生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米生長(zhǎng)影響的研究進(jìn)展

夏璐，趙蕊，金海燕，王金龍，臧鳳艷，李子芳，吳錫冬

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生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米生長(zhǎng)影響的研究進(jìn)展

夏璐，趙蕊，金海燕，王金龍，臧鳳艷，李子芳，吳錫冬通信作者

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

生物炭具有多孔性、高陽(yáng)離子交換量和低容重等良好的理化特性，對(duì)改良土壤性狀及作物生長(zhǎng)有一定的積極作用。本文分析了生物炭的特性，探討了生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)及玉米生長(zhǎng)方面的影響，對(duì)生物炭今后的研究趨勢(shì)與前景進(jìn)行了展望，說(shuō)明了生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域存在巨大的發(fā)展?jié)摿?，旨在為生物炭?duì)土壤相關(guān)特性及玉米生長(zhǎng)方面的影響研究提供參考。

生物炭；土壤；理化性質(zhì)；玉米

從20 世紀(jì)末“生物炭”概念出現(xiàn)至今，有關(guān)生物炭的研究已經(jīng)被越來(lái)越多的學(xué)者所重視。尤其是隨著農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源等問(wèn)題的日益顯著，生物炭已經(jīng)逐漸成為這些領(lǐng)域研究所關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。盡管其本身所具有的理化特性決定了生物炭在各個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，但滿足綠色環(huán)保、低碳循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展的需求，仍然是生物炭研究應(yīng)用的關(guān)鍵所在。特別是在近幾年環(huán)境污染等問(wèn)題愈演愈烈的背景下，生物炭的潛在應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展空間被進(jìn)一步拓展[2]，科學(xué)家在作物生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行了有益探究，認(rèn)為生物炭的理化性質(zhì)對(duì)于改良土壤性質(zhì)及結(jié)構(gòu)、作物增產(chǎn)、微生物活動(dòng)等方面具有積極的影響[3]。

本文就近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)生物炭的研究進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，重點(diǎn)評(píng)述生物炭對(duì)土壤理化特性及玉米生長(zhǎng)的影響，總結(jié)規(guī)律，為今后生物炭的研究應(yīng)用提供參考。

1 生物炭的概念及其特性

1.1 生物炭的概念、性質(zhì)

生物炭（biochar）是在缺氧的情況下，生物殘?bào)w經(jīng)高溫裂解產(chǎn)生的一類(lèi)具有高度穩(wěn)定性、難溶的、高碳素的固態(tài)物質(zhì)[4]。生物炭的主要組成元素是碳、氫、氧，以烷基和芳香結(jié)構(gòu)為主要成分，且多為細(xì)小顆粒、質(zhì)地較輕的以高度富含碳為標(biāo)志的黑色蓬松狀固態(tài)物質(zhì)。所謂生物炭的碳封存作用是指由于生物炭中富含穩(wěn)定性強(qiáng)且很難被降解的芳香族碳，使其能在土壤中穩(wěn)定存在，提高土壤中碳含量的效應(yīng)[5]。相關(guān)研究表明，生物炭制備過(guò)程中的熱解溫度與制備完成后的成品生物炭含碳量有決定性的關(guān)系，且生物炭中含碳量和灰分含量與熱解過(guò)程中的溫度成正比；而生物炭灰分含量的多少也是衡量其肥效好壞的一個(gè)重要指標(biāo)[6]。

生物炭灰分中含有大量的鈣、鎂等礦質(zhì)元素以及碳酸鹽等物質(zhì)，使得生物炭一般都呈堿性[5]。生物炭的可溶性極低，溶沸點(diǎn)極高，具有高度羧酸酯化、芳香化結(jié)構(gòu)和脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu)[6]。羧基、酚羥基、羥基、脂族雙鍵以及芳香化等典型結(jié)構(gòu)特征[7]，使生物炭具備了極強(qiáng)的吸附能力和抗氧化能力[6]。含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、理化性質(zhì)穩(wěn)定是生物炭固有的特點(diǎn)也是生物炭能夠還田改土、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)碳封存的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[8]。

