生物質(zhì)炭對大田作物生長的影響研究進(jìn)展

凌宏偉，李小英

（西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與水土保持學(xué)院，云南 昆明 650224）

生物質(zhì)炭（biochar）概念的提出，主要來源于巴西亞馬遜河流域一種黑色碳化土，通常稱為“印第安黑土（Terra preta）”[1]。生物質(zhì)炭是指生物質(zhì)在完全或部分缺氧的條件下熱解形成的一類高度芳香化的含碳豐富的固態(tài)材料[2]。目前有許多研究者分別在不同地點、不同時間段、不同的管理措施、不同作物和不同生物質(zhì)炭等多種條件下進(jìn)行試驗，雖然取得了一定的進(jìn)展，然而生物質(zhì)炭應(yīng)用于不同農(nóng)作物方面的研究結(jié)果尚未形成科學(xué)統(tǒng)一的結(jié)論。可見，探明生物質(zhì)炭對不同農(nóng)田作物生長的影響機(jī)理具有重要現(xiàn)實意義。

目前，生物質(zhì)炭對不同農(nóng)田作物生長的長期性和系統(tǒng)性的研究報道還比較少，尤其在區(qū)域性、長期性、對比性等方面的研究被長期忽視。生物質(zhì)炭對不同農(nóng)作物生長的影響機(jī)理是復(fù)雜的，然而現(xiàn)在的研究更多地關(guān)注生物質(zhì)炭對作物的產(chǎn)量和生物量的影響，對于其影響機(jī)理的探討還較少報道，因此，明晰生物質(zhì)炭對不同農(nóng)作物影響機(jī)理是一項迫切的研究課題。

通過查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)，梳理在不同土壤立地條件、不同區(qū)域、不同處理方式等前提下，生物質(zhì)炭對不同農(nóng)作物生長的影響研究結(jié)果，探討其可能存在的作用機(jī)理，提出未來研究方向，旨在將農(nóng)林廢棄物資源“變廢為寶”，制備多功能的生質(zhì)炭材料，同時為生物質(zhì)炭的應(yīng)用、研究和生產(chǎn)提供參考和思路。

1 生物質(zhì)炭基施、種施和追施對大田作物生長的影響

大田作物主要受光照強(qiáng)度、水分、營養(yǎng)條件、土壤環(huán)境、溫度等多方面綜合影響，在不同時期施入不同用量生物質(zhì)炭于土壤，其對不同作物類型生長的影響效果不同，生物質(zhì)炭對大多數(shù)作物的增產(chǎn)效果在短期內(nèi)表現(xiàn)明顯。玉米、小麥、馬鈴薯作為南北區(qū)域廣泛種植的農(nóng)作物，被研究者作為首選大田觀測作物。代琳[3]在黑龍江省農(nóng)墾總局紅興隆管理局曙光農(nóng)場（白漿土）施用玉米秸稈炭，結(jié)果表明：炭基土壤改良劑施入對于玉米植株性狀及產(chǎn)量具有促進(jìn)作用，然而在苗期生物質(zhì)炭的施入對于株高具有一定的抑制作用，且抑制作用隨著施入量的增加而加大，綜合兩年結(jié)果表明施用生物質(zhì)炭和炭基土壤改良劑對于玉米增產(chǎn)具有穩(wěn)定和持續(xù)性，炭基土壤改良劑對于玉米增產(chǎn)的效果在次年優(yōu)于首年施入，且以高施入量 30 t/hm2效果較佳。玉米屬于喜溫作物，以中性壤和砂壤土最適宜，幼苗期抗旱能力比較強(qiáng)，可見，玉米對生物質(zhì)炭的吸收和利用呈現(xiàn)遞進(jìn)式變化。在第3季時，添加生物質(zhì)炭和10 t/hm2的秸稈還田處理均可顯著提高小麥產(chǎn)量，其中生物質(zhì)炭增產(chǎn)效果隨添加量增加更為明顯;添加生物質(zhì)炭和10 t/hm2的秸稈還田處理均可顯著提高小麥產(chǎn)量，其中生物質(zhì)炭增產(chǎn)效果隨添加量增加更為明顯;添加生物質(zhì)炭顯著降低了麥籽粒千粒重，其中以60 t/hm2處理千粒重降幅最為明顯[4]。小麥喜冷涼氣候，比較耐寒，可見喜冷涼氣候的作物對生物質(zhì)炭的吸收臨界值遠(yuǎn)高于喜溫作物。田態(tài)燦等[5]在凱里市三棵樹鎮(zhèn)平村對辣椒移栽的大田潮砂泥土上施用適量的生物質(zhì)炭（牛糞與作物秸稈混合物，9 t/hm2）后，鮮椒平均產(chǎn)量提高26.43%，復(fù)合肥與適量的生物質(zhì)炭（9 t/hm2）配合施用后，鮮椒平均產(chǎn)量提高7.96%。在砂泥土上施用生物質(zhì)炭有利于為辣椒生長提供一個比較干爽的土壤環(huán)境，充分發(fā)揮了生物質(zhì)炭增加土壤孔隙度的作用。施用生物質(zhì)炭基解鉀菌肥能顯著提高馬鈴薯單果鮮重，進(jìn)而顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量[6]。

