生物炭對(duì)土壤磷素循環(huán)影響機(jī)制研究進(jìn)展

于姣妲+殷丹陽(yáng)+李瑩+周垂帆

摘要：土壤全磷含量較高而有效磷含量不足，是限制全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。生物炭作為一種新型的土壤改良劑，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，是由于生物炭具備特殊的性質(zhì)，施入土壤后會(huì)對(duì)土壤中磷的化學(xué)行為產(chǎn)生重要影響。鑒于此，結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的研究成果和最新的進(jìn)展，從不同條件下制備生物炭的磷素特征及其對(duì)土壤磷素吸附解吸、土壤酸堿度、磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化、土壤磷酸酶及微生物等的影響機(jī)制幾個(gè)方面綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)生物炭影響土壤磷素有效性的研究現(xiàn)狀，提出了目前在生物炭對(duì)土壤磷素影響的研究中存在的一些問(wèn)題以及今后研究的熱點(diǎn)，以期為增加土壤磷素的有效性、提高農(nóng)作物的生產(chǎn)力、減少土壤中磷素流失對(duì)環(huán)境的污染，以及為生物炭在土壤環(huán)境中的管理應(yīng)用提供理論資料，對(duì)解決世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所引起的資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題具有一定意義。

關(guān)鍵詞：生物炭；吸附解吸；酸堿度；磷酸酶；微生物；磷素有效性

中圖分類號(hào)： S156.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）18-0017-04

收稿日期：2017-02-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31400465）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（編號(hào)：2015M570550）；福建省自然科學(xué)基金（編號(hào)：2015J05050）。

作者簡(jiǎn)介：于姣妲（1993—），女，湖南永州人，碩士研究生，主要從事磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及流失控制研究。E-mail：1036983589@qq.com。

通信作者：周垂帆，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事人工林土壤改良研究。E-mail：zhouchuifan@163.com。 磷（P）是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，由于土壤對(duì)磷的強(qiáng)烈化學(xué)固定作用，致使土壤磷素多以鐵磷酸鹽（Fe-P）、鋁磷酸鹽（Al-P）和閉蓄態(tài)磷（O-P）等難溶態(tài)存在，即使土壤全磷含量高，而植物可吸收利用的有效磷含量低，因此，土壤有效磷不足一直是限制全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的重要因素。為提高地力、增加作物生產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)上常通過(guò)施用大量磷肥以滿足作物對(duì)磷素的需求，而由此導(dǎo)致的積累態(tài)磷會(huì)通過(guò)地表徑流、土體淋失進(jìn)入水環(huán)境，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，近年來(lái)日益引起研究者的重視。同時(shí)，由于自然界中磷是不可再生資源，充分合理地利用現(xiàn)有磷素資源對(duì)保持磷素循環(huán)平衡具有重要意義。因此，如何減緩地力衰退，特別是解決磷素有效性低下，維持作物長(zhǎng)期生產(chǎn)力問(wèn)題，減少磷素流失，成為當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)科學(xué)最為關(guān)注的問(wèn)題。近年來(lái)，眾多的研究表明，生物炭（biochar）的出現(xiàn)為這些問(wèn)題的解決提供了新的思路和策略。