1.2 生物炭的基本特性

在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究報(bào)道中對(duì)生物炭的基本特性認(rèn)識(shí)較為一致，由于生物炭富含碳元素，主要由芳香烴和單質(zhì)碳等類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)構(gòu)成[9]，所以其理化性質(zhì)穩(wěn)定，抗生物分解能力強(qiáng)。研究表明，在土壤中施入的生物炭量越多，土壤容重越小，說(shuō)明生物炭有降低土壤緊實(shí)度、改善土壤結(jié)構(gòu)的作用[10]。生物炭具有豐富的空隙結(jié)構(gòu)，具有提高化肥利用率、增加土壤陽(yáng)離子交換量、消減水體污染和養(yǎng)分淋溶損失的作用[11]。生物炭本身含有一些釋放到土壤中可增加土壤養(yǎng)分含量的鈣、鎂、鉀等礦質(zhì)養(yǎng)分和微量元素，可對(duì)貧瘠土壤補(bǔ)充養(yǎng)分[12]。與此同時(shí)，生物炭含碳率高，具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的表面積和穩(wěn)定的理化性質(zhì)[13]。生物炭的基本特性決定了其在自然條件下難以被轉(zhuǎn)化，可較長(zhǎng)時(shí)間存在于土壤中且不易發(fā)生分解。有研究表明，生物炭具有復(fù)雜的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)和疏水性脂肪族碳結(jié)構(gòu)，這一特性使生物炭可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，且施入土壤后不易被礦化[14]。

2 生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1 生物炭對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 生物炭對(duì)土壤容重及土壤孔隙度的影響

生物炭對(duì)土壤物理性質(zhì)方面的影響，一方面取決于土壤本身的質(zhì)地，另一方面與生物炭本身顆粒大小、比表面積以及在土壤中的施用量等有關(guān)。研究結(jié)果表明，因生物炭自身比重較小且質(zhì)地疏松，可降低土壤容重從而改善土壤的緊實(shí)程度[15]。從農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)角度來(lái)說(shuō)，不同的土壤容重會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)效益產(chǎn)生不同的影響。通常來(lái)說(shuō)，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高、在一定范圍內(nèi)容重越低的土壤更有利于土壤中營(yíng)養(yǎng)的釋放與保留，并且可以有效地降低土壤板結(jié)程度，使種子在更加疏松的土壤中萌發(fā)，進(jìn)而提高種子的發(fā)芽率[16]。由此可見(jiàn)，生物炭可以在一定范圍內(nèi)降低土壤容重，提高土壤生產(chǎn)力。如Laird等研究結(jié)果表明，施用生物炭后，可以使土壤容重顯著降低[17]。

生物炭改善土壤結(jié)構(gòu)這一功能，是通過(guò)促進(jìn)團(tuán)聚體的形成，增加土壤中微生物含量的方式實(shí)現(xiàn)的[18]，具有多孔結(jié)構(gòu)的生物炭應(yīng)用到土壤中，可以使土壤孔隙度增加[19]。Devereux等通過(guò)掃描土壤孔隙發(fā)現(xiàn)，施用生物炭會(huì)對(duì)土壤總孔隙度產(chǎn)生顯著影響，并且平均孔徑的大小與生物炭施用量成反比。由于生物炭自身孔隙度大且多分布在土壤顆粒之間，使土壤孔隙平均孔徑減小[20]。

2.1.2 生物炭對(duì)土壤水分的影響

對(duì)于土壤生產(chǎn)力來(lái)說(shuō)，土壤水分含量及其有效性是非常重要的衡量指標(biāo)。生物炭自身表面可吸附大量的土壤有機(jī)分子，從而增大土壤的持水容量；其表面積大的特性使得土壤持水力上升，從而增強(qiáng)土壤水分的滲透性。制備生物炭時(shí)，熱解溫度會(huì)影響其表面積的大小。相關(guān)研究表明，生物炭的比表面積與熱解溫度成正比，生物炭的高比表面積可能會(huì)在一定程度上增加土壤的吸附能力和含水量。當(dāng)在土壤中施入適量的生物炭時(shí)，增大了土壤的表面積，對(duì)土壤整體的吸附能力有很大的促進(jìn)作用，從而提高了土壤的保水性[4]。

