生物炭对土壤团聚体及结合态碳库影响研究进展

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1、生物炭对土壤团聚体及结合态碳库影响研究进展　　摘要：生物炭是生物有机材料在缺氧环境中经热裂解后的芳香化难溶的固体产物，大多为粉状颗粒，属于黑炭的一种。生物炭不仅调节土壤活性，增强土壤吸附能力，还增加了土壤的贮碳功能。本文综述了生物炭的理化特性及其对土壤团聚体、结合态碳库影响的研究进展。　　关键词：生物炭；土壤团聚体；结合态碳库　　中图分类号：S141.6文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）09-0157-05　　AbstractBiocharisanaromatizedrefractorysolidproductfrombioorganicmaterialsb

2、ythermalcrackinginhypoxiaenvironment.Itisakindofblackcharwithandmostlypowderparticles.Biocharcannotonlyactasactivesoilconditionerstoenhancesoiladsorptionproperties，butalsopromotethesoilcarbonstoragefunction.Thephysicalandchemicalpropertiesofbiocharweresummerizedinthispaper，andalsotheresearch

3、progressesofitsinfluencesonsoilaggregateandcombinedstateofcarbonsinks.　　KeywordsBiochar；Soilaggregate；Combinedstateofcarbonsinks　　近一个世纪以来全球气温不断攀升，人们普遍认为大气中CO2、CH48等温室气体的增加是造成全球气温上升的主要原因[1]。生物炭的农田施用为如何遏制或减少温室气体的排放量提供了新的解决思路，被科研界视为是增加土壤碳储量的主要措施[2]。土壤碳（C）库作为土壤有机质（SOM）库的重要组分，在陆地碳循环中起重要作用[3]。土壤主要

4、通过物理保护、化学保护以及生物化学保护三个方面完成其对有机质库的保护[4，5]。因此，由土壤团聚体物理保护引起的生物与有机碳的空间隔离是构成土壤碳稳定化的重要机制之一[6]。　　土壤团聚体是土壤结构的物质基础[7]，它的形成与土壤颗粒有机质（particulateorganicmatter，POM）是密不可分的，土壤团聚体为POM的存在提供场所，后者则是前者存在的胶结物质[8]。因此，土壤团聚体中有机碳能够指示土壤中总有机碳的变化[9]。当生物炭进入土壤环境以后，是增加土壤碳的储存还是促进土壤碳的释放，是提高还是降低团聚体的稳定性，这些问题尚存有争议[10，11]。有研究显示，

5、施用生物炭在短期内能实现固碳减排目标，并且在连续两年内具有稳定的持续性[12，13]。也有人对此持否定态度，认为生物炭施用提高了有机质的分解速率，从而降低了土壤碳的储存[14]。　　1生物炭的发展及其理化性质　　巴西亚马逊河流域出现的一种Terra8Preta土壤，该土壤含碳量异常丰富、呈现黑色，也被人称之为黑土。1879年，赫伯特?史密斯进一步揭示了黑土提高甘蔗和烟草等农作物产量的原因是黑土中含有丰富的生物炭[15]，从而激发了科研工作者对生物炭研究的兴趣。研究表明，普通土壤的生产力远低于附有生物炭土壤的生产力。生物炭能稳定留存在土壤中[16-19]，对农田温室气体排放、土壤

6、酸碱环境、农药及化学品残留等农业有机污染等不良环境具有改良、修复和缓解作用[20-22]。这一发现又激发起了人们研究利用生物炭增加农田土壤碳截留、应对全球变暖新对策的热情。因而，生物炭也有了“黑色黄金”的美称。　　生物炭是指生物有机材料（生物质）在低氧或缺氧环境中经热裂解后的芳香化难溶的固体产物[23]，大多为多孔粉状颗粒，2007年在澳大利亚第一届国际生物炭会议上取得统一命名，主要施用于农林业土壤[24]。常见的生物炭有秸秆炭、木炭、花生壳炭等。　　生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，其中碳含量高达60%以上，其次是钾、钙、钠、镁、磷、硅等[25]；主要物质组成为烷烃和芳香烃

7、化合物[26]，并具有生物化学稳定性和热稳定性[27]。生物炭的结构和比表面积等理化性质除了受原料、技术工艺的影响，还与热解环境等有关系。有学者通过对生物质热解进行研究显示，随着温度的升高，比表面积及孔径增大，表面积增大以及生物炭的芳构化程度加深[28]，导致生物炭具有较强的吸附能力。因此，生物炭不仅可以充当土壤活性调理剂，能增加土壤吸附性能，保水、保肥，促进作物生长，同时还可以促进土壤的贮碳功能[29]。虽然生物炭不是惰性物质，但是它具有较强的抗分解能力，当其进入土壤系统后，生物炭可以留存