目前，采用生物質(zhì)炭種施方式應(yīng)用于溫室盆栽試驗研究比較普遍，采用生物質(zhì)炭基施和追施方式主要應(yīng)用于大田試驗研究，且主要應(yīng)用于生長周期比較長的作物，生物質(zhì)炭基施和追施方式應(yīng)用研究比較少。生物秸稈還田是未來生物質(zhì)炭廣泛應(yīng)用的趨勢，由于生物質(zhì)炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，它為玉米、小麥、馬鈴薯的生長提供了一個良好的土壤環(huán)境，特別是為根系發(fā)達(dá)的植物生長提供了廣闊的生長空間。生物質(zhì)炭長期在大田環(huán)境下容易被氧化成腐殖質(zhì)，其優(yōu)越的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積為土壤微生物提供了一個適宜的生存條件，從而促進(jìn)微生物繁殖，最終豐富了土壤微生物的多樣性。

2 不同水分條件生物質(zhì)炭對作物生長的影響

2.1 水田試驗

目前，生物質(zhì)炭在水田條件下的應(yīng)用研究以水稻為研究對象居多。應(yīng)用生物質(zhì)炭調(diào)節(jié)水體的酸堿平衡度、增加土壤溫度、凈化水環(huán)境等是關(guān)鍵技術(shù)。稻稈炭應(yīng)用于水稻生長研究是一種趨勢，它優(yōu)于稻稈直接還田，稻稈炭是一種保溫材料，它可以提高土壤溫度、疏松土壤、調(diào)節(jié)土壤酸堿度，特別對長期淹水條件下的水稻生長十分有利。鐘婷[7]在杭州市余杭區(qū)徑山鎮(zhèn)稻田土壤上施用水稻秸稈炭發(fā)現(xiàn)（500℃制備），與常規(guī)施肥相比，稻稈生物質(zhì)炭還田顯著促進(jìn)水稻生長，提高水稻產(chǎn)量;水稻的生長情況和產(chǎn)量隨著生物質(zhì)炭添加量的増加而優(yōu)化;與對照相比，高劑量和低劑量生物質(zhì)炭還田能分別使水稻增產(chǎn)16.5%和8.0%。在長沙市干杉鎮(zhèn)農(nóng)技站試驗基地以及江西省南昌市進(jìn)賢紅壤研究所兩地同時種植水稻，將小麥秸桿炭（300～500℃制備，施用量20、40 t/hm2）與氮肥配施在江西試驗點（潴育型水稻土）具有明顯的增產(chǎn)效果，隨著生物質(zhì)炭用量的增加，產(chǎn)量增幅分別為5.18%和7.95%，而長沙試驗點（紅黃泥水稻土）沒有明顯的增產(chǎn)效果[8]。