張娜等研究結(jié)果表明，土壤田間持水量隨生物炭施用量的增加而增大。在土壤含水量較低時(shí)，施用適量的生物炭能提高土壤含水量，但過(guò)高的施入量反而可能引起含水量的下降[21]。有研究表明，富含黑色炭的土壤，田間持水量顯著高于周?chē)鸁o(wú)炭土壤[22]。此外，生物炭還能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，增加土壤團(tuán)聚體數(shù)量，改善土壤持水性能[23]。有研究指出，生物炭的保水性能在不同水勢(shì)條件下有所不同，并且不同類(lèi)型的生物炭對(duì)同一土壤含水量影響不同，即使是同類(lèi)生物炭對(duì)不同類(lèi)型土壤含水量的影響也截然不同。研究表明，生物炭可以增加砂土含水量，降低黏土含水量，但對(duì)壤土含水量沒(méi)有顯著的影響[24]。

2.2 生物炭對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 生物炭對(duì)土壤pH的影響

近年來(lái)，由于長(zhǎng)期大量施入化肥，導(dǎo)致耕地土壤酸化，支配土壤酸堿度的鹽基離子大量流失，致使土壤貧瘠，影響作物生長(zhǎng)[21]。由于大多數(shù)生物炭灰分中含有一定量的以氧化物或碳酸鹽形式存在的礦質(zhì)元素，溶于水后呈堿性，因而大多數(shù)生物炭呈堿性[25]，且含有大量的鹽基離子，因此它可以在一定程度上調(diào)節(jié)土壤的酸堿度[26]。生物炭提高酸性土壤的pH值主要是通過(guò)使土壤的鹽基飽和度增加，降低可交換鋁的水平來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究表明，生物炭之所以能夠引起土壤pH值升高，是因?yàn)槠渲械膲A性物質(zhì)很容易進(jìn)入到土壤組分中，并且這種使土壤堿性增大的效果會(huì)隨著生物炭在土壤中施入量的增大越來(lái)越明顯[27]。許多學(xué)者的研究表明，生物炭改善酸性土壤的有效性不僅與生物炭本身的堿度有關(guān)，還與生物炭熱解過(guò)程中形成的碳酸鹽和有機(jī)酸根等有關(guān)[28]。

2.2.2 生物炭對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）的影響

土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）能夠很好地反映土壤保肥供肥性能和緩沖能力，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一。土壤中有機(jī)質(zhì)含量、pH以及礦質(zhì)類(lèi)型等因素都影響著土壤中陽(yáng)離子交換量的多少。生物炭由于比表面積較大，使土壤對(duì)陽(yáng)離子的吸附能力提高，從而增加了耕層土壤的CEC含量。Hall等研究發(fā)現(xiàn)，在黏土中添加生物炭后，土壤中CEC的含量增加了40 mmol/kg[29]。Zwieten等也證實(shí)，在紅壤土中施用紙屑生物炭后，顯著提高了土壤CEC的含量[30]。這些研究結(jié)果說(shuō)明，生物炭確實(shí)有提高土壤CEC的作用。同時(shí)眾多研究結(jié)果表明，土壤類(lèi)型、生物炭種類(lèi)都會(huì)對(duì)施用生物炭后土壤CEC產(chǎn)生不同的影響[31]。對(duì)于酸性土壤和低CEC的土壤，生物炭具有良好的改良效果。Chintala 等發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在酸性還是堿性土壤中施加生物炭，都能使土壤的陽(yáng)離子交換能力提高[32]。此外，隨著生物炭在土壤中作用時(shí)間的增加，生物炭會(huì)與多種生物和微生物之間發(fā)生產(chǎn)生官能團(tuán)的氧化反應(yīng)，從而進(jìn)一步增大了土壤中陽(yáng)離子交換量，使生物炭的電荷量或CEC增大，發(fā)揮土壤改良劑的作用[33]。

