2.2 生物質(zhì)炭對土壤養(yǎng)分利用率的影響

2.2.1 對有機質(zhì)含量的影響

土壤有機質(zhì)（SOM）是指存在于土壤中的所有含碳的有機物質(zhì)，其含量是有機質(zhì)積累和礦化分解平衡的結(jié)果。生物質(zhì)炭具有較高的穩(wěn)定性，礦化速度慢，施入土壤可提高土壤有機碳含量。研究了生物質(zhì)炭對土壤有效養(yǎng)分的利用效率和腐殖質(zhì)的組成，將不同量的秸稈生物質(zhì)炭添加到草甸黑土中，在施入土壤 45 d 后，土壤有機質(zhì)的含量與生物質(zhì)炭施用量呈正相關(guān)，從對照處理的 16.2 g/kg 增加到 2% 生物質(zhì)炭處理的29.2 g/kg，這與 通過研究證實炭化的植物殘體有助于土壤有機質(zhì)積累結(jié)論一致。

通過盆栽試驗研究了添加不同量（0、0.35%、 0.70%、1.05%）生物質(zhì)炭對烤煙根際土壤的影響，結(jié)果表明，在烤煙移栽 35、50、65、80、95 d 后，根際土壤有機質(zhì)含量均隨著生物質(zhì)炭添加量的增加而顯著提高，添加 0.35% 生物質(zhì)炭處理的有機質(zhì)含量增加7.9%~42.7%，添加 0.70% 生物質(zhì)炭處理的有機質(zhì)含量增加 16.21%~108.52%，添加 1.05% 生物質(zhì)炭處理的有機質(zhì)含量增加 43.48%~121.94%，且增施生物質(zhì)炭各處理的有機質(zhì)含量均在烤煙移栽 50 d 后增幅最大。綜上所述，生物質(zhì)炭的施用能提高耕層土壤與植物根際土壤的有機質(zhì)含量。 

2.2.2 對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)吸收的影響 礦質(zhì)營養(yǎng)吸收

是作物栽培領(lǐng)域關(guān)注的重點指標(biāo)之一。生物質(zhì)炭獨特的多孔三維結(jié)構(gòu)和比面積增強了對礦物質(zhì)的吸附性能，被認(rèn)為可以吸附和保持土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素，有效減少因雨水過多造成的氮、磷流失，而相應(yīng)提高留存于土壤中的養(yǎng)分，促進(jìn)作物根系吸收。研究表明向褐土中添加玉米秸稈炭一段時間后，各添加處理的土壤滲濾液中總氮和總磷質(zhì)量濃度均小于對照處理。指出當(dāng)生物黑炭和肥料配施后，生物質(zhì)炭可以通過吸附 NO3-和 NH4+，減少土壤的氨揮發(fā)與氮素流失來提高氮肥利用率。得出相似結(jié)論，認(rèn)為施用生物質(zhì)炭提高水稻的氮肥吸收利用率達(dá) 20.33%。添加生物質(zhì)炭可以提高土壤中有效養(yǎng)分的含量。認(rèn)為生物質(zhì)炭對有效磷、鈣、鎂的提高效果較明顯，但對氮和鉀的作用不顯著。也曾報道施用生物質(zhì)炭能增加有效 P、K、Mg 和 Ca 含量。連續(xù) 2 年的研究結(jié)果表明施用生物質(zhì)炭可以提高烤煙生長期內(nèi)根際、耕層土壤速效鉀含量。

2.3 生物質(zhì)炭的固碳減排潛力

農(nóng)田土壤有機碳礦化釋放 CO2是農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的重要途徑，促進(jìn)土壤碳截獲對減緩全球溫室效應(yīng)具有重要意義。ICPC AR4 報告中提出，農(nóng)業(yè)是當(dāng)前一個具有很大緩解能力和潛力的重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，全球農(nóng)業(yè)減排的自然總潛力高達(dá) CO2-eq 7300（負(fù) 1 100~16 900）Mt/年，其中 93% 來自減少土
壤 CO2釋放（即固定土壤碳）。東南亞被認(rèn)為是全球最大的農(nóng)業(yè)（土壤）固碳與溫室氣體減排的潛力所
在。