生物質(zhì)炭施用于不同類型的水稻土上效果是不同的，紅黃泥水稻土粘性大、土壤板結(jié)十分嚴(yán)重，因此容易把生物質(zhì)炭包裹起來，生物質(zhì)炭釋放養(yǎng)分困難。周旻旻[9]在杭州市余杭區(qū)徑山鎮(zhèn)小五山村稻田，將水稻秸稈炭與緩釋肥（由煤炭腐殖酸、膨潤土、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉組成）混施于水稻，與空白對照相比，SRFA（炭基緩釋肥Ⅰ）處理可以使水稻產(chǎn)量增加7.7%。嚴(yán)慧霞[10]在蘇州市相城區(qū)項路鎮(zhèn)（土壤類型為黃泥土）施用小麥秸稈炭（350～550℃制備，pH 10.4）于水稻上，在同一氮肥水平下株高和葉重的變化趨勢為C20（20 t/hm2生物質(zhì)炭）＞C40（40 t/hm2生物質(zhì)炭）＞C0（不施生物質(zhì)炭），說明施用一定量的生物質(zhì)炭可以促進(jìn)水稻植株株高和地上部分干物質(zhì)的增長，在水稻生長的不同階段，不同施氮條件下，C20處理莖稈重均顯著高于對照。施用低劑量生物質(zhì)炭更有利于水稻產(chǎn)量增加。

水稻生長發(fā)育所需的各類營養(yǎng)元素，主要依賴其根系從土壤中吸收，在營養(yǎng)生長期以氮素旺盛吸收為主，當(dāng)外源氮素不足時，生物質(zhì)炭可以緩慢釋放氮素養(yǎng)分。蔣晨等[11]在太湖地區(qū)杭州徑山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)示范區(qū)通過向稻田土壤（青紫泥）中施用3種類型的生物質(zhì)炭（稻稈炭、麥稈炭、竹炭，用量分別為0、1%、3%、5%），不同處理水稻株高和穗長沒有明顯差異，但稻稈炭（RC）、麥稈炭（WC）和竹炭（BC）處理的水稻實粒數(shù)均顯著高于空白對照，且水稻實粒質(zhì)量大小順序為BC＞RC＞W(wǎng)C＞CK，其中BC處理的實粒質(zhì)量比CK高38.7%，說明生物質(zhì)炭能在不影響水稻生長的情況下提高水稻產(chǎn)量。張斌等[12]在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的試驗田（水稻土）施用小麥秸稈炭（350～550℃制備，用量0、20、40 t/hm2）和氮肥（用量 0、0.24 t/hm2）兩年水稻生產(chǎn)中，小麥產(chǎn)量均無顯著變化，盡管兩年的品種和水分管理不同。水稻屬于喜溫喜濕作物，生長周期長，還要求有充足的水分供給。生物質(zhì)炭具有比較好的穩(wěn)定性，不易被土壤微生物氧化，緩慢釋放本身的養(yǎng)分，所以生物質(zhì)炭對作物的增產(chǎn)具有長效性。

生物質(zhì)炭在水稻田中的吸附能力比較強(qiáng)，有利于吸附重金屬和有機(jī)污染物，且生物質(zhì)炭緩釋養(yǎng)分的過程與水稻生長周期保持同步，從而促進(jìn)了水稻增產(chǎn)。

2.2 旱地試驗

目前，生物質(zhì)炭在旱地上的應(yīng)用研究主要以紅薯和油菜為研究對象居多。與水田不同的是，旱地施入的生物質(zhì)炭主要通過與塊根、塊莖類植物根系發(fā)生抱團(tuán)氧化反應(yīng)，在一定溫度的調(diào)控下，生物質(zhì)炭活性被激發(fā)，養(yǎng)分和灰分緩慢釋放出來被植物所吸收和利用。張文鋒等[13]在江西省紅壤研究所定位試驗基地紅色粘土上，連續(xù)施用低劑量小麥秸稈生物質(zhì)炭（350～500℃制備，pH 10.35），BC1（0.758 t/hm2）、BC2（1.515 t/hm2）處理紅薯產(chǎn)量在2013年分別提高19.08%和23.68%，2014年分別提高18.01%和22.98%，可見，生物質(zhì)炭使用首年對作物的增產(chǎn)效應(yīng)高于次年。李秋霞等[14]在江西省進(jìn)賢縣紅壤研究所低山丘陵紅壤區(qū)，施用小麥秸稈炭（350～550℃制備，pH 10.35），結(jié)果表明高施用量（40 t/hm2）處理在旱地紅壤上的改良效果和增產(chǎn)效應(yīng)最好，油菜和紅薯產(chǎn)量分別增加1.23 t/hm2和14.83 t/hm2。紅薯是塊根系植物，油菜是直根系作物，已有研究表明生物質(zhì)炭對塊根塊莖類植物的增產(chǎn)效果較好。生物質(zhì)炭與氮肥配施后，旱地紅壤油菜和紅薯的產(chǎn)量均有所提高[15]。較低劑量生物質(zhì)炭對旱地根系發(fā)達(dá)植物增產(chǎn)效應(yīng)比較明顯。