2.2.3 生物炭對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

在土壤的眾多組成成分中，土壤有機(jī)質(zhì)占有舉足輕重的地位，盡管它在土壤中的含量很少，但在保護(hù)環(huán)境、維持土壤肥力等方面都起著極其重要的作用[34]。生物炭富含有機(jī)碳，施入土壤后可顯著提高土壤中有機(jī)碳及腐殖質(zhì)的含量。生物炭對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響程度不僅與生物炭本身的種類(lèi)和性質(zhì)有關(guān)，還與其作用土壤的性質(zhì)有不可分割的關(guān)系。生物炭可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，這一方面因?yàn)樯锾康奈阶饔?，可以通過(guò)表面催化作用促進(jìn)有機(jī)小分子聚合成土壤有機(jī)質(zhì)[35]；另一方面由于生物炭可通過(guò)分解促進(jìn)腐殖質(zhì)的形成，從而提高土壤肥力[36]。Glaser等研究發(fā)現(xiàn)，在熱帶地區(qū)，由于土壤中含有生物炭使土壤具有高度的穩(wěn)定性，并且生物炭可以顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量[37]。生物炭提高土壤有機(jī)碳含量水平主要是由其用量和穩(wěn)定性決定[38]。隨著生物炭施入土壤后時(shí)間的延長(zhǎng)，其表面大量易揮發(fā)物質(zhì)和易被氧化的官能團(tuán)發(fā)生鈍化，與土壤相互作用產(chǎn)生一種保護(hù)物質(zhì)，這種物質(zhì)可使有機(jī)碳更穩(wěn)定地存在于土壤中，從而提高土壤有機(jī)碳的積累[39]。

3 生物炭對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

3.1 生物炭對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的影響

由于土壤類(lèi)型及生態(tài)氣候條件的不同，會(huì)導(dǎo)致生物炭施入土壤后對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響產(chǎn)生差異，但總體上以有益影響的報(bào)道居多。發(fā)達(dá)而健壯的根系是作物生長(zhǎng)發(fā)育良好，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤容重低、通透性好是作物高產(chǎn)土壤的主要特征之一[40]，這種土壤有利于玉米根系的發(fā)育，對(duì)提高玉米產(chǎn)量具有促進(jìn)作用[41]。生物炭施入土壤后能降低土壤容重、增大總孔隙率，是由于其本身具有多孔結(jié)構(gòu)和比表面積大的特征決定的[42]。生物炭能夠改善根系周?chē)寥赖奈锢硇誀睿纳谱魑锷L(zhǎng)環(huán)境[43]，從而提高根系周?chē)B(yǎng)分供應(yīng)水平，在玉米生育后期使根系保持較強(qiáng)生理功能和較高的活力，延緩衰老，保障地上部分光合產(chǎn)物的形成、積累與轉(zhuǎn)化，從而提高產(chǎn)量[44]。

蔣健等研究表明，土壤中施入生物炭能增加玉米根系的總根長(zhǎng)、根體積和根干重，并且能起到提高玉米根系總吸收面積的作用[44]。在玉米生育后期，生物炭可在一定程度上延緩根系的衰老，維持較為適宜的根冠比，從穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素方面提高產(chǎn)量。程效義等探究生物炭對(duì)玉米根系生長(zhǎng)、氮素吸收及產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，施用生物炭對(duì)玉米根系特征有顯著正效應(yīng)的影響，并且對(duì)籽粒氮素的積累和根系對(duì)氮素的吸收有促進(jìn)作用；增加玉米灌漿期的總根長(zhǎng)、根表面積等，從而提高玉米產(chǎn)量[45]。

3.2 生物炭對(duì)玉米莖稈生長(zhǎng)的影響

在玉米的營(yíng)養(yǎng)器官中，莖稈不僅可以作為疏導(dǎo)系統(tǒng)負(fù)責(zé)植株體內(nèi)水分、養(yǎng)分、光合產(chǎn)物的運(yùn)輸，還對(duì)玉米植株的生長(zhǎng)起到支柱性支撐作用，從而對(duì)產(chǎn)量的形成起到十分重要的作用。影響玉米莖稈特性的因素主要包括：莖稈形態(tài)特征和莖稈質(zhì)量性狀等相關(guān)指標(biāo)[46]。唐春雙等試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤中施加生物炭的玉米莖桿中鉀含量和干物質(zhì)量都高于未施加生物炭的玉米莖桿，并且能夠起到增大玉米莖粗，增強(qiáng)莖稈彈力和外皮穿刺力的功效。生物炭對(duì)玉米莖稈性狀、鉀含量及產(chǎn)量的影響均會(huì)隨施用量的增加而表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)[46]，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是生物炭改良了土壤性質(zhì)[47]，使植物對(duì)土壤中水溶性鉀的吸附性變強(qiáng)[48]；還有一種可能是生物炭本身的鉀含量較高，可以供給作物生長(zhǎng)發(fā)育。而將生物炭施入土壤中進(jìn)一步增加了土壤的含鉀量，對(duì)植物吸收鉀的能力產(chǎn)生了積極的影響[49]。