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，植物通過光合作用所固定的大氣 CO2，50% 用于自身呼吸作用，而另外的 50%通過凋落物等植物殘體的形式進(jìn)入土壤，經(jīng)過土壤微生物的作用釋放到大氣中，這個平衡稱之為“碳中性”。如果凋落物經(jīng)過高溫?zé)峤猓僧a(chǎn)生 25% 的生物質(zhì)炭歸還土壤，由于生物質(zhì)炭的化學(xué)和微生物惰性以及土壤團(tuán)聚體的物理保護(hù)使得其成為土壤的惰性碳庫，只有 5% 的碳經(jīng)過土壤微生物的作用重新釋放到大氣中，而土壤多固定了 20% 的碳，這樣就產(chǎn)生凈的碳吸收，這個平衡稱之為“碳負(fù)性”。生物質(zhì)炭的土壤施用通過施入穩(wěn)定性碳來改變土壤碳庫的自然平衡，從而達(dá)到大幅度提高土壤碳庫容量的目的。與秸稈直接還田條件下新鮮有機碳迅速轉(zhuǎn)化相比，秸稈炭化還田減緩了有機碳的更新，并通過減少其他溫室氣體排放而表現(xiàn)為碳匯過程。因此，植物通過光合作用固定 CO2，收獲的秸稈熱裂解后，50% 左右的碳以生物質(zhì)炭的形式被固定，埋于土壤的生物質(zhì)炭就變成碳的凈匯。

生物質(zhì)炭的施用可以降低土壤呼吸強度，減少土壤溫室氣體排放。有研究表明，增施生物質(zhì)炭使得盆栽大豆和牧草全生育期 N2O 排放量減少 50%~80%，并幾乎不排放甲烷。N2O 排放量的減少可能是由于生物質(zhì)炭施入后土壤容重降低，通氣性改善，土壤碳氮比升高，限制了氮素的微生物轉(zhuǎn)化和反硝化。研究顯示除在秸稈炭添加初期外，添加秸稈炭各處理土壤呼吸強度均弱于對照組。到黑麥草收割時，添加 2% 和 4% 秸稈炭的處理比對照呼吸強度分別降低了 26% 和 50%。

2.4 生物質(zhì)炭對土壤重金屬污染的修復(fù)作用

生物質(zhì)炭對重金屬有很高的吸附容量，可降低重金屬的生物有效性。用取自污染場地的土壤進(jìn)行了為期 60 d 的培養(yǎng)試驗，結(jié)果表明，加入生物質(zhì)炭使土壤孔隙水中鎘的濃度降低到原來的 1/10，從而減少了鎘的生物利用度。研究了棉稈炭對鎘污染土壤的修復(fù)效果以及鎘污染土壤上小白菜（Brassiea chinensis）對鎘的吸收，結(jié)果表明棉稈炭能夠降低小白菜對土壤中鎘的利用。此外，用牛糞制 成 的 生 物 質(zhì) 炭 對 水溶 液 中 鉛 的 吸 收 率 可 達(dá)100%。生物質(zhì)炭可以增強土壤保持重金屬元素鎳、銅、鉛和隔的能力。這可能與生物質(zhì)炭巨大的表面積及其表面的官能團(tuán)對重金屬元素等的保持能力有關(guān)。也有研究表明，煙葉中的鎘、鎳、鉛等重金屬元素的含量與 pH 呈負(fù)相關(guān)，所以土壤酸性越強，重金屬的含量也就越多。生物質(zhì)炭可以通過提高土壤pH 降低重金屬在土壤中的移動性，增強土壤對重金屬的保持能力，降低烤煙對重金屬的吸收率。

因此，煙田中施用生物質(zhì)炭，可以降低烤煙大田生長期對重金屬的吸收，減少卷煙重金屬含量，提高卷煙安全性，將有助于緩解吸煙與健康問題，應(yīng)對公眾對煙草危害健康的恐慌，同時有利于中國卷煙質(zhì)量與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，拓展國外市場。

2.5 降低因施用農(nóng)藥、化肥等帶來的農(nóng)業(yè)面源污染

農(nóng)田土壤中增施生物質(zhì)炭可以通過吸附固定農(nóng)藥殘留或其他土壤有機污染物，降低由此帶來的地表水、地下水次生污染。添加生物質(zhì)炭后的土壤，表現(xiàn)出對農(nóng)藥殘留的吸收和固持，從而減少污染物下滲或隨地表徑流污染水體，同時降低殘留農(nóng)藥的生物利用度。用木屑制成的生物質(zhì)炭添加至土壤，發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤中這種生物質(zhì)炭含量達(dá) 5% 時，對莠去津、乙草胺 2 種除草劑的吸收量會明顯增加。生物質(zhì)炭對土壤中的苯脲類除草劑也有很好的固定效果；對殺蟲劑的吸附能力是土壤的 2 000倍。增施生物質(zhì)炭可使土壤空隙水中多環(huán)芳烴的濃度降低 50%。值得一提的是，有研究發(fā)現(xiàn)在施用生物質(zhì)炭的土壤中，2 種農(nóng)藥（毒死蜱、氟蟲腈）的殘留率雖然較高，但所栽種的韭菜對農(nóng)藥吸收率卻明顯降低。

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