生物炭是黑炭（black carbon）的一種類型，是由生物質(zhì)在限氧條件下經(jīng)300～700 ℃熱解，使木質(zhì)素、纖維素和半纖維素中的短鏈含碳物質(zhì)逐漸發(fā)生脫氨、脫氧作用而產(chǎn)生的一類高度芳香化富碳物質(zhì)[1]，其原料主要來(lái)源于城市、農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物。生物炭比表面積大、孔隙多、穩(wěn)定性強(qiáng)，施入土壤后可提高對(duì)養(yǎng)分的吸附，增加土壤碳匯，延長(zhǎng)肥效和固持營(yíng)養(yǎng)元素[2-3]。由于生物炭在土壤改良、肥效增加及污染修復(fù)等方面前景良好而在農(nóng)業(yè)上引起廣泛關(guān)注[4-5]。特別是近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多研究證實(shí)，向土壤中施加生物炭可減少對(duì)土壤中磷素的固定，促進(jìn)土壤中難溶態(tài)磷的活化作用，影響土壤中磷素的形態(tài)分級(jí)。這些都使得生物炭在土壤磷素改善方面具有得天獨(dú)厚的潛力。鑒于此，本研究對(duì)生物炭自身的磷素特征、對(duì)土壤磷素有效性的影響機(jī)制等方面的研究成果進(jìn)行綜述，旨在為有效提高植物對(duì)土壤磷素的利用效率、提高植物生產(chǎn)量提供理論依據(jù)，同時(shí)也能為減少大量施用磷肥造成的環(huán)境問(wèn)題提供借鑒，這對(duì)解決世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所引起的資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題具有一定意義。

1 不同條件制備的生物炭磷素特征

通常來(lái)說(shuō)，制備生物炭的原材料（木屑、秸稈、禽畜糞便和其他廢料）以及溫度不同，對(duì)生物炭中磷素特征的影響很大。高溫?zé)峤鈺?huì)破壞生物炭中的長(zhǎng)鏈有機(jī)物，使其向形成短鏈有機(jī)物的方向發(fā)展，同時(shí)該過(guò)程必然會(huì)改變存在于長(zhǎng)鏈有機(jī)物中的磷素形態(tài)[6]。Uchimiya等對(duì)不同熱解溫度（350、500、650、800 ℃）下棉花籽殼和禽糞生物炭進(jìn)行研究表明，棉花籽殼、禽糞中的肌醇六磷酸鹽在350 ℃時(shí)開始向形成正磷酸鹽、焦磷酸鹽的方向轉(zhuǎn)變；當(dāng)熱解溫度≥500 ℃時(shí)，禽糞生物炭中焦磷酸鹽逐漸消失，正磷酸鹽成為唯一的磷素形態(tài)；而棉花籽殼生物炭中的正磷酸鹽、焦磷酸鹽在整個(gè)熱解過(guò)程中始終存在[7]。金熠等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱解溫度為25～300 ℃時(shí)，豬糞生物炭中磷酸單酯區(qū)域的磷化合物迅速減少，肌醇六磷酸鹽向焦磷酸鹽方向轉(zhuǎn)變；當(dāng)熱解溫度為300～600 ℃時(shí)，只存在正磷酸鹽、焦磷酸鹽；當(dāng)溫度達(dá)到700 ℃時(shí)，只剩下正磷酸鹽，可能以Ca-P的形式成為唯一的磷素形態(tài)[1]。武玉研究發(fā)現(xiàn)，隨著熱解溫度的升高，生物炭中水洗磷（H2O-Pi）含量先增加后減少，活性無(wú)機(jī)磷（NaHCO3-Pi）含量在300 ℃或400 ℃時(shí)最高，中等活性無(wú)機(jī)磷 （NaOH-Pi）、活性有機(jī)磷（NaHCO3-Po）、中等活性有機(jī)磷（NaOH-Po）含量減少、磷灰石型磷（HCl- Pi）含量增加，正磷酸鹽先增加后減少，焦磷酸鹽減少，有機(jī)磷的含量急劇下降，說(shuō)明隨著炭化溫度的升高，生物炭中易被植物吸收利用的磷素向難以被利用的磷素轉(zhuǎn)化，低溫裂解的生物炭有利于增加磷素的有效性[8]。小麥中有機(jī)磷成分因熱解而逐漸消失，正磷酸鹽和焦磷酸鹽含量卻增加，說(shuō)明在熱裂解過(guò)程中生物質(zhì)中有機(jī)磷主要向正磷酸鹽和焦磷酸鹽方向轉(zhuǎn)化；隨著熱解溫度的升高，花生、玉米生物炭中正磷酸鹽含量下降，有機(jī)磷單酯、焦磷酸鹽含量上升，可能是由于低溫使得含磷的復(fù)雜有機(jī)物分解出有機(jī)磷，而正磷酸鹽脫水使得焦磷酸鹽含量增加[8]。從上述研究結(jié)果可以看出，制備生物炭的原材料以及溫度的不同，對(duì)生物炭中磷素特征的影響很大。