3.3 生物炭對(duì)玉米葉片生理指標(biāo)的影響

葉片是玉米產(chǎn)量形成的重要“源”器官，衡量作物光合能力的主要指標(biāo)則是葉綠素，葉片葉綠素含量增加有助于有效捕獲光能，提高光能利用率，且合理的葉面積指數(shù)也是玉米高產(chǎn)的基礎(chǔ)[50]。生物炭與化肥互作在作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，可同步保持較高的凈光合速率和蒸騰速率[51]。劉國(guó)玲等研究表明，大田試驗(yàn)中，生物炭有增加玉米葉面積指數(shù)和葉綠素含量的作用，在玉米生育后期維持了較高的葉綠素含量，增加了植株光合作用面積、延長(zhǎng)了光合作用時(shí)間，從而促進(jìn)干物質(zhì)的積累，為后期產(chǎn)量的形成奠定基礎(chǔ)[52]。張娜等研究表明，施用較多的生物炭會(huì)在生長(zhǎng)前期增加植株的葉面積指數(shù)，促進(jìn)光合速率的提高；但較低量的生物炭則在生長(zhǎng)后期更有利于葉片光合作用的進(jìn)行[21]。

3.4 生物炭對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)施用生物炭增加作物產(chǎn)量的報(bào)道逐漸增多，大量研究表明，生物炭對(duì)作物生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用。然而各學(xué)者在生物炭對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育方面影響的意見(jiàn)各不相同。張娜等采用大田試驗(yàn)研究生物炭對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響，認(rèn)為施用不同用量的生物炭均顯著提高夏玉米產(chǎn)量[53]。蔣健等研究表明，生物炭對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素也有不同程度的影響，高量施用生物炭對(duì)夏玉米穗粒數(shù)的發(fā)育有促進(jìn)作用，相反，低量施用則無(wú)明顯促進(jìn)作用。添加生物炭處理的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重均高于對(duì)照，這些指標(biāo)的提高是增產(chǎn)的主要原因，說(shuō)明施用適量的生物炭對(duì)提高玉米產(chǎn)量具有重要作用[44]。植株中鉀元素含量的多少對(duì)作物產(chǎn)量也有影響。生物炭本身富含鉀可供植物生長(zhǎng)發(fā)育所需，對(duì)作物增產(chǎn)也有正向的效應(yīng)[53]。常瑩等通過(guò)對(duì)不同鉀肥施用量對(duì)玉米抗倒性能及產(chǎn)量影響的研究發(fā)現(xiàn)，適量的鉀素可使玉米增產(chǎn)，但過(guò)量施入反而會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降[54]。

生物炭本身的理化性質(zhì)決定了其對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量都有一定的影響，但與此同時(shí)，土壤的理化性質(zhì)等也是產(chǎn)生影響的部分因素，因此，在今后的研究中仍需要進(jìn)一步深入探討如何高效利用生物炭達(dá)到作物增產(chǎn)增收的目的。

