生物炭施入對鹽堿土壤影響的研究現(xiàn)狀

王麗娜，楊 瑛，杜 蘇

（1塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2自治區(qū)教育廳普通高等學(xué)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

土地退化是當(dāng)今世界關(guān)注的一個(gè)主要問題，而維持土地肥力更是一個(gè)重要問題，這也是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的一個(gè)主要制約因素。根據(jù)UNESCO（聯(lián)合國教科文組織）和FAO（聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織）的相關(guān)資料顯示：世界總鹽漬土面積達(dá)9.5438×108hm2[1]。鹽漬土作為一種十分常見的土壤類型分布于世界各地，它是各種鹽堿化以及受鹽堿作用影響的鹽堿土類型總稱。目前，全球范圍內(nèi)鹽堿地正以每年1.0×106～1.5×106hm2速度增長[2]。土壤鹽堿化對世界各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，其影響正在不斷的增加[3]。對于人口基數(shù)大的中國，糧食安全是世界五分之一以上人口生計(jì)和福祉的基礎(chǔ)。土壤的退化對土壤的生產(chǎn)能力產(chǎn)生了巨大的負(fù)面影響，如果土壤繼續(xù)以目前的速度退化，到2050年，糧食作物的生產(chǎn)力可能會下降30%[4]。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鹽漬土質(zhì)量與面積變動的速度越來越快，這與人類活動有著脫不開的關(guān)系，諸如：過量使用化肥、過度放牧、不當(dāng)?shù)墓喔纫约斑^度砍伐等導(dǎo)致土壤逐漸退化，即便是優(yōu)良耕地也因日積月累的傷害變成次生鹽漬化土壤。高鹽濃度對土壤微生物活性以及土壤化學(xué)和物理性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響，從而導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降；鹽毒性和有害滲透勢導(dǎo)致植被生長下降，導(dǎo)致土壤的碳含量減少，其物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步惡化[5]。鹽堿土作為后備土壤資源，如果可以合理利用加以改良，緩解土壤退化以及提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力就顯得非常必要。

生物炭作為一種有機(jī)土壤改良劑，可提供良好的解決方案，因?yàn)樗哂卸嘀匾嫣?，研究已?jīng)證明生物炭在土壤中的潛在作用是增加土壤孔隙率，降低容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)團(tuán)聚體，提高保水能力以及土壤養(yǎng)分含量[6-7]。

1 鹽堿土壤對農(nóng)業(yè)的危害

受鹽影響的土壤是指剖面中含有高濃度溶解礦物鹽的土壤，這些溶解鹽會對作物產(chǎn)生不利影響，這些鹽主要由鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)和鈉(Na+)的碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽和碳酸氫鹽組成[8]。土壤鹽堿化是淺層地下水位不斷上升加上排水不良造成，高蒸發(fā)率也導(dǎo)致鹽堿化，且土壤鹽漬化會對農(nóng)業(yè)造成極大危害呢。

1.1 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的危害

當(dāng)鹽堿濃度過高，惡化了土壤的理化性質(zhì)，使土壤肥力不協(xié)調(diào)影響種子的發(fā)芽出苗及生長發(fā)育，鹽量過高時(shí)，產(chǎn)生離子毒害，大量非營養(yǎng)離子進(jìn)入植物體內(nèi)，作物營養(yǎng)失調(diào)，對土壤中有效養(yǎng)分產(chǎn)生抑制，導(dǎo)致作物生長不良，甚至枯死。

1.2 對農(nóng)業(yè)工程的危害

鹽分能改變土壤流限和塑限，在土壤水分發(fā)生變化時(shí)，能使道路和建筑物發(fā)生變形。硫酸鹽能產(chǎn)生膨脹，使土壤密實(shí)度降低，對道路、渠堤、壩體、房屋和其他建筑有很大的破壞性。

1.3 對環(huán)境造成污染

使河流湖泊礦化度升高，水質(zhì)惡化由地下水系統(tǒng)排入農(nóng)田等。大風(fēng)刮起地面含鹽土壤，形成鹽塵，降落在植物體上，影響光合作用及吸收養(yǎng)分，降落在耕地上，增加了土壤含鹽量，食用受鹽塵污染的牧草作物，對動物和人群的健康會產(chǎn)生危害。

2 生物炭的定義和主要理化特性

歐洲生物炭基金會(EBC)將生物炭定義為“富含芳香族碳和礦物質(zhì)的異質(zhì)物質(zhì)，通過在控制條件下用清潔技術(shù)對可持續(xù)獲得的生物質(zhì)進(jìn)行熱解制得，可用于任何不涉及快速礦化成CO2的應(yīng)用，并可能最終成為土壤改良劑”[9]。