2 生物炭對(duì)土壤磷素吸附解吸的影響機(jī)制

生物炭影響磷素的循環(huán)和有效性可以通過(guò)改變土壤中磷素的吸附和解吸來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是研究結(jié)果存在差異性。Hale等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)磷素沒(méi)有吸附能力[9]，而Chintala等的研究結(jié)果[10]卻相反。施于土壤的生物炭由于比表面積大、孔隙多，對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響較大，可顯著影響土壤的空間結(jié)構(gòu)、通透性、孔隙度、呼吸作用、保持水肥的能力、微生物及養(yǎng)分含量等。生物炭通過(guò)比表面積、陽(yáng)離子交換量和吸附作用向植物提供養(yǎng)分，以滿足其生長(zhǎng)發(fā)育。研究證明，生物炭對(duì)土壤磷素的吸附能力因生物質(zhì)原材料、炭化溫度和時(shí)間、粒徑與pH值等條件的不同而不同。在一定溫度范圍內(nèi)，隨著炭化溫度的升高以及土壤中生物炭施加量的增加，土壤對(duì)磷素的吸附能力提高[11]。馬鋒鋒等研究發(fā)現(xiàn)，在中性偏酸性環(huán)境中，隨著pH值升高，牛糞生物炭對(duì)土壤磷素的吸附量增加，當(dāng)pH值為7～10時(shí)相反，pH值>10時(shí)對(duì)磷素的吸附量又緩慢增加[12]。代銀分等研究發(fā)現(xiàn)，在堿性環(huán)境中生物炭對(duì)磷素的吸附率與pH值具有相同的變化趨勢(shì)[13]。郎印海等研究發(fā)現(xiàn)，施加柚皮生物炭能有效抑制土壤對(duì)磷的吸附，可能是因?yàn)槭┘予制ど锾磕艽龠M(jìn)土壤中磷的活化，降低有效磷的淋失，此外生物炭還能通過(guò)影響土壤中陽(yáng)離子活性或者改變微生物的活性間接影響磷素的有效性和吸附[11]。endprint

向土壤中施加生物炭后，吸附在水鐵礦上的磷解吸能力增強(qiáng)，從而使得氧化鐵上磷的吸附減少[14]。由于生物炭對(duì)磷素進(jìn)行的是物理吸附，被吸附的磷容易被淋溶損失，所以其吸附的磷在連續(xù)4次浸提解吸后，解吸磷濃度趨于0[13]。葛順?lè)宓妊芯堪l(fā)現(xiàn)，施加玉米秸稈生物炭能明顯降低土壤磷素的淋溶損失[15]。李江舟等認(rèn)為，添加生物炭有效抑制了植煙土壤磷素的淋溶損失，可能是由于向植煙土壤添加生物炭后其pH值升高，促進(jìn)了土壤磷素的固定，說(shuō)明生物炭對(duì)土壤中磷酸鹽及可溶性有機(jī)磷具有強(qiáng)烈的吸附、固定作用[16]。施入改性生物炭后，潮褐土有效磷的淋失量顯著降低[17]；與此相反，Doydora等研究發(fā)現(xiàn)，酸化的松木屑和花生殼生物炭對(duì)土壤中磷素的淋溶損失無(wú)影響[18]。土壤中施用生物炭后，紅壤、水稻土對(duì)磷素的吸附無(wú)明顯影響，可能是由于固持在土壤中的磷素被釋放，而施加的生物炭所含的磷素被土壤吸附；潮褐土、潮土在不同比例的生物炭處理?xiàng)l件下對(duì)磷素的吸附作用具有不同的影響，可能是因?yàn)樯锾康拇嬖谀艽龠M(jìn)弱堿性土壤對(duì)磷素的吸附，同時(shí)生物炭的灰分能降低弱堿性土壤對(duì)磷素的吸附能力[19]。綜上所述，不同類型的生物炭對(duì)不同類型土壤中磷素的吸附解吸影響具有較大差異。