4 生物炭的應(yīng)用前景及展望

生物炭是最近幾年才出現(xiàn)在學(xué)者視野中的新興研究領(lǐng)域，雖然大部分試驗(yàn)證明生物炭有提高作物產(chǎn)量、改良土壤性狀的作用，但生物炭對(duì)土壤以及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響和發(fā)揮功能的根本機(jī)理至今仍無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，探究這些更深層次的機(jī)理需要通過(guò)今后開(kāi)展長(zhǎng)期的定位試驗(yàn)來(lái)解釋說(shuō)明。盡管針對(duì)生物炭原材料、性狀以及對(duì)土壤作用機(jī)理等方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究，但在世界范圍內(nèi)對(duì)生物炭的生產(chǎn)和使用還處于初級(jí)階段，對(duì)生物炭的生產(chǎn)、應(yīng)用還沒(méi)有成熟的理論指導(dǎo)，特別是針對(duì)生物炭理化性質(zhì)參數(shù)方面的研究。例如，當(dāng)前對(duì)于生物炭的哪些性狀對(duì)土壤及作物的哪方面影響最大等，還沒(méi)有非常確定的論據(jù)來(lái)證明，再加上不同類(lèi)型生物炭在生產(chǎn)上的應(yīng)用尚處于探索階段，導(dǎo)致其功效不能有效地發(fā)揮。目前，大多數(shù)研究都是針對(duì)單獨(dú)某一種類(lèi)型的生物炭進(jìn)行，缺乏對(duì)于不同原料生物炭的組合研究。生物炭的農(nóng)田施用及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等研究已獲得了一些初步成果，但是對(duì)于以熱裂解的方式生產(chǎn)生物炭的工藝、參數(shù)等方面研究還不夠深入；對(duì)生物炭與肥料復(fù)合后的增產(chǎn)效益改善等方面的研究也缺乏系統(tǒng)性；同時(shí)還缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)生物炭的碳固定以及碳減排方面的作用進(jìn)行支撐。在今后應(yīng)加強(qiáng)生物炭的施用對(duì)于土壤微生物、理化性質(zhì)、污染系統(tǒng)等整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的方面研究，特別是要加強(qiáng)生物炭在負(fù)面效應(yīng)方面的研究，為在生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣生物炭做好相關(guān)理論基礎(chǔ)的鋪墊，為生物炭在今后實(shí)際生產(chǎn)中的有效應(yīng)用提出更為全面的指導(dǎo)性建議。

[1] 陳溫福，張偉明，孟軍. 農(nóng)用生物炭研究進(jìn)展與前景[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（16）：3324-3333.

[2] 張偉明. 生物炭的理化性質(zhì)及其在作物生產(chǎn)上的應(yīng)用[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[3] Asai H, Samson B K, Stephan H M, et al. Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos1：Soil physical properties, leaf SPAD and grain yield[J]. Field Crop Research，2009，111: 81-84.

[4] 武玉，徐剛，呂迎春，等. 生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J]．地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（1）：68-79.

[5] 邱云霄，黃彩鳳，周垂帆. 生物碳性質(zhì)及對(duì)土壤物理性質(zhì)改良的研究[J]．民營(yíng)科技，2016（9）：75-76.

[6] Schmidt M W I，Noack A G．Black carbon in soils and sediments：Analysis distribution，implications，and current challenges [J]．Global Biogeochemical Cyeles，2000，14（3）：777-794．

[7] Titirici M M，Thomas A，Yu S，et al. Adirect synthesis of mesoporous carbons with bicontinuous poremorphology from crude plant material by hydrothermal carbonization [J]. Chemistry of Materials，2007，19：4205-4212．

[8] 陳溫福，張偉明，孟軍．生物炭與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究回顧與展望[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（5）：821-828．

[9] Sombroek WG. Biomass and carbon storage in the Amazon ecosystems [J]. Intersiencia, 1992, 17：269-272.

[10] Spokas K A, Koskinen W C, Baker J M, et al. Impacts of woodchip biochar additions on greenhouse gas production and sorption/degradation of two herbicides in a Minnesota soil[J]. Chemosphere，2009，77（4）：574-581.

[11] Glaser B，Haumaier L，Guggenberger G，et al. Black carbon in soils: the use of benzene carboxylic acids as specific markers[J]. Org Geo Chem，1998，29（4）：811-819.

[12] Novak J M，F(xiàn)rederick J R，Bauer P J，et al. Rebuilding organic carbon contents in coastal plain soils using conservation tillage systems[J]．Soil Science Society of America Journal，2009，73（2）：622-629.

[13] Huang C，Liu L J，Zhang M K. Effects of biochar on properties of red soil and ryegrass growth[J]. Journal of Zhejiang University（Agric & Life Sci），2011，37（4）： 439-445.

[14] Sombroek W，Ruivo M L，F(xiàn)earnside P M，et al. Amazonian Dark Earths as carbon stores and sinks. In: into soil microbial biomass estimated by 14C labeling[J]. Soil Biology and Biochemistry，2009，41（2）：210-219.