生物質(zhì)炭有利于提高旱地農(nóng)作物產(chǎn)量的主要原因是生物質(zhì)炭疏松多孔結(jié)構(gòu)有利于增加旱地持水量，生物質(zhì)炭呈弱堿性有利于提高土壤中的鹽基飽和度和陽離子交換量，生物質(zhì)炭本身的速效養(yǎng)分彌補(bǔ)了土壤貧瘠的缺陷。紅薯喜溫怕冷、耐旱又怕澇、較耐酸堿、耐瘠薄，對鉀的需求最多、氮次之、磷最少，適合生長在砂壤中。而油菜生育期長、營養(yǎng)體大、結(jié)果器官數(shù)量多，因而需水量較多，因此，低劑量生物質(zhì)炭對紅薯的增產(chǎn)效果更加明顯。

3 不同區(qū)域生物質(zhì)炭對作物生長的影響

3.1 北方區(qū)域試驗

北方區(qū)域主要基于小麥-玉米輪作制度下對生物質(zhì)炭進(jìn)行研究。Liu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭可顯著增加小麥-玉米輪作制度下第一季玉米的產(chǎn)量，但對之后幾季作物的產(chǎn)量沒有顯著影響，可見，生物質(zhì)炭在前期對作物的增產(chǎn)效應(yīng)比后期更好。成功[17]在陜西省楊凌示范區(qū)國家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心石灰性土壤上施用小麥秸稈炭（350～550℃制備），施肥并分別施用8、16 t/hm2生物質(zhì)炭處理，結(jié)果表明除不施肥處理外，各處理在小麥-玉米輪作周期內(nèi)均表現(xiàn)為小麥產(chǎn)量高于玉米產(chǎn)量；在玉米生長季降水比較頻繁、施肥條件下，土壤中NO3-N 的淋失量較大，影響了作物生長；生物質(zhì)炭20 t/hm2處理增加了玉米產(chǎn)量，但是40 t/hm2處理玉米產(chǎn)量有下降趨勢。玉米喜半干旱氣候，但對水分十分敏感，高施用量生物質(zhì)炭對水分的吸持能力增強(qiáng)。劉源等[18]在堿性砂壤土中，利用根箱試驗方法比較了小麥秸稈炭（350～550℃制備）和果膠對再生水灌溉下土壤-玉米系統(tǒng)養(yǎng)分和重金屬遷移特征的影響及差異性，結(jié)果表明生物質(zhì)炭增加了植株的養(yǎng)分含量，果膠提高了養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。生物質(zhì)炭在增加土壤養(yǎng)分前提下，通過外源物對養(yǎng)分進(jìn)行轉(zhuǎn)移是十分關(guān)鍵的一步。在北方旱地土壤，施用生物質(zhì)炭可以明顯提高土壤持水量，整個生育期可相對提高土壤含水量2%～5%，相當(dāng)于增加5～12 mL有效降雨量，增加土壤儲水50 t/hm2以上[19]。生物質(zhì)炭豐富的孔隙結(jié)構(gòu)有利于土壤儲存水量，以備作物生育期吸收利用。

生物質(zhì)炭在水旱輪作制度下可改變土壤生態(tài)環(huán)境、增加土壤非毛細(xì)管孔隙、提高氧化還原電位，有利土壤通氣和有機(jī)質(zhì)分解，消除土壤中的有毒物質(zhì)，防止土壤次生潛育化過程，并可促進(jìn)土壤有益微生物的繁殖。