3 生物炭對(duì)土壤酸堿度的影響機(jī)制

一般而言，土壤磷的有效性受pH值影響，土壤pH值低是有效磷含量不足的重要原因之一，酸性土壤pH值升高或者堿性土壤pH值降低都會(huì)提高土壤磷素的有效性[16]。土壤和生物炭本身的理化性質(zhì)影響了施加生物炭的土壤的pH值，使其pH值升高或降低均有可能[20]，進(jìn)而影響土壤中磷素的有效性。大量研究表明，生物炭可以提高酸性土壤的pH值，相反，關(guān)于生物炭降低堿性土壤的pH值則很少有研究證明[21]。武玉研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭對(duì)酸性土壤、堿性土壤pH值變化的影響均不明顯[8]。朱盼等認(rèn)為，可能是因?yàn)樯锾砍蕢A性，施入酸性紅壤后有利于提高其pH值而降低酸度[22]。Masulili等推測(cè)，由于生物炭灰分中所含的元素如鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等多呈可溶態(tài)，使得酸性土壤的鹽基飽和度提高，從而使得土壤中H+和交換性Al3+的水平降低，土壤pH值升高[23]。高溫裂解產(chǎn)生的生物炭的灰分高，能有效抑制生物炭中的酸性物質(zhì)揮發(fā)，使得其pH值更高，施入土壤能提高土壤的pH值[24]。才吉卓瑪研究發(fā)現(xiàn)，在生物炭處理?xiàng)l件下，紅壤的pH值增加 0.11～0.74，水稻土的pH值增加 0.43～1.20，但是潮褐土、潮土的pH值變化相對(duì)較小[19]。雷海迪等研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭使得土壤pH值提高了9.4%～127%[25]，劉玉學(xué)等同樣發(fā)現(xiàn)，向土壤中添加生物炭能使土壤pH值顯著提高，這些研究均表明生物炭可以提高酸性土壤的pH值[26-27]。由于熱裂解溫度越高，產(chǎn)生的生物炭pH值越大，施入酸性土壤對(duì)其改良效果越好[28-29]，而酸性土壤中pH值增加，使得吸附在鐵鋁氧化物上的磷素溶解，從而減少了磷素在土壤中的固定[19]，所以在改良酸性土壤、提高土壤磷素有效性中，高溫生產(chǎn)的生物炭比低溫生產(chǎn)的生物炭效果更佳。由上述研究結(jié)果可以看出，生物炭能有效解決土壤酸化、鹽基離子損失等問(wèn)題，進(jìn)而在一定程度上提高土壤磷素的有效性。

4 生物炭對(duì)土壤磷素轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制

土壤中的磷素主要有無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷2種，水溶態(tài)的無(wú)機(jī)磷可以直接被植物吸收利用，而有機(jī)磷則需要礦化后才能被吸收利用。土壤有機(jī)態(tài)磷主要包括植素類、核酸類、磷酯類和其他有機(jī)磷化合物，如磷酸肌醇、磷脂、核酸、少量的磷蛋白和磷酸糖及微生物態(tài)磷等；土壤無(wú)機(jī)磷主要包括原生含磷礦物、次生無(wú)機(jī)磷酸鹽和磷酸根離子，有礦物態(tài)（磷酸鈣鹽：Ca-P，磷酸鐵鹽：Fe-P，磷酸鋁鹽：Al-P和閉蓄態(tài)磷：O-P）、水溶態(tài)和吸附態(tài)（以H2PO4-和HPO42-為主，PO43-很少）3種形態(tài)[30]。而Hedley等直接將土壤中的磷素分為植物可以利用的磷（H2O或NaHCO3提取態(tài)）、鈣結(jié)合態(tài)無(wú)機(jī)磷（HCl提取態(tài)）、鐵鋁氧化物結(jié)合態(tài)無(wú)機(jī)磷 （NaOH 提取態(tài)）以及不穩(wěn)定和穩(wěn)定的有機(jī)磷[31]。

