生物質(zhì)炭施用對土壤水分影響的研究進(jìn)展

孫樹臣，趙 鑫，翟 勝，田曉飛，李建豹，朱 超，鄭云珠

（1.聊城大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，山東 聊城 252059；2.南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院， 南京 210023；3.聊城大學(xué) 人力資源處，山東 聊城 252059）

0 引 言

生物質(zhì)炭是在缺氧或厭氧條件下將有機(jī)物料（秸稈、樹干或枝條、糞便、生產(chǎn)和生活垃圾等）經(jīng)高溫裂解產(chǎn)生的一類富含碳素、穩(wěn)定性高、具有不同芳香化的固態(tài)顆粒物質(zhì)[1-3]。因其具有豐富的孔隙度、巨大的比表面積、豐富的表面官能團(tuán)及礦質(zhì)營養(yǎng)元素等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于土壤改良，可有效改善土壤理化性質(zhì)、凈化和吸收土壤污染物、減少溫室氣體排放，并能有效促進(jìn)植物營養(yǎng)吸收等[4-9]。生物質(zhì)炭的研究源于對巴西亞馬遜河流域黑土的認(rèn)識，之后利用各種有機(jī)物料制備生物質(zhì)炭并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)備受關(guān)注，特別是秸稈質(zhì)生物炭作為土壤改良劑、肥料緩釋載體及碳封存劑引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[10-12]。全球廢棄生物質(zhì)（包括初級農(nóng)林生產(chǎn)剩余物、農(nóng)林次級剩余物和生物利用及轉(zhuǎn)化廢棄物等）資源可達(dá)1 400 億t[10]，如果制備為生物質(zhì)炭不僅可促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，還可改善土壤肥力、提高水資源利用率和促進(jìn)農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)及高產(chǎn)的作用[9]。同時(shí)，生物質(zhì)炭平均維持時(shí)間為2 000 a，半衰期為1 400 a[12]，有利于碳封存和緩解溫室效應(yīng)。

土壤水分是影響植物生長發(fā)育、分布格局及演替的重要限制因子。當(dāng)前，全球氣候變暖及水資源短缺已經(jīng)對全球性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了重要影響。生物質(zhì)炭因其巨大的比表面積和豐富的孔隙度等特點(diǎn)在施入土壤后可有效改善土壤水分狀況，提高土壤保水能力，增加土壤有效水量[5,8,13]，有利于節(jié)水灌溉及提高水資源利用效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水資源及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。然而，因生物質(zhì)炭裂解溫度、種類、顆粒大小、添加量及所施入土壤的類型、質(zhì)地等的不同，不同學(xué)者關(guān)于生物質(zhì)炭對土壤水分的影響研究存在一定差異?；诖?，為深入理解生物質(zhì)炭對土壤水分的影響，本文系統(tǒng)回顧了生物質(zhì)炭對土壤水力學(xué)參數(shù)、土壤含水率、蒸散發(fā)及水分利用效率等方面的影響，并就生物質(zhì)炭與土壤水分之間的相互作用關(guān)系研究進(jìn)行了展望，以期為促進(jìn)生物質(zhì)炭與土壤水分的研究提供參考。

1 生物質(zhì)炭對土壤水力學(xué)參數(shù)的影響

土壤水力學(xué)參數(shù)綜合反映了土壤的孔隙狀況、導(dǎo)水性、入滲、持水性及供水能力等，受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)量等諸多因素的共同影響[14]。生物質(zhì)炭因其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積等，施入土壤后可有效改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤體積質(zhì)量、增加土壤孔隙度[15-17]；同時(shí)，生物質(zhì)炭可起到穩(wěn)定和提高土壤有機(jī)質(zhì)量的作用[1]，而有機(jī)質(zhì)又是土壤團(tuán)聚體形成的關(guān)鍵，進(jìn)一步對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而影響土壤水分運(yùn)移及再分配過程等[18]，進(jìn)而引起土壤水力學(xué)參數(shù)的變化。