3.2 南方區(qū)域試驗

與北方地區(qū)相比，南方地區(qū)生物質(zhì)炭試驗的材料和作物類型更加多樣化，生物質(zhì)炭類型和作物種類應(yīng)用于不同農(nóng)作物上的研究更豐富。Liu 等[20]和卞榮軍[21]研究發(fā)現(xiàn)，首先來源于木材與污泥混合物的生物質(zhì)炭的增產(chǎn)效果最為明顯，平均增幅為39%；其次是來源于畜禽糞便的生物質(zhì)炭，平均增幅為28.3%；再次是污泥、木材和作物秸稈類生物質(zhì)炭，分別為12.8%、12.1%和2.6%；而生活垃圾生物質(zhì)炭施用卻顯著降低作物產(chǎn)量。生活垃圾的比表面積不如其他來源生物質(zhì)炭大。生物質(zhì)炭在砂質(zhì)土壤中的增產(chǎn)效果最為明顯，其次分別為黏質(zhì)土壤、粉質(zhì)土壤和壤土[21]。砂質(zhì)土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可能與生物質(zhì)炭的物理結(jié)構(gòu)相似，土壤微小顆粒可以與生物質(zhì)炭充分結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和生物學(xué)反應(yīng)。卞榮軍[21]和付嘉英等[22]研究表明，生物質(zhì)炭對豆科作物和瓜果蔬菜類作物的增產(chǎn)作物最為顯著，增幅分別為33.3%和28.6%，豆科植物根部常有固氮作用的根瘤，是優(yōu)良的綠肥作物，生物質(zhì)炭對豆科植物的增產(chǎn)效應(yīng)較好。多年實驗表明，每667 m2施1 t生物質(zhì)炭，當(dāng)年作物增產(chǎn)幅度達(dá)到0～26%，增產(chǎn)以塊根塊莖類作物最高，增產(chǎn)達(dá)25%以上，葉菜類蔬菜其次，增產(chǎn)達(dá)15%～25%，玉米增產(chǎn)在15%以上，而水稻、油菜和小麥增產(chǎn)5%～12%，提高氮肥利用率20%以上[23]。不同類型生物質(zhì)炭對南方區(qū)域不同農(nóng)作物的影響比較復(fù)雜，有待進(jìn)一步試驗。

南方區(qū)域土壤多呈酸性或微酸性，土壤養(yǎng)分淋失嚴(yán)重，而生物質(zhì)炭多呈堿性，它可以提高土壤pH值，改良我國南方熱帶、亞熱帶地區(qū)的酸性土壤；在高度風(fēng)化的熱帶土壤中投入低量生物質(zhì)炭可以增加土壤陽離子交換量，從而提高土壤保肥能力和緩沖性能。

4 生物質(zhì)炭不同添加方式對作物生長的影響

4.1 生物質(zhì)炭單施

單獨施用的生物質(zhì)炭主要有玉米秸稈炭、水稻秸稈炭、小麥秸稈炭、竹炭、木炭 、香蕉假莖炭和椰殼炭等。生物質(zhì)炭對不同作物生長的影響存在差異性，當(dāng)生物質(zhì)炭特性、作物類型、土壤類型三者匹配時，可以發(fā)揮生物質(zhì)炭的正向激發(fā)效應(yīng)。生物質(zhì)炭的增產(chǎn)效應(yīng)對不同作物表現(xiàn)不同，其表現(xiàn)狀態(tài)有正向激發(fā)效應(yīng)、負(fù)向激發(fā)效應(yīng)和無影響。

與不施用生物質(zhì)炭相比，單獨施用適量生物質(zhì)炭可以顯著提高不同農(nóng)作物產(chǎn)量，據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)綜合表明，其對不同農(nóng)作物平均增產(chǎn)約為8%。數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，生物質(zhì)炭用量30～60 t/hm2范圍內(nèi)，作物的生物量提高40%，比生物質(zhì)炭用量 ＜30 t/hm2處理提高 20%[24]。肖婧[25]通過收集全球范圍內(nèi)公開發(fā)表的97篇生物質(zhì)炭施用與土壤改良、作物生長有關(guān)的相對獨立研究，共獲得匹配數(shù)據(jù)819組，運(yùn)用數(shù)據(jù)整合分析方法（Meta-analysis）統(tǒng)計分析表明，與不施用生物質(zhì)炭相比，施用生物質(zhì)炭具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，作物平均增產(chǎn)15.0%；經(jīng)濟(jì)作物平均增產(chǎn)25.3%，顯著高于糧食作物（10.0%），生物質(zhì)炭對經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)效應(yīng)較好；對不同質(zhì)地和酸堿度的土壤而言，施用生物質(zhì)炭的增產(chǎn)效果表現(xiàn)為黏質(zhì)土壤＞砂質(zhì)土壤＞壤質(zhì)土壤；施用于酸性土壤可增產(chǎn)29.2%，分別是中性及堿性土壤的7.9和2.5倍，生物質(zhì)炭對酸性土壤上的作物增產(chǎn)效應(yīng)較好; 人為管理條件下，當(dāng)生物質(zhì)炭施用量＜10.0 t/hm2時，可顯著提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)達(dá)到18.0%，低劑量生物質(zhì)炭更有利于提高作物產(chǎn)量；施用6～24個月可增產(chǎn)13.4%～17.5%，生物質(zhì)炭在短期內(nèi)對作物的增產(chǎn)明顯。