研究發(fā)現(xiàn)，土壤中磷素主要通過(guò)沉淀和溶解、吸附和解吸、礦化和固定來(lái)轉(zhuǎn)化[21]。土壤磷素的有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化受生物炭的類型、添加量以及土壤類型等的影響，總體來(lái)說(shuō)，向土壤中施加生物炭會(huì)不同程度地提高土壤磷素的有效性。由于向土壤中施加生物炭影響土壤中磷素的有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化，而生物炭對(duì)土壤磷素轉(zhuǎn)化影響的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）生物炭灰分中的Mg、Ca、P、硫（S）、K在土壤中以鹽基離子的形態(tài)存在，能影響土壤中有效態(tài)磷素的轉(zhuǎn)化；（2）生物炭能提高酸性土壤的pH值，而pH值對(duì)土壤溶液中離子強(qiáng)度、種類有影響，因此決定了土壤固相中的磷素形態(tài)；（3）生物炭能夠結(jié)合有效磷含量低的土壤中的Al3+、Fe3+，使土壤中閉蓄態(tài)磷向有效態(tài)磷方向轉(zhuǎn)化[19，32]。才吉卓瑪?shù)妊芯堪l(fā)現(xiàn)，施用生物炭能促進(jìn)土壤中有效態(tài)磷的轉(zhuǎn)化，使得土壤中閉蓄態(tài)磷（Olsen-P）含量顯著增加，可能是生物炭制備過(guò)程中灰分中含有磷素造成的[19，33]。倪杰強(qiáng)發(fā)現(xiàn)，棉花秸稈、玉米穗軸和雞糞生物炭均可提高土壤全磷、有效磷和水溶性磷含量，其中對(duì)水溶性磷含量提高最明顯[21]。金熠向水稻土中施加豬糞生物炭，發(fā)現(xiàn)增施1.5%豬糞生物炭的2種水稻土中，正磷酸鹽、焦磷酸鹽的含量均增加，而磷酸單酯的含量卻降低[1]。