1.1 生物質(zhì)炭對土壤水分常數(shù)的影響

土壤水分常數(shù)是表征土壤水形態(tài)和性質(zhì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的特征值，綜合反映了土壤的持水能力、土壤水的物理特性及對植物的有效性，受土壤孔隙狀況、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)及有機(jī)質(zhì)量等眾多因素的共同影響。大量研究表明，農(nóng)田土壤施入生物質(zhì)炭后可顯著增加土壤田間持水率、飽和含水率及土壤有效含水率等水分常數(shù)，且隨生物質(zhì)炭添加量的增加而升高，并能有效降低土壤凋萎系數(shù)[19-21]。Tryon 等[22]研究指出，添加生物質(zhì)炭使沙土的田間持水率增加且提高18%的有效水量，并使土壤萎焉系數(shù)降低。Karhu 等[5]在芬蘭南部的研究也發(fā)現(xiàn)，粉土田間持水率隨生物質(zhì)炭添加量的增加而增大。黃土高原3 種典型土壤塿土、黃綿土、風(fēng)沙土的田間持水率隨生物質(zhì)炭（蘋果樹枝和鋸末生物炭）添加量（2%、5%、10%）的增加而增大，且蘋果樹枝生物炭效果優(yōu)于鋸末生物炭，2 種生物炭均表現(xiàn)為對風(fēng)沙土的效果最佳[23]，在黑土[14]、潮土[15]及黃壤[24]的研究也得出類似的結(jié)果。生物質(zhì)炭對土壤水分常數(shù)的增加效應(yīng)一方面是由生物質(zhì)炭本身的性質(zhì)決定的。生物質(zhì)炭在炭化過程中形成的多孔結(jié)構(gòu)及巨大的比表面積為土壤水分提供了良好的存儲空間[6,25-26]，其本身具有較強(qiáng)的吸濕能力，比土壤有機(jī)質(zhì)高1～2 個(gè)數(shù)量級[2,27]；其次，生物質(zhì)炭含有豐富的有機(jī)質(zhì)及多種官能團(tuán)[16]，而土壤水分常數(shù)隨土壤有機(jī)質(zhì)量的增加而增加。另一方面是由于生物質(zhì)炭施入土壤后土壤體積質(zhì)量降低、孔隙度增加，其較高的含鹽量導(dǎo)致土壤對水分的吸持能力增強(qiáng)[15]；同時(shí)，生物質(zhì)炭還可以提高土壤微生物群落和土壤整體的吸附能力[28]，從而有利于提高土壤田間持水率、飽和含水率和有效水量并有效降低土壤萎焉系數(shù)[5-6,25,29]。

也有學(xué)者研究表明，生物質(zhì)炭對土壤水分常數(shù)的影響無明顯規(guī)律[30]或隨生物炭添加量的增加其影響效果減弱[2,31]，甚至出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)[32]。Dugan 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，土壤添加5、10 t/hm2的玉米秸稈生物炭時(shí)，田間持水率均有顯著增加，而在15 t/hm2條件下增加幅度卻又明顯下降。旱作黃綿土在生物質(zhì)炭施用量為40 t/hm2時(shí)土壤水分常數(shù)達(dá)到峰值，之后增加幅度下降，各水分常數(shù)趨于穩(wěn)定，但對土壤凋萎系數(shù)的影響不顯著[33]。魏彬萌等[26]通過研究生物質(zhì)炭添加對砒砂巖與沙復(fù)配土?xí)r指出，土壤田間持水率在生物質(zhì)炭施用量達(dá)到50 g/kg 時(shí)出現(xiàn)下降。砂質(zhì)土壤有效含水量隨生物炭施用量（0%、0.6%、1.8%、3.6%、5.4%）的增加呈降低趨勢，凋萎系數(shù)則呈增加趨勢[32]。因此，生物質(zhì)炭對土壤水分常數(shù)的改善可能只適用于粗糙質(zhì)地的土壤，或者具有大量孔隙的土壤，而對于黏質(zhì)土壤則表現(xiàn)出抑制作用[13,22]。造成以上差異的原因可能是由于生物質(zhì)炭本身的吸水能力是有限的，且生物質(zhì)炭大多含有疏水基團(tuán)[34]，當(dāng)生物質(zhì)炭添加量增加時(shí)，這種水分排斥作用就會更容易表現(xiàn)出來[17,31]。并且生物質(zhì)炭中大量的有機(jī)質(zhì)量也是導(dǎo)致其斥水性的主要原因[35-36]。此外，當(dāng)生物質(zhì)炭施用量較大時(shí)，其細(xì)顆粒會堵塞土壤毛管孔隙，從而導(dǎo)致土壤田間持水率、飽和含水率等水分常數(shù)隨生物質(zhì)炭添加量的增加而降低[37]。生物質(zhì)炭本身巨大的多孔結(jié)構(gòu)和比表面積及高鹽分特性，會導(dǎo)致其對土壤水分的吸持能力增強(qiáng)，作物無法吸收利用，也是使土壤有效水量降低及凋萎系數(shù)升高的重要原因[11,32]。