生物炭是生物質(zhì)熱解的固體產(chǎn)物。木炭是由木質(zhì)原料制成的，已經(jīng)被制造和利用了幾千年，木炭是最常見和最廣為人知的生物炭類型，但所有生物材料都可以轉(zhuǎn)化為生物炭。熱解是燃料在高溫下的熱化學(xué)分解，不添加外部氧氣，這個(gè)過程始于生物質(zhì)的干燥。顆粒被進(jìn)一步加熱，揮發(fā)性物質(zhì)從固體中釋放出來。生物質(zhì)炭生產(chǎn)可以得到3種產(chǎn)品：永久性氣體、一種或多種液相（水和焦油）和固體殘留物[10-11]。生物質(zhì)的熱解炭化就得到了生物質(zhì)—炭的轉(zhuǎn)變，形成了多微孔的碳骨架。

生物炭中含有大量植物所需營養(yǎng)元素，主要有C、O、H、N、P、K、Ca、Mg等元素[12-13]，是生物炭的重要特性及功效發(fā)揮的“源泉”，為土壤提供一定外源，促進(jìn)植物生長。生物炭的酸堿度是農(nóng)業(yè)應(yīng)用（如土壤改良）的重要特性，研究發(fā)現(xiàn)，由于物料種類、炭化工藝、制備溫度及制備技術(shù)等不同，生物炭范圍在pH 3 ～13[12-14]。在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，可通過炭化工藝調(diào)控、改性等技術(shù)方法獲得一定酸堿范圍的生物炭材料。由于碳化過程中逸出的揮發(fā)性氣體，孔隙率發(fā)生了變化，產(chǎn)生了多微孔結(jié)構(gòu)，生物質(zhì)的總表面積也發(fā)生了變化[15]。豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積可以改善土壤的容重和孔隙結(jié)構(gòu)，以提高土壤的通氣性[16]。陽離子交換容量(CEC)是材料能夠容納的可交換陽離子（如Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+）的數(shù)量。它是表面負(fù)電荷吸引陽離子的結(jié)果，用于描述土壤的肥力，因?yàn)橹参锖臀⑸镂震B(yǎng)分幾乎都以離子形式吸收，因此，陽離子交換容量直接取決于表面結(jié)構(gòu)（官能團(tuán)提供表面電荷）和表面積，從而使表面電荷易于獲得，作為土壤改良劑，土壤的總陽離子交換能力增加，進(jìn)而就改良了土壤[17]。生物炭還有較高的穩(wěn)定性，生物炭含有較高的C，具有穩(wěn)定的芳香族碳結(jié)構(gòu)，使其具有較高穩(wěn)定性[18]。生物炭極其豐富的多微孔結(jié)構(gòu)、大比表面積，使生物炭具有強(qiáng)吸附力，可作為吸附劑、載體廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)（圖1）。

圖1 生物炭特性（中間圈）及作用影響（外圈）

生物炭在近年來成為研究熱點(diǎn)，它在固碳減排、改良土壤等多個(gè)方面可以發(fā)揮重要意義，生物炭的利用使秸稈資源充分得到了利用，避免了環(huán)境污染，增加了農(nóng)民的收入，這是建立節(jié)約型社會的有效措施，同時(shí)也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

3 生物炭對鹽堿地的綜合應(yīng)用效果

生物炭對土壤質(zhì)量和養(yǎng)分循環(huán)具有廣泛的積極作用，在農(nóng)業(yè)用地上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。生物炭對鹽堿土理化性質(zhì)的改良主要體現(xiàn)在對土壤容重、水分、孔隙、土壤團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分等方面的影響[19]，同時(shí)具有固碳、保肥、儲存養(yǎng)分、促進(jìn)種子的萌發(fā)和幫助植物生長發(fā)育、提高植物出苗率和促進(jìn)幼苗生長等作用[20]，使用生物炭作為土壤改良劑是一種很有前途的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，可以減少氮的損失，實(shí)現(xiàn)更有效的氮肥使用，同時(shí)促進(jìn)土壤有機(jī)碳在土壤中的積累[21]，土壤的健康對于受到氣候變化、土壤退化、受威脅的植物和全球糧食生產(chǎn)至關(guān)重要且不可替代。因此應(yīng)用生物炭改善土壤健康和提高作物產(chǎn)量的研究因其多重益處而迅速增加。近幾年來，研究學(xué)者對生物炭改良鹽堿地的研究成效（表1）。