單獨施用生物質(zhì)炭顯著降低作物產(chǎn)量或者無顯著影響。不同農(nóng)作物對生物質(zhì)炭的養(yǎng)分吸收有一個合理的區(qū)間。潘潔等[26]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生物質(zhì)炭用量達(dá)到30 t/hm2時增產(chǎn)效果消失，而中、低用量有很好的增產(chǎn)效果。高用量生物質(zhì)炭（＞60 t/hm2）對作物的生物量無顯著影響[24]。生物質(zhì)炭施用量＞80.0 t/hm2后增產(chǎn)效果不顯著，施用生物質(zhì)炭的增產(chǎn)效果隨著施用時間的增加而呈下降趨勢，兩年后增產(chǎn)效應(yīng)降至9.6%[25]，生物質(zhì)炭對作物的增產(chǎn)存在時效性。作物對生物質(zhì)炭的吸收存在適應(yīng)機(jī)制，對pH值敏感的植物容易受到生物質(zhì)炭堿性的抑制。生物質(zhì)炭的養(yǎng)分釋放是一個緩慢的過程。施用在有固氮能力的豆科作物系統(tǒng)中，單獨施用生物質(zhì)炭對大豆產(chǎn)量也無顯著影響[27]。豆科作物根部有許多根瘤且根系十分發(fā)達(dá)，對養(yǎng)分的需求呈多元化說明土壤肥力水平并非是限制大豆產(chǎn)量的主導(dǎo)因素。土壤與植物之間對養(yǎng)分需求存在競爭機(jī)制，加之生物質(zhì)炭的惰性，因此，短期內(nèi)生物質(zhì)炭對作物生長的影響同時存在增產(chǎn)、減產(chǎn)和無顯著影響的現(xiàn)象。呂澤先等[28]在南京市棲霞區(qū)八卦洲（土壤類型為壤土）蘆蒿種植區(qū)施用玉米秸稈炭（pH 9.38），研究結(jié)果顯示，單獨施用生物質(zhì)炭（用量22.5 t/hm2）對蘆蒿生物量、產(chǎn)量及根系生物量均沒有顯著影響。

單獨施用不同原材料生物質(zhì)炭對不同農(nóng)作物增產(chǎn)效果存在一定差異，具體表現(xiàn)為：畜禽糞便類（66.4%）＞秸稈類（31.2%）＞木材類（19.0%）＞殼渣類（5.9%）；制備溫度低于600℃的生物質(zhì)炭增產(chǎn)20.4%～36.5%，超過600℃ 時增產(chǎn)效果不顯著; 當(dāng)原料生物質(zhì)炭C/N值＜ 100時，增產(chǎn)19.3%～49.1%，且隨C/N值的增加增產(chǎn)效果呈降低趨勢; 當(dāng)生物質(zhì)炭呈堿性時（pH 9～10）增產(chǎn)效果較好。

總體上，施用生物質(zhì)炭較不施用生物質(zhì)炭更有利于提高作物增產(chǎn)；單獨施用生物質(zhì)炭對不同土壤類型上的農(nóng)作物的增產(chǎn)效應(yīng)不同；單獨施用生物質(zhì)炭在酸性土壤上對作物的增產(chǎn)效果更加顯著；單獨施用生物質(zhì)炭對農(nóng)作物產(chǎn)量增加隨施用時間的增加呈下降趨勢；單獨施用低、中劑量的生物質(zhì)炭更有利于農(nóng)作物增產(chǎn)。單獨施用不同類型的生物質(zhì)炭對農(nóng)作物的增產(chǎn)效應(yīng)存在較大的差異性。可見，單獨施用生物質(zhì)炭對農(nóng)作物的增產(chǎn)效應(yīng)受諸多因素的影響。