1.2 生物質(zhì)炭對土壤導(dǎo)水性能的影響

生物質(zhì)炭施入土壤后極大的改變了土壤的原有結(jié)構(gòu)，甚至?xí)纬商厥獾碾p層或多層土壤結(jié)構(gòu)[38]，從而使得土壤水分在土壤中的遷移及停留時(shí)間發(fā)生改變，進(jìn)而影響土壤水分的入滲、擴(kuò)散及導(dǎo)水率等[18]。

1.2.1 生物質(zhì)炭對土壤水分入滲及擴(kuò)散的影響

土壤水分入滲及擴(kuò)散綜合表征了土壤孔隙度狀況及導(dǎo)水性能，分別用土壤水分入滲率及擴(kuò)散率表示，對土壤水分運(yùn)動(dòng)具有重要影響。研究表明，生物質(zhì)炭可有效提高黏性土壤水分入滲能力，促進(jìn)水分下滲及擴(kuò)散[39-42]。黑土土壤水分入滲隨生物質(zhì)炭添加量的增加而逐漸升高，當(dāng)土壤含水率≤42%時(shí)，生物炭抑制土壤水分的擴(kuò)散；而當(dāng)土壤含水率＞42%時(shí)則促進(jìn)了土壤水分的擴(kuò)散[14,43]。塿土[44]和壤土[45]的累積入滲量及入滲速率隨生物質(zhì)炭添加量的增加不斷增加；且不同粒徑生物質(zhì)炭對塿土入滲的影響存在較大差異，在低添加量條件下對塿土入滲影響不明顯[44]。而高海英等[2]研究則指出，隨生物質(zhì)炭施入量的增加塿土水分入滲率逐漸降低。因此，生物質(zhì)炭的不同施用方式及施用量均會對塿土的入滲過程及累積入滲量產(chǎn)生較大影響[46]。

在輕質(zhì)土壤中添加生物質(zhì)炭后土壤水分入滲受到抑制，且生物質(zhì)炭添加量越高，抑制作用越明顯[2,39,47]。黃綿土隨生物質(zhì)炭添加量的增加入滲能力明顯降低，小粒徑抑制作用顯著大于大粒徑，且對黃綿土入滲的抑制效果弱于黑壚土[8,48]。肖茜等[49]在黃土區(qū)的研究也表明，隨生物質(zhì)炭添加量的增加風(fēng)沙土及黑壚土的濕潤鋒移動(dòng)速度及累積入滲量均呈降低趨勢，在砂土[45]、淡灰鈣土[50]及砂壤土[51]中亦得出相似的結(jié)論。并且隨著入滲時(shí)間的延長及生物質(zhì)炭添加量（10、20、40、60 g/kg）的增加沙壤土的擴(kuò)散率呈降低趨勢，與對照相比分別減少45.00%、79.11%、80.56%和83.33%[51]。

生物質(zhì)炭與土壤共同作用的結(jié)果是產(chǎn)生以上差異的主要原因。黏質(zhì)土壤添加生物質(zhì)炭后可增加土壤的通透性，使土壤孔隙增多，從而促進(jìn)黏質(zhì)土壤水分入滲及擴(kuò)散[13,17,39]。而質(zhì)地較輕土壤一方面因其本身含有較多的孔隙，施加生物質(zhì)炭后導(dǎo)致土壤通透性降低，甚至堵塞土壤孔隙[2,37]；另一方面生物質(zhì)炭表面含有豐富的高密度負(fù)電荷，有助于形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物和團(tuán)聚體，增加土壤黏粒量，降低輕質(zhì)土壤孔隙度[23]，從而導(dǎo)致輕質(zhì)土壤入滲及擴(kuò)散的減小。