大量的研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中施加生物炭對(duì)土壤不同磷素形態(tài)含量的影響與生物炭和土壤種類有很大關(guān)系。Deluca等發(fā)現(xiàn)，生物炭加劇了土壤難溶性鈣磷酸鹽（Ca-P）的形成，使得酸性土壤磷素有效性提高，但對(duì)中性或堿性土壤磷素的有效性基本無(wú)影響[32]。在堿性土壤中施加綠肥生物炭使得其有效磷含量顯著增加[34]。Hass等發(fā)現(xiàn)，雞糞生物炭施入土壤能夠增加酸性土壤中溶解性PO43-含量[35]。武玉向酸性土壤中施加生物炭表明，培養(yǎng)初期能增加除NaHCO3-Pi外各形態(tài)磷的含量，培養(yǎng)后期生物炭加強(qiáng)了對(duì)H2O-Pi、NaOH-Pi的正激發(fā)效應(yīng)，減弱了NaHCO3-Pi的負(fù)激發(fā)效應(yīng)，對(duì)NaHCO3-Po的激發(fā)效應(yīng)由正轉(zhuǎn)為負(fù)，說(shuō)明施加生物炭促進(jìn)酸性土壤中 H2O-Pi、NaOH-Pi、NaHCO3-Pi的生成，促使NaHCO3-Po轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷；向堿性土壤中施加生物炭，培養(yǎng)初期對(duì)除NaHCO3-Pi、HCl-Pi之外的各形態(tài)磷大致有個(gè)負(fù)激發(fā)作用，培養(yǎng)后期生物炭對(duì)H2O-Pi、NaOH-Po的負(fù)激發(fā)效應(yīng)轉(zhuǎn)化為正激發(fā)效應(yīng)，對(duì)NaHCO3-Po的負(fù)激發(fā)效應(yīng)減弱，對(duì)NaOH-Pi的負(fù)激發(fā)作用增強(qiáng)，對(duì)HCl-Pi的正激發(fā)效應(yīng)減弱，說(shuō)明施加生物炭有利于土壤中H2O-Pi、NaOH-Po、NaHCO3-Po的生成，促進(jìn)堿性土壤中的NaOH-Pi、HCl-Pi向其他形態(tài)磷轉(zhuǎn)化[8]。Mukherjee等推測(cè)，生物炭可能通過(guò)其中的陽(yáng)離子橋鍵作用來(lái)影響土壤磷素的有效性[36]。此外，生物炭還可通過(guò)吸附一些螯合劑（酚酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、碳水化合物等）間接影響土壤磷素的有效性。除此之外，生物炭既可以作為外源添加物提高土壤有效態(tài)磷素含量，也能夠促進(jìn)酸性土壤中外源磷的有效性[19]。endprint

5 生物炭對(duì)土壤磷酸酶及微生物的影響機(jī)制

土壤中許多微生物包括細(xì)菌、真菌和放線菌等，這些具有解磷能力的微生物能夠通過(guò)產(chǎn)生質(zhì)子和有機(jī)酸溶解土壤不溶態(tài)無(wú)機(jī)磷，或通過(guò)分泌磷酸酶水解有機(jī)磷，將土壤中的難溶態(tài)磷轉(zhuǎn)化為有效態(tài)磷，向土壤中施加生物炭可以通過(guò)影響微生物多樣性和活性從而改變質(zhì)子和有機(jī)酸的分泌，擾動(dòng)土壤磷酸酶活性等，從而影響土壤磷素的轉(zhuǎn)化。土壤磷酸酶是一種適應(yīng)性酶，是土壤質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)，主要作用是催化土壤中有機(jī)磷的礦化，其活性因土壤理化性質(zhì)的不同而不同，而生物炭在很大程度上能改善土壤理化性質(zhì)。目前普遍認(rèn)為，植物根際區(qū)微生物及土壤原生動(dòng)物主要分泌酸性磷酸單酯酶；而土壤細(xì)菌、真菌及其他區(qū)系微生物只分泌堿性磷酸單酯酶[37]。才吉卓瑪研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能抑制紅壤、水稻土、潮褐土和潮土的土壤磷酸酶活性，特別是對(duì)南方酸性土壤中磷酸酶活性的抑制作用較明顯，可能與其施用過(guò)程中帶入土壤中的灰分有關(guān)，當(dāng)與外源磷配施時(shí)抑制作用降低[19]。金熠等研究表明，增施豬糞生物炭對(duì)水稻土壤的酸性磷酸單酯酶活性有抑制作用，同時(shí)也能改變堿性磷酸單酯酶活性[1]。Zhang等發(fā)現(xiàn)，增施生物炭可提高土壤酸性磷酸酶活性[38]。由于pH值對(duì)土壤磷酸酶活性有很大影響[39]，而將生物炭施入土壤后導(dǎo)致土壤pH值升高，從而改變土壤磷酸酶活性[40]。