[15] Downie A，Crosky A，Munroe P. Physical properties of biochar[M]. London: Earthscan，2009.

[16] Verheijen F，Jeffery S，Bastos A C，et al．Biochar application to soils[C]∥Institute for Environment and Sustainability，Luxembourg，2010．

[17] Laird D A，F(xiàn)leming P，Davis D D，et al．Impact of biochar amendments on the quality of a typical midwestern agricultural soil[J]． Geoderma，2010，158（3）：443-449．

[18] Eastman C M．Soil physical characteristics of an aeric ochraqualf amended with biochar[D]．Columbus: The Ohio State University，2011．

[19] Verheijen F，Jeffery S，Bastos A C，et al．Biochar application to soils[C]// Institute for Environment and Sustainability，Luxem-bourg，2010．

[20] Devereux Ｒ C，Sturrock C J，Mooney S J．The effects of biochar on soil physical properties and winter wheat growth[J]．Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh，2012，103（1）：13 -18．

[21] 張娜. 生物炭對(duì)麥玉復(fù)種體系作物生長(zhǎng)及土壤理化性質(zhì)的影響[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015.

[22] Tryon E H．Effect of charcoal on certain physical，chemical，And biological properties of forest soils[J]．Ecological Monographs，1948，18（1）：81-115．

[23] 高敬堯，王宏燕，許毛毛，等．生物炭施入對(duì)農(nóng)田土壤及作物生長(zhǎng)影響的研究進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：10-15.

[24] Tryon E H．Effect of charcoal on certain physical，chemical，and biological properties of forest soils[ J]．Ecological Monographs，1948，18（1）：81-115．

[25] 謝祖彬，劉琦，許燕萍，等．生物炭研究進(jìn)展及其研究方向[J]．土壤，2011，43（6）：857-861．

[26] 袁金華，徐仁扣．稻殼制備的生物質(zhì)炭對(duì)紅壤和黃棕壤酸度的改良效果[J]．生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，26（5）：472-476．

[27] Uzoma K C，Inoue M，Andry H，et al．Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition[J].Soil Use and Management，2011，27（2）：205-212．

[28] Liang B，Lehmann J，Solomon D，et al．Black carbon increases cation exchange capacity in soils[J]. Soil Science Society of America Journal，2006，70（5）：1719-1730．

[29] Hall D J M，Jones H R，Crabtree W L，et al. Claying and deep ripping can increase crop yields and profits on water repel lent sands with marginal fetility ins out hern Western Australia[J]. Australian Journal of Soil Research，2010，48（2）：178-187.

[30] Van Z L，Kimber S，Morris S，et al. Influence of biochars on flux of N2O and CO2from Ferrosol[J]. Soil Research，2010，48（7）：555-568.

[31] Chintala Ｒ，Schumacher T E，Mc Donald L M，et al.Phosphorus sorption and availability from biochars and soil / biochar mixtures[J]. Clean Soil Air Water，2014，425：626-634．

[32] 何緒生，張樹(shù)清，余雕，等. 生物炭對(duì)土壤肥料的作用及未來(lái)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（15）：16- 25.

[33] Liang B，Lehmann J，Solomon D，et al. Black carbon increases cation exchange capacity in soils [J]. Soil Science Society of America Journal，2006，70：1719- 1730.

[34] 邱建軍，王立剛，李虎，等. 農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量對(duì)作物產(chǎn)量影響的模擬研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42（1）：154-161.

[35] Liang B，Lehmann J，Sohi S P，et al. Black carbon affects the cycling of non-black carbon in soil[J]. Org Geo Chem， 2010，41（2）：206-213.

[36] 張文玲，李桂花，高衛(wèi)東．生物炭對(duì)土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響[J]．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（17）：153-157.

[37] Glaser B，Lehmannn J，Zech W. Ameliorating physical andchemical properties of highly weathered soils in the tropics withcharcoal-a review[J]. Biology and Fertility of Soils，2002，35（4）：219-230.

[38] Steiner C，Das K C，Garcia M，et al. Charcoal and smoke extract stimulate the soil microbial community in a highly weathered xanthic Ferralsol[J]. Pedobiologia，2008，51：359-366

[39] Deenik J L，Mc Clellan A T，Uehara G. Biochar volatile matter content effects on plant growth and nitrogen and nitrogen transformations in a tropical soil[J]. Western Nutrient Management Conference. Salt Lake City，Utah，2009，8：26-31.