1.2.2 生物質(zhì)炭對土壤導(dǎo)水率的影響

生物質(zhì)炭對土壤導(dǎo)水率的影響因生物質(zhì)炭種類、添加量、土壤質(zhì)地等而異，黏質(zhì)土壤中施用生物質(zhì)炭后可有效提高土壤孔隙度，增加通氣孔隙，從而促進(jìn)土壤導(dǎo)水率的升高。Asai 等[42]研究表明，生物質(zhì)炭對0～5 cm水稻田土壤飽和導(dǎo)水率具有明顯提高作用，在16 t/hm2添加量下增加效果最明顯，但對土壤飽和導(dǎo)水率的影響效果在不同土質(zhì)條件下差異較大。生物質(zhì)炭添加可提高黑土土壤飽和導(dǎo)水率的14.3%～52.4%[43]，黑土的非飽和導(dǎo)水率亦表現(xiàn)出增加趨勢[14,52]，但在土壤含水率＜30%條件下，隨土壤含水率的增加非飽和導(dǎo)水率增加緩慢，而在土壤含水率＞30%時(shí)，非飽和導(dǎo)水率增加迅速[14]。Lim 等[21]通過開展4 種生物質(zhì)炭（硬木粒、硬木片、燕麥殼、木屑）對4 種質(zhì)地土壤（粗砂土、細(xì)砂土、壤土和黏土）飽和導(dǎo)水率的研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭添加可提高壤土和黏質(zhì)土的導(dǎo)水率，卻抑制了沙質(zhì)土的導(dǎo)水率，且隨生物質(zhì)炭添加量的增加抑制效果越明顯[30,47]。主要是由于砂質(zhì)土壤本身含有較高的孔隙度，添加生物質(zhì)炭后反而堵塞了原有的土壤孔隙，導(dǎo)致土壤導(dǎo)水性能下降[2,23,37]。此外，還有研究指出，生物質(zhì)炭對土壤飽和導(dǎo)水率的影響只有在一定施用量（土壤干質(zhì)量的1.6%～6%）條件下才會起作用，而在低添加量（0.1%～0.8%）條件下效果不明顯[15,53]。

1.3 生物質(zhì)炭對土壤水分特征曲線的影響

土壤水分特征曲線是反映土壤水能態(tài)和土壤含水率關(guān)系的基本水力參數(shù)，也是推求其它土壤水力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)[24]，凡是對土壤孔隙狀況及水分特性產(chǎn)生影響的因素均會對土壤水分特征曲線產(chǎn)生影響。生物質(zhì)炭因其特殊的孔性結(jié)構(gòu)施入土壤后對土壤孔性、結(jié)構(gòu)等均會產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而對土壤水分特征曲線產(chǎn)生影響，但其對土壤水分特征曲線的影響在不同水吸力下表現(xiàn)出較大差異。研究表明，較高的生物質(zhì)炭（2%）可提高基質(zhì)勢在-100 kPa 和-500 kPa 條件下的土壤含水率，但對-33 kPa 和-1 500 kPa 基質(zhì)勢條件下含水率則無明顯作用且對土壤滲透系數(shù)改變不明顯，在低吸力下對土壤給水度幾乎沒有影響[6,54]。而Brockhoff 等[55-56]研究則指出，生物質(zhì)炭使較高土壤水勢下的含水率高于空白，即使作物長期受水分脅迫，生物質(zhì)炭也能增加土壤的持水能力。高海英等[2]和吳維等[24]的研究也表明，在低吸力下土壤含水率與生物質(zhì)炭添加量正相關(guān)，在高吸力段土壤含水率與生物炭添加量負(fù)相關(guān)；這一結(jié)果與王竹等[57]在黃棕壤中的研究結(jié)果相反。生物質(zhì)炭對黑土土壤水分特征曲線各參數(shù)均會產(chǎn)生不同程度的影響，在各吸力段內(nèi)黑土持水能力均隨生物質(zhì)炭的添加呈上升趨勢，其影響程度還受地形坡度的制約[14,51]。而王睿垠等[52]的研究則指出生物質(zhì)炭對黑土持水能力的增加主要是＞2 200 cm吸力范圍。