生物炭能有效促進(jìn)土壤微生物對(duì)土壤磷素的溶解、礦化以及固持作用，從而提高土壤有效態(tài)磷的含量[41]。向土壤中施加生物炭對(duì)微生物生存環(huán)境有影響，生物炭中的孔隙為土壤微生物提供充足的棲息場(chǎng)所，進(jìn)而使得微生物數(shù)量及活性增加[42]。生物炭的吸附特性能將細(xì)菌吸附到其表面，使細(xì)菌避免受到土壤淋洗的影響[43]。除此之外，生物炭還能為微生物提供其所需要的養(yǎng)分[44]。因此，向土壤中施加生物炭能增加土壤微生物活性，使土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物的磷脂脂肪酸（PLFA）含量增加[45]，改變微生物種群結(jié)構(gòu)。金熠研究發(fā)現(xiàn)，向水稻田土壤中增施1.5%豬糞生物炭顯著改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，增加了土壤微生物群落的復(fù)雜程度，水稻田中細(xì)菌、真菌的磷脂脂肪酸含量以及革蘭氏陰性菌、好氧細(xì)菌的含量均增加，可能與增施生物炭會(huì)增加土壤孔隙度從而提高土壤富氧能力有關(guān)[1]。有研究表明，生物炭對(duì)不同微生物群的影響不同，玉米稈生物炭使得土壤中的微生物群落減少[46]。雷海迪等研究發(fā)現(xiàn)，添加杉木凋落物生物炭使得土壤中革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加，而革蘭氏陰性細(xì)菌數(shù)量減少[25]。

綜上所述，生物炭通過(guò)影響土壤磷酸酶活性以及微生物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響土壤中磷素的有效性，對(duì)磷素循環(huán)具有重要作用，因此，生物炭在調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)方面具有良好的應(yīng)用前景。

6 展望

近年來(lái)，生物炭成為農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。向土壤中施加的生物炭能通過(guò)對(duì)自身有機(jī)磷的礦化作用來(lái)提高土壤磷素的有效性，促進(jìn)土壤中的難溶態(tài)磷轉(zhuǎn)化成植物可利用的可溶態(tài)磷，提高植物對(duì)土壤磷素的吸收利用效率。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要圍繞生物炭本身的特性、改善土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)土壤磷素的有效性、提高作物產(chǎn)量、減少環(huán)境污染、減輕溫室效應(yīng)等方面開展了研究工作，并取得了一些進(jìn)展，豐富了在該領(lǐng)域的研究。但是，今后在很多方面還需要進(jìn)行更加廣泛和深入研究，例如，關(guān)于生物炭對(duì)土壤磷素有效性和流失風(fēng)險(xiǎn)的影響和作用機(jī)制缺乏全面系統(tǒng)的理論體系，生物炭對(duì)外源磷在不同類型土壤中磷素有效性和流失風(fēng)險(xiǎn)的影響研究不夠深入。同時(shí)，雖然大多數(shù)研究證明生物炭在土壤改良、增加土壤磷素有效性、提高植物對(duì)土壤磷素的利用率方面有積極作用，但是由于生物炭在土壤中的殘留時(shí)間較長(zhǎng)，關(guān)于生物炭對(duì)生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期影響研究不足，理論體系不夠完善，今后應(yīng)更多地研究施加生物炭對(duì)土壤中磷素循環(huán)的長(zhǎng)期影響，同時(shí)需要對(duì)以上多個(gè)方面進(jìn)行深入研究和詳盡的探討。

由于生物炭自身的特性、土壤理化性質(zhì)以及各種環(huán)境因素和人為因素的不同，向土壤中施加生物炭，使得生物炭對(duì)土壤中磷素產(chǎn)生影響過(guò)程十分復(fù)雜。目前主要是在酸性土壤上進(jìn)行生物炭對(duì)土壤磷素有效性方面的研究，而對(duì)堿性土壤的研究報(bào)道很少，研究結(jié)果也不一致，缺少大規(guī)模試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)支撐，亟待加強(qiáng)生物炭對(duì)不同類型土壤中磷素有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化作用機(jī)制方面的理論和技術(shù)研究。

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