生物炭研究进展及其研究方向

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1、土壤(Soils),2011,43(6):857~861①生物炭研究进展及其研究方向11,21,21谢祖彬，刘琦，许燕萍，朱春悟(1土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京210008;2中国科学院研究生院，北京100049)摘要：近几年来，随着巴西亚马逊流域考古发现黑土（blackearths，或terrapretadeindio（葡萄牙语））及研究的深入，认为将生物质炭化还田不仅能藏碳于土，减缓全球气候变化，而且能提高全球粮食安全保障。生物质在无氧或低氧条件下高温裂解炭化而成的产物被称为生物炭（biochar）。本文将从生物炭特性

2、；生物炭对作物产量和养分吸收的影响；生物炭分解和对土壤碳周转的影响以及对污染物降解和生物有效性影响方面进行综述，以期为国内生物炭研究提供参考。关键词：生物炭；性质；肥力；碳周转；温室气体；污染物中图分类号：X71[2-4]生物质（秸秆和枯枝落叶等）开发利用是永久而pH越高。由于畜禽粪便往往含有很高的灰分，畜不竭的主题。远在西周时期（公元前11世纪至公元前禽粪便制成的生物炭比木炭或秸秆炭有更高的pH，如[3]8世纪），中国农民就从实践中逐步认识到将杂草、秸400℃下家禽粪便烧制的炭的pH为9.2，而同样温度[4]秆和枯枝落叶燃烧成草木灰还田有利于作物的生长；下的木

3、炭pH为7.67。14世纪初叶，王祯在《农书·粪壤篇》中把草木灰列为1.2元素分配一大类农家肥料。北魏时期，贾思勰在《齐民要术》随裂解温度的升高，生物炭中C、P以及矿质元素（约成书于公元533年至544年）中就提到用松制墨富集；O、H、S减少；N比较特殊，对于木材或秸秆[3-7]（炭黑）的方法和炭黑性质。在我国农田、草地和森生物炭稍有富集，对于畜禽粪便生物炭则减少。林，经常可以看到没有分解的火烧黑色物质。研究发现生物炭中N生物有效性低，推测是生物[8-9]生物炭（biochar）是近几年国际上出现的新名词，炭中的N形成C-N杂环，从而使N的有效性降低。是生物质在

4、缺氧条件下高温裂解形成的物质。据报道，生物炭中速效P含量的变幅较大，跟裂解温度有生物炭具有促进植物生长、分解慢、降低重金属和有很大关系，一般裂解温度越高，速效P含量越低，原机污染物生物有效性等作用。为促进生物炭生物和环因可能是高的裂解温度对应更高的pH，形成Ca、Mg境效应研究，本文汇编了生物炭特性；生物炭对作物的磷酸盐，如裂解温度大于350℃会生成白磷钙矿石[8-10][11]产量和养分吸收的影响；生物炭分解和对土壤碳周转。Silber等研究了不同pH下从玉米秸秆生物炭以及对污染物降解和生物有效性影响的研究结果，并萃取出的速效养分，pH从8.9降至4.5，释放

5、出的速效根据国际、国内研究现状，提出了研究方向。P从0.20mmol/kg升高到87mmol/kg，分别占生物炭总P（8.6g/kg）的16.4%和71.6%。300℃~500℃的1生物炭特性海藻生物炭总P含量为1.7~5.4g/kg，可萃取出的速[12]1.1pH效P占总量的37%~82%。[1-2]生物炭呈碱性，且裂解温度越高，pH越高。生物炭中低价金属离子有效性高，高价金属离子[10]生物炭之所以呈碱性，是因为它含有一定量的灰分，有效性取决于pH。Chan等测定的生物炭可交换阳矿质元素如Na、K、Mg、Ca等以氧化物或碳酸盐的离子中，低价金属离子（如K、N

6、a）较高，分别是土形式存在于灰分中，溶于水后呈碱性。灰分含量越高，壤的82倍和15倍；而高价金属离子的有效性则很低，①基金项目：国家自然科学基金项目（41171191，40871146），科技部国家科技支撑项目（2008BAD95B05），中国科学院创新项目（KZCX2-YW-Q1-07，KZCX2-EW-409）和美国BlueMoonFund资金项目资助。作者简介：谢祖彬（1964—），男，江苏南通人，博士，研究员，主要从事土壤碳氮循环和生物能源研究。E-mail：zbxie@issas.ac.cn858土壤第43卷如可交换态的Al、Ca、Mg分别只有土壤的2

7、0%、7.8%、大孔（直径＞88~6811nm）为主。透过SEM（扫描[11]33%。Silber等测定玉米秸秆黑炭中含全K48.7g/kg，电境）可看到一些孔隙被挥发份覆盖，若活化，将提实验中在1h内就有1/3释放出来，且释放不受pH影高其孔隙度。响，对于玉米秸秆黑炭中的Ca（17.8g/kg）、Mg（7.22生物炭对土壤肥力和作物生长的影响g/kg），在中性条件下释放很少，而在pH为4.5的条件下，21天后分别释放了90%和95%。目前，关于生物炭对土壤肥力和作物生长影响的[19-21]1.3比表面积研究多数集中在风化土及典型热带贫瘠土壤上，[22-24]不

8、同材料，不同裂解方式对生