料结合、不同土壤类型与不同生物炭交叉施用等方面，研究生物产量与温室气体排量之间的关系，实现在增产同时减排的最大化。

（3）在生物炭研究方面，国内外已经有了许多成果，但是最终转化很少，主要因为商业化、规模化不够，需要有财力物力的企业以及科研人员共同努力，只有通力合作，才可以充分发挥生物炭对农业增产和减排温室气体的积极作用。

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（责编：王慧晴）