4.2 生物質(zhì)炭混施

已有研究表明，生物質(zhì)炭與鋅、沸石、污泥、無機(jī)肥、有機(jī)肥、復(fù)合肥等混合施用，其中與氮肥配施居多，混施與單施相比能更顯著提高一些作物的產(chǎn)量。生物質(zhì)炭能夠有效緩解青菜燒苗現(xiàn)象，提高青菜產(chǎn)量；單獨施加尿素后青菜長勢不佳，然而300℃秸稈炭與尿素混合施用后，青菜均長勢良好[29]。不同來源的生物質(zhì)炭之間進(jìn)行混施可以平衡生物質(zhì)炭本身的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)。單施和混施生物質(zhì)炭對小白菜生長具有一定的影響，混合施用香蕉假莖炭和椰殼炭的處理對小白菜鮮重提升效果最好，單施香蕉假莖生物質(zhì)炭次之，混施生物質(zhì)炭處理小白菜鮮重要優(yōu)于混施石灰處理[30]。李大偉在南京市江寧區(qū)蔬菜種植區(qū)粘壤土上，將稻殼炭基肥（稻殼炭、尿素、磷酸一銨、氯化鉀、膨潤土按12∶17∶10∶8∶3比例混合）與化肥配合施用，較單施化肥的番茄產(chǎn)量提高23%，辣椒產(chǎn)量提高26%[31]。也有研究表明，與單施無機(jī)肥料相比，生物質(zhì)炭和無機(jī)肥料配施后，谷物產(chǎn)量提高2倍[32]。可見，生產(chǎn)炭基緩釋肥是未來生物質(zhì)的應(yīng)用方向。

與生物質(zhì)炭單獨施用相比，生物質(zhì)炭混合施用對不同農(nóng)作物的增產(chǎn)效果明顯，主要原因是生物質(zhì)炭在土壤中易氧化形成帶負(fù)電荷的基團(tuán)，它與混合物結(jié)合后發(fā)生了生物和化學(xué)反應(yīng)，激發(fā)了生物質(zhì)炭與混合物的養(yǎng)分釋放，同時平衡了二者之間的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)；最終形成的炭基復(fù)合物提高了土壤養(yǎng)分含量、增加了土壤CEC、降低了養(yǎng)分流失，因此生物質(zhì)炭混施更有利于不同農(nóng)作物增產(chǎn)。

5 展望

綜上所述，生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)方面具有光明的應(yīng)用前景，但目前生物質(zhì)炭研究呈現(xiàn)單一化和片段化，研究主要集中在南方區(qū)域，北方區(qū)域的研究相對較少。許多研究結(jié)果還存在較大的分歧和爭議，如有研究表明生物質(zhì)炭對不同土壤類型的增產(chǎn)效應(yīng)表現(xiàn)為砂質(zhì)土壤＞黏質(zhì)土壤＞粉質(zhì)土壤＞壤土，有的研究結(jié)果卻表現(xiàn)為黏質(zhì)土壤＞砂質(zhì)土壤＞壤土。因此，生物質(zhì)炭對作物的影響機(jī)理還需要進(jìn)行大量試驗證明。開展“生物質(zhì)炭類型—土壤類型—微生物種類—水體質(zhì)量—作物類型”生態(tài)鏈?zhǔn)降难芯渴俏磥砩镔|(zhì)炭的研究方向?；谀壳霸S多研究以短期的溫室盆栽試驗居多、長期的大田試驗研究相對較少的現(xiàn)狀，盆栽試驗與大田試驗應(yīng)相互結(jié)合。同時，應(yīng)采用多元化的研究方法，還應(yīng)結(jié)合土壤學(xué)、植物學(xué)、地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、分子工程學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行交叉融合研究，可以預(yù)測未來將有更多研究者關(guān)注生物質(zhì)炭，對生物質(zhì)炭的研究將呈現(xiàn)多學(xué)科的發(fā)展趨勢。對施用生物質(zhì)炭的土壤和作物進(jìn)行后期風(fēng)險評估，旨在改良生物質(zhì)炭的制備方法和完善施用方案，最終建立服務(wù)功能完善的生物質(zhì)炭應(yīng)用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并運(yùn)用于實踐生產(chǎn)活動。