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生物炭对土壤理化性质的影响综述
［摘 要］ 生物炭具有较强的吸附性,可以吸附固定对作物有利的元素和水分等,还可以改变土壤理化性质,增强土壤的保水保肥能力,从而达到改良农作物生长环境,提高农作物产量的目的.
［关键词］ 生物炭；土壤改良；土壤理化性质
［中图分类号］ S153 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2017）34-58-2
生物炭是桔梗、根系、落叶、生物排泄物等在无氧的条件下,经过高温转化成一种固态多炭物质,用于增加土壤中的碳含量.与生物质材料相比,微生物不能分解生物炭,而且还能固定空气中的CO2于土壤中,在一定程度上可以缓解全球的气候变暖现象.生物炭是多孔性材料,具有较强的吸附能力.生物炭原料来源广阔,而且制备方法简单,这是生物炭具有广阔应用前景的原因.
1 在土壤中施入生物炭对土壤中残留物的固定作用影响
生物炭含有大量的负电荷,可以固定土壤中的离子（如Cu2+、Hg2+、Pb2+和NO3-）.但是,表面的极性官能团含量非常少,使生物炭具有良好的吸附性［1］.郝荣、周尊龙等［2］认为生物炭具有亲脂性,这样就能吸附具有亲脂性的物质,生物炭可以吸附对植物有害的物质（如农药残留）；余向阳等［3］进行了生物炭作为调理剂减少植物对农药吸收的研究,结果显示,生物炭对植物残留农药有很强的吸附作用,比对照试验农药流失减少了1%～44%.同时,生物炭还具有防止农药残留在作物上的能力,植物残留农药比对照试验减少了5%～10%.结果表明,生物炭的施入可以大量减少植物上的农药残留,进而降低农作物对农药的吸收.
2 在土壤中施入生物炭对土壤的固氮作用影响
农业温室气体排放的主要途径是作物在土壤中释放的CO2,据统计,我国仅作物秸秆一项,每年的总产量就达7 亿多t.至少20%的秸秆、落叶等被丢弃或者是直接在田里点燃,不仅造成资源的浪费,还造成了严重的环境污染.如果这些丢弃的秸秆全部用来制作生物炭,不仅能降低环境污染,还能减少化肥的使用量.所以,秸秆制作成生物炭施入土壤,是降低环境污染十分有效的措施［4］.绿色植物通过进行光合作用吸收固定大气中的CO2于自身,其中50%用于植物的呼吸作用,另外50%通过落叶、残体的形式落入土壤,再经过微生物的分解释放到空气中.如果这些残体经过300 ℃高温,25%转化形成生物炭混入土壤中,其中5%经过土壤微生物的新陈代谢重新回到空气中,而剩余20%则被锁在土壤中,这样就形成了土壤净的“碳负性”［5］,与秸秆还田对比,秸秆高温形成生物炭,再还田能有效减少土壤中CO2的释放,有效减缓地球的温室效应.因此,植物经过光合作用固定了CO2,作物的秸秆制备成生物炭后,50%左右的炭以生物炭的形式固定,将制备出的生物炭施入土壤后就变成碳的净汇［6］.
3 在土壤中施入生物炭对土壤物理化学性质的影响
在土壤中施入生物炭,能有效提高土壤的保水能力,改良土壤内部结构.研究表明,土壤中添加生物炭后,保水能力高达18%［7］.直径小的生物炭能够更好地与土壤颗粒结合在一起形成一定的微小团粒结构,增强水分子在土壤中的附着力,同时为土地提供保水作用.施加生物炭,还能降低土壤中水分蒸发导致的土壤收缩程度的大小,进而保持土壤的内部结构,提高土壤持水能力［8］.这是由于生物炭能够增加土壤的孔隙度,降低水分子的蒸发量,增加水分在土壤中的存留时间,从而进一步提高土壤的持水保水能力［9］.所以,在沙质土壤中施加生物炭,有利于提高缺水地带沙性土壤的持水和保水性能,起到防旱抗旱的作用.
4 在土壤中施入生物炭对土壤阳离子交换量的影响
土壤阳离子交换量能够反映出土壤保肥能力、缓冲能力和供肥能力,因此常被用作土壤肥力和衡量土壤缓冲力的重要指标.生物炭本身具有较强的吸附作用和较多的空隙,使得生物炭吸附矿质元素的能力更优.生物炭还能使部分稳定态元素变为激发态元素,增加土壤阳离子交换量.Van Zwieten 等［10］研究发现其对碱性土壤效果不明显.张雯等［11］在土壤中施入20 t/hm2 的木炭生物炭,土壤阳离子交换量值从5.7 cmol/kg 增大到5.9 cmol/kg.随着生物炭施入量的增加,土壤阳离子交换量增大程度为0.1～3.7 cmol/kg.生物炭对酸性土壤和低阳离子交换量的土壤具有很好的改良作用.由此可以看出,由于生物炭的基质不同,其对土壤阳离子交换量的影响也不同.
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