2 生物質(zhì)炭對土壤含水率的影響

土壤水分是影響土壤肥力的重要組成部分，同時(shí)也是土壤內(nèi)部生物、化學(xué)及物理過程不可缺少的重要介質(zhì)。生物質(zhì)炭添加可顯著影響土壤含水率，但其影響程度會受到生物質(zhì)炭施加量、類型、制備工藝及土壤自身結(jié)構(gòu)等的共同影響。生物質(zhì)炭本身的多孔特性使其具有一定的吸水能力[2,13,27,31]，添加到土壤后可降低土壤體積質(zhì)量，增加對土壤水分的固持能力[21,58]和土壤孔隙度，且添加量越多對土壤孔隙及土壤含水率的增加越明顯[28,59-61]。Oguntunde 等[29]研究表明，向土壤中添加生物質(zhì)炭可提高5%左右的土壤孔隙度，孔隙度的增大提高了土壤的通氣透水性和比表面積，且生物質(zhì)炭對黏質(zhì)土壤體積質(zhì)量的微小變化會在很大程度上制約土壤液相與氣相孔隙的平衡[62]，從而導(dǎo)致土壤含水率上升。同時(shí)，生物質(zhì)炭添加還可促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成及穩(wěn)定性，進(jìn)而提高土壤含水率[15]，而對砂性土壤的影響則不顯著[63]。然而也有研究指出，生物質(zhì)炭對土壤含水率的促進(jìn)作用是有限度的，一定范圍內(nèi)土壤含水率隨生物質(zhì)炭添加量的增加而升高，超過一定量后土壤含水率又會下降[2]。其原因可能是由于在高添加量條件下，生物質(zhì)炭的斥水性表現(xiàn)明顯，從而導(dǎo)致土壤含水率在高添加量下降低[19]。

生物質(zhì)炭對土壤含水率的影響還受到生物質(zhì)炭原料、制備工藝及土壤類型等的影響。吳愉萍等[64]通過對比分析7 種生物質(zhì)炭材料（黃秋葵秸稈炭、茭白秸稈炭、水稻秸稈炭、廢棄食用菌基質(zhì)炭、無花果秸稈炭、豬糞炭和稻殼炭）及4 種添加量（0.5%、1%、2%和5%）對土壤水分的影響發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭均能顯著提高土壤含水率，2%下效果最佳，其中又以水稻秸稈效果最明顯。Herath 等[59]、單瑞峰等[65]和Shafíe等[66]研究表明，同種生物質(zhì)炭材料下土壤含水率隨裂解溫度的升高而增加，其原因是由于隨裂解溫度的升高其平均孔徑及表面積均增大[65]。不同土壤類型條件下的研究表明，生物質(zhì)炭對黑壚土土壤含水率的提高作用優(yōu)于黃綿土[48]，黃棕壤含水率隨煙桿生物質(zhì)炭施用量（0%、1%、4%、7%、11%）的增加逐漸升高，赤紅壤、水稻土及紫色土則呈先升高后降低的趨勢變化，而黃紅壤則表現(xiàn)出降低的趨勢[67]。此外，田間管理方式及生物質(zhì)炭粒徑大小的不同也會使生物質(zhì)炭對土壤含水率的影響產(chǎn)生較大差異[68-69]。

