隨著中國經(jīng)濟進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展的新時代，低碳發(fā)展是生態(tài)文明建設(shè)的重要途徑。黨的十九大報告明確指出“加快生態(tài)文明建設(shè)，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系”。農(nóng)藥、化肥和農(nóng)膜等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的大量使用，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的碳排放與日俱增。據(jù)測算，中國農(nóng)業(yè)碳排放以平均每年 5% 的速度持續(xù)增長，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入推進(jìn)，迫切要求農(nóng)業(yè)增長方式由“粗放型”向“低碳型”轉(zhuǎn)變，依靠綠色全要素生產(chǎn)率驅(qū)動農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。

生物質(zhì)炭（Biochar）是由生物質(zhì)（農(nóng)林廢棄物和動物糞便等）在無氧或者缺氧條件下，通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化得到的固態(tài)產(chǎn)物，是一類高含碳量、高度芳香化的難溶性固體物質(zhì)，具有較高的熱穩(wěn)定性和較強的吸附特性，是良好的土壤改良劑和重金屬吸附劑。近年來，隨著應(yīng)對氣候變化而提出的溫室氣體減排任務(wù)日益艱巨，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生物質(zhì)炭作為一種農(nóng)業(yè)增匯減排技術(shù)得到不斷開發(fā)和應(yīng)用。生物質(zhì)炭這一物質(zhì)形式有可能為這些問題的解決提供新途徑，土壤增施生物質(zhì)炭被認(rèn)為可以提高土壤碳庫容量，有效降低農(nóng)田溫室氣體排放，顯著提高土壤 pH，明顯改善土壤結(jié)構(gòu)，持留土壤養(yǎng)分，修復(fù)土壤污染。基于中國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和綠色低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本要求和趨勢，本研究圍繞生物質(zhì)炭理化特性，綜述了生物質(zhì)炭用于改良土壤和影響環(huán)境的研究現(xiàn)狀，評價利用生物質(zhì)炭改良土壤所具有的突出優(yōu)勢和潛力，提出了基于生物質(zhì)炭實現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)的技術(shù)途徑，以期為中國低碳煙草農(nóng)業(yè)的研究和行動提供參考。

1 生物質(zhì)炭概念及理化特性

生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在無氧或者限氧狀態(tài)高溫裂解（240~700 ℃）下分離可燃?xì)夂笫Ｓ嗟暮钾S富固態(tài)產(chǎn)品，原料來源相當(dāng)廣泛。生物質(zhì)炭的元素組成主要有碳、氫、氧。據(jù) Demirbas報道，主要元素的比重分別為 C（66.6%~87.9%）、H（1.2%~2.9%）、O （10.6%~26.6%），碳、氫、氧之外的元素主要有鉀、 鈣、鈉、鎂、硅等。生物質(zhì)炭的元素組成與炭化溫度有關(guān)，隨著炭化溫度的升高，其含碳量增加，氫和氧含量降低，灰分（礦質(zhì)元素）含量有所增加。而灰分的元素組成還與植物生長地的地質(zhì)、植物種類有關(guān)。生物質(zhì)炭顆粒內(nèi)的碳形態(tài)以多環(huán)芳烴為主，還有少量脂肪族、氧化態(tài)碳等有機碳，其高度芳香化結(jié)構(gòu)決定了其穩(wěn)定性。各種碳形態(tài)所占比例可能取決于植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)中碳的特征和炭化條件。生物質(zhì)炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積（圖 1）。針對生物質(zhì)炭的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為生物質(zhì)炭因表面疏松多孔且炭骨架高度富集而具有可增強土壤保水保肥的能力，并且生物質(zhì)炭表面含有大量羧基、羥基、醛基等含氧官能團，本試驗進(jìn)行的近紅外光譜分析證實了這些官能團的變化，如圖2 所示。豐富的含氧官能團產(chǎn)生表面負(fù)電荷，且呈堿性，從而使生物質(zhì)炭具有較高的吸附能力和陽離子交換量（CEC）。此外，高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和表面負(fù)電荷賦予生物質(zhì)炭很強的吸附性能，能吸附水、土壤中的無機離子及極性或非極性有機化合物。

2 生物質(zhì)炭還田對植煙土壤的影響

2.1 生物質(zhì)炭對土壤理化性質(zhì)的影響

生物質(zhì)炭呈弱堿性，且具有較高的陽離子交換量，施入土壤后可以提高酸性土壤 pH，增加土壤陽離子交換量。有學(xué)者指出，增施生物質(zhì)炭還可以增加土壤團聚體數(shù)量，改良土壤結(jié)構(gòu)。 在 pH 為 4.3 的茶園土壤中施 0.5 kg/m2 竹炭，施用后連續(xù) 2 年土壤 pH 提高了 0.5~1.0。研究發(fā)現(xiàn)，施用小麥秸稈炭可降低土壤容重，提高土壤 pH，增加土壤團聚體數(shù)量。研究顯示，施入竹炭后可引起土壤可交換性鹽基離子數(shù)量
明顯增加；進(jìn)一步推斷，生物質(zhì)炭進(jìn)入土壤后，其芳香結(jié)構(gòu)邊緣在生物或非生物的氧化作用下能形成羧基官能團，進(jìn)一步增加對陽離子的吸附。在紅壤中添加小麥秸稈炭培養(yǎng) 1 年后發(fā)現(xiàn)，紅壤水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量增加，土壤容重降低，紅壤性質(zhì)得到明顯改善。由于富鋁化作用和淋溶作用，中國南方煙區(qū)植煙土壤多呈酸性，pH 多集中在 4.5~5.5，少數(shù)煙區(qū)的pH 可達(dá) 6.0，致使農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)緊實，通透性差，土壤團聚體數(shù)量較少，呈堿性的生物質(zhì)炭作為土壤調(diào)理劑和調(diào)結(jié)構(gòu)劑將有望緩解土壤酸化的問題。

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