[40] 王春枝，葛海峰，姚剛，等. 鉀肥對(duì)春玉米氮、磷、鉀吸收動(dòng)態(tài)模型及養(yǎng)分生產(chǎn)效率影響的研究[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，21（增刊）：148-152 .

[41] 孔曉民，韓成衛(wèi)，曾蘇明，等. 不同耕作方式對(duì)土壤物理性狀及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué)，2014，22（1）：108-113 .

[42] Oguntunde P G，Abiodun B J，Ajayi A E，et al. Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J]. J Plant Nutr Soil Sci，2008，171（4）：591-596.

[43] Warnock D D，Lehmann J，Kuyper T W，et al. Mycorrhizal responses to biochar in soil-concepts and mechanisms[J]. Plant Soil，2007，300: 9-20.

[44] 蔣健，王宏偉，劉國(guó)玲，等. 生物炭對(duì)玉米根系特性及產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué)，2015，23（4）：62-66.

[45] 程效義，劉曉琳，孟軍，等. 生物炭對(duì)棕壤 NH3揮發(fā)、N2O 排放及氮肥利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（4）：801-807.

[46] 唐春雙，楊克軍，李佐同，等. 生物炭對(duì)玉米莖稈性狀及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料，2016（3）：93-98.

[47] 康日峰，張乃明，史靜，等．生物炭基肥料對(duì)小麥生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料，2014（6）：33-38．

[48] Steiner C．Soil charcoal amendments maintain soil fertility and establish a carbon sink-research and prospects [C]// Liu Tian-xiao. Soil Ecology Research Developments. Nova Science Publishers，2007.

[49] 程富麗，杜雄，劉夢(mèng)星，等．玉米倒伏及其對(duì)產(chǎn)量的影響[J]．玉米科學(xué)，2011，19（1）：105-108．

[50] 李瑞平，鄭金玉，羅洋，等. 不同密度對(duì)利民33光合特性和產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué)，2014，22（6）： 97-101.

[51] 張偉明，管學(xué)超，黃玉威，等. 生物炭與化學(xué)肥料互作的大豆生物學(xué)效應(yīng)[J]. 作物學(xué)報(bào)，2015，41（1）：109-122.

[52] 劉國(guó)玲，王宏偉，蔣健，等. 生物炭對(duì)鄭單958生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué)，2016，24（4）：105-109.

[53] 李文娟，何萍，金繼運(yùn)．鉀素營(yíng)養(yǎng)對(duì)玉米生育后期干物質(zhì)和養(yǎng)分積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[J]．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（4）：799-807．

[54] ?，?，閆偉平，孫寧，等．不同鉀肥施用量對(duì)玉米抗倒性能及產(chǎn)量的影響[J]．中國(guó)土壤與肥料，2014（5）：47-52．

責(zé)任編輯：宗淑萍

Research progress of the effects of biochar on physicochemical properties of soil and growth of maize

XIA Lu, ZHAO Rui, JIN Hai-yan, WANG Jin-long, ZANG Feng-yan, LI Zi-fang, WU Xi-dongCorresponding Author

（College of Agronomy Resource and Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

Porosity, high cation exchange capacity（CEC）and low bulk density are main features of biochar, and it has a positive effect on improvement of soil properties and crop growth. The characteristics of biochar was analyzed, the influence of biochar on soil properties and growth of maize was discussed and biochar application in the future was given in the paper. The huge potential of biochar in the agricultural fields was also illustrated. Our principal objective in this paper was to provide relevant references for the research about the impacts of biochar on soil properties and growth of maize .

biochar; soil; physicochemical properties; maize

S141；S513

A

1008-5394（2018）02-0064-06

10.19640/j.cnki.jtau.2018.02.016

2018-01-02

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFD0200808）

夏璐（1993-），女，碩士在讀，主要從事玉米栽培生理研究。E-mail：529097213@qq.com。

吳錫冬（1962-），男，教授，碩士，主要從事作物栽培與耕作學(xué)研究。E-mail: wuxidong@tjau.edu.cn。