3 生物質(zhì)炭對土壤水分蒸發(fā)的影響

蒸發(fā)是土壤水分損失的重要途徑之一，有效抑制土壤無效水分蒸發(fā)對提高土壤水分利用效率具有重要意義。農(nóng)田土壤施入生物質(zhì)炭后，受耕作措施、土壤環(huán)境及生物質(zhì)炭本身特性等的共同影響，對土壤水分的蒸發(fā)表現(xiàn)出雙重效應(yīng)。一些學(xué)者研究認(rèn)為，農(nóng)田土壤施入生物質(zhì)炭后，有利于抑制土壤水分蒸發(fā)[1,3,5,15]。其原因可能是由于生物質(zhì)炭可促進(jìn)土壤鹽分的增加，并有利于土壤團(tuán)聚體的形成，增強(qiáng)對土壤水分的吸持能力，降低土壤水分蒸發(fā)；另一方面是由于當(dāng)生物炭添加量較小時(shí)，對土壤孔隙及顏色的影響較小，抑制了土壤水分的蒸發(fā)[15]。如邢英等[70]通過室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)探討4 種杉樹木屑生物質(zhì)炭添加量（1%、2%、4%、10%）對黃壤蒸發(fā)的影響指出，4 種生物質(zhì)炭處理分別使黃壤蒸發(fā)減少0.01%、0.02%、0.03%、14%，10%處理?xiàng)l件下對土壤蒸發(fā)的抑制效果最佳。潮土蒸發(fā)量隨生物質(zhì)炭添加量（0%、0.5%、1%、3%、6%）的增加逐漸降低，在6%添加量條件下對土壤水分蒸發(fā)的抑制效果最佳[15]。而在沙化土壤的研究則表明，隨生物質(zhì)炭濃度（0%、2%、4%、6%、8%）的增加，除2%處理促進(jìn)土壤蒸發(fā)外，其余各處理均降低土壤蒸發(fā)，且隨生物質(zhì)炭添加量的增加對土壤蒸發(fā)的抑制效果增強(qiáng)[71]。

然而也有學(xué)者認(rèn)為，生物質(zhì)炭因其顏色深，施入農(nóng)田土壤后，土壤吸熱能力增強(qiáng)，特別是高添加量有利于土壤溫度的快速升高，從而促進(jìn)土壤水分蒸發(fā)[7]，且不同質(zhì)地土壤蒸發(fā)對生物質(zhì)炭添加后的響應(yīng)也存在較大差異。黏質(zhì)土壤中添加5%的生物質(zhì)炭可有效抑制土壤蒸發(fā)，而高添加量則促進(jìn)土壤蒸發(fā)[69]。黑壚土、黃綿土和風(fēng)沙土中分別添加不同比例（0%、0.5%、1%、2%、3%、5%）的玉米秸稈生物質(zhì)炭30 d 后，促進(jìn)了不同時(shí)期黃綿土和黑壚土的累積蒸發(fā)量，但與對照相比差異不顯著；但卻顯著抑制風(fēng)沙土前20 d的土壤蒸發(fā)，而20 d 后則表現(xiàn)出促進(jìn)作用[49]。此外，不同生物質(zhì)炭施用方式及施用量亦會對塿土蒸發(fā)產(chǎn)生影響，既有促進(jìn)也有抑制，但與對照相比均未達(dá)到顯著水平[46]。

4 生物質(zhì)炭對水分利用效率的影響

農(nóng)田土壤施入生物質(zhì)炭后可顯著提高土壤的水分利用效率，但這種提高是有限度的，當(dāng)生物質(zhì)炭超過一定量后又表現(xiàn)出下降趨勢[1,13,47]。沙地土壤水分利用效率隨生物質(zhì)炭添加量（10、15、20 t/hm2）的增加分別比對照提高6%、139%、91%，這種提高主要是源于生物質(zhì)炭明顯減少了土壤水分的滲漏損失[47]。重壤土隨小麥秸稈生物質(zhì)炭添加量（0、20、30、40、50、60 t/hm2）的增加，冬小麥耗水量逐漸減小，水分利用效率呈先增加后降低的趨勢變化，40 t/hm2處理下冬小麥農(nóng)田土壤水分利用效率最佳[73]。沖積型鹽化潮土條件下玉米農(nóng)田土壤耗水量隨生物質(zhì)炭添加量（1.8、3.6、7.2 t/hm2）的增加顯著降低，水分利用效率呈先增加后降低的趨勢，低添加量條件下水分利用效率最佳，且生物質(zhì)炭施用年限亦對水分利用效率有明顯影響[72]。此外，生物質(zhì)炭添加對水分利用效率的影響還受到田間管理措施的影響，如馬鈴薯水分利用效率隨生物質(zhì)炭添加量的增加不斷升高，但起壟覆膜下增幅普遍高于露地平種[68]。

5 討論與展望

國內(nèi)外學(xué)者圍繞生物質(zhì)炭對土壤水力學(xué)參數(shù)、土壤含水率、蒸散發(fā)及水分利用效率等方面開展了大量卓有成效的研究。然而，因原料及制備工藝的不同導(dǎo)致生物質(zhì)炭特性存在較大差異，由此導(dǎo)致不同生物質(zhì)炭及添加量在施入不同的土壤類型、質(zhì)地結(jié)構(gòu)及植被類型后對上述土壤水分狀況的影響也就存在較大差異。加之田間管理方式的不同進(jìn)一步加劇了生物質(zhì)炭對上述土壤水分狀況影響的復(fù)雜性，特別是生物質(zhì)炭添加后，在田間管理措施的影響下容易形成特殊的雙層甚至多層土壤結(jié)構(gòu)，而層狀土壤水分的運(yùn)動(dòng)明顯不同于均質(zhì)土壤[38]，從而使得生物質(zhì)炭還田后的土壤水分運(yùn)動(dòng)更加復(fù)雜[46]。

基于此，為深入理解生物質(zhì)炭對土壤水分的影響及推進(jìn)生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣，本文在綜述生物質(zhì)炭施用對土壤水分影響研究的基礎(chǔ)上，提出生物質(zhì)炭與土壤水分相互作用關(guān)系的未來研究應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面：①不同土壤類型及植被條件下適宜生物質(zhì)炭種類及添加量的研究。當(dāng)前，生物質(zhì)炭的制備工藝（原料、裂解溫度等）復(fù)雜多樣導(dǎo)致生產(chǎn)出的生物質(zhì)炭性質(zhì)差別較大，其在施入土壤后因添加量、土壤類型及田間管理措施等的共同影響下，對土壤水分狀況的影響也就存在較大差異。因此，在不同土壤及植被類型條件下如何選擇最適的生物質(zhì)炭類型、施用量及施用方式以達(dá)到改善土壤水分并提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)的最佳效果仍是當(dāng)前亟需解決的問題。②生物質(zhì)炭在高效節(jié)水農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究。當(dāng)前，全球氣候變暖及水資源短缺已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因素，如何提高水資源利用效率進(jìn)而發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的重要問題。生物質(zhì)炭作為新興的土壤改良劑，在提高土壤肥力、節(jié)約水資源及促進(jìn)作物生長和提高產(chǎn)量等方面發(fā)揮著重要作用。然而，當(dāng)前關(guān)于生物質(zhì)炭與高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的相關(guān)研究報(bào)道較少，未充分考慮節(jié)水灌溉條件下生物質(zhì)炭對土壤水分狀況及作物生長和產(chǎn)量的影響。加強(qiáng)生物質(zhì)炭在高效節(jié)水農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究有利于節(jié)約利用水資源并實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。③生物質(zhì)炭還田后的長期生態(tài)水文效應(yīng)研究。生物質(zhì)炭還田后，在田間管理措施影響下，必將會和土壤之間相互作用，從而對生物質(zhì)炭本身及土壤狀況產(chǎn)生影響。而當(dāng)前對生物質(zhì)炭添加后的生態(tài)水文效應(yīng)研究期限相對較短，不足以說明生物質(zhì)炭對土壤水環(huán)境狀況的長期影響，特別是生物質(zhì)炭添加后短期內(nèi)的有利或不利影響可能被放大或縮小。因此，加強(qiáng)生物質(zhì)炭還田后的長期生態(tài)水文效應(yīng)研究，特別是長期定位研究，對于深入認(rèn)識和理解生物質(zhì)炭對土壤水分的影響具有重要的理論意義，并且可為生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。④生物質(zhì)炭在干旱半干旱地區(qū)特別是生態(tài)脆弱區(qū)的應(yīng)用研究。生物質(zhì)炭添加后可有效提高土壤水分狀況及水分利用效率，而水資源短缺又是影響干旱半干旱區(qū)及生態(tài)脆弱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要限制因素。為此，加強(qiáng)生物質(zhì)炭在干旱半干旱區(qū)特別是生態(tài)脆弱區(qū)的應(yīng)用研究，對于改善區(qū)域土壤水分狀況及提高水分利用效率進(jìn)而達(dá)到植被恢復(fù)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要的理論和實(shí)踐意義。