表1 生物炭對鹽堿土壤改良效果

4 生物炭對鹽堿土壤的改良影響

4.1 生物炭對鹽堿土壤物理性質(zhì)的影響

土壤的物理特性是由土壤的容重、孔隙度、土壤團(tuán)聚體、土壤持水力特性等因素為主體構(gòu)成，而鹽堿土壤受到鹽堿化以及鹽堿作用導(dǎo)致鈉飽和粘土分散[30]，這破壞了土壤結(jié)構(gòu)，使土壤土粒分散，濕時(shí)泥濘透氣透水性差，孔隙度低，干時(shí)緊實(shí)板結(jié)耕性極差，這嚴(yán)重影響作物的生長發(fā)育。

通過研究表明，生物炭具有質(zhì)量輕密度小、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積，因此生物炭可有效的降低鹽堿土壤的容重，增加土壤的孔隙度，提高土壤團(tuán)聚體，提高水分入滲速率和保水性能[31-32]，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，一定量的生物炭投入鹽堿土壤后可以提高土壤的持水能力。孫梟沁等[33]研究的試驗(yàn)鹽漬土容重大，而生物質(zhì)炭容重較小、質(zhì)地疏松，加入生物質(zhì)炭可以改善土壤的松緊程度，具體為施加5%生物質(zhì)炭顯著降低鹽漬土土壤容重，增加土壤總孔隙度和大孔隙度，且生物質(zhì)炭的施加促進(jìn)了土壤顆粒團(tuán)聚過程，有利于團(tuán)聚體內(nèi)部和團(tuán)聚體之間多級孔隙的形成。勾芒芒等[34]發(fā)現(xiàn)0 ～20 cm土層土壤含水率隨生物炭用量增加而增加，生物炭施入土壤中可以增大土壤孔隙度，有利于增加土壤含水率，因?yàn)樯锾烤哂休^大比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，具有親水性、吸附力大等特點(diǎn)，可以使土壤保持更多水分。魏永霞等[35]在東北黑土區(qū)施加生物炭(75 t/hm2)可有效提高土壤含水率，土壤含水率增長率隨生物炭施用年限的增加而減小，表明生物炭可明顯提高土壤入滲能力，增加土壤累積入滲量和入滲速率。張進(jìn)紅等[25]添加生物炭后土壤容重顯著降低，低量生物炭處理顯著提高了鹽漬化土壤大于0.25 mm團(tuán)聚體的含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性，水溶性鹽總量降低了。雖然生物炭提高了土壤的持水力，但生物炭具有疏水性質(zhì)，隨著生物炭用量的加大，改良土壤的效果反而不如低量生物炭的使用效果[23,25,31]，這使碳資源造成浪費(fèi)，所以應(yīng)研究出合適炭比例來進(jìn)行當(dāng)?shù)馗牧肌?/p>

4.2 生物炭對鹽堿土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

衡量鹽堿土壤的鹽堿程度有pH（酸堿度）、EC（電導(dǎo)率）、ESP（土壤堿化度）等，鹽堿土壤中存在著大量的堿性鹽類物質(zhì)，在環(huán)境中容易發(fā)生鹽堿化，在堿化過程中鹽離子進(jìn)入土壤中容易與土壤中物質(zhì)相結(jié)合形成復(fù)合體并與土壤中存在大量的游離的HCO3-、OH-離子反應(yīng)，最終導(dǎo)致土壤呈堿性[36]。

由于生物炭的堿性特征嚴(yán)重制約了對鹽堿土壤pH的降低，這讓生物炭在鹽堿土壤的應(yīng)用產(chǎn)生爭議[22]，但通過科研人員的不斷研究，生物炭的加入，鹽堿土壤的pH有效顯著降低，但隨著生物炭量的增加鹽堿土壤pH降低的幅度逐漸減小，其中土壤的高pH在改良中通過淋洗可以降低[37]，添加生物炭增加土壤水分的有效性也會導(dǎo)致土壤溶液中鹽的稀釋，從而降低滲透脅迫[38]。添加生物炭對土壤pH的影響很小因?yàn)橛袡C(jī)酸從根部滲[39]，pH降低的另一個(gè)可能解釋是生物炭的高CEC，這促進(jìn)了陽離子的吸收，導(dǎo)致H釋放以補(bǔ)償電荷平衡[27]。Zhao等[40]研究發(fā)現(xiàn)玉米稻草生物炭提高了玉米的交換能力(CEC)、有機(jī)物和營養(yǎng)成分。

土壤可溶性鹽是鹽堿土壤的一個(gè)重要屬性，以可溶性的氯化物和硫酸鹽為主?？扇苄喳}一般包括全鹽量、陰離子（CI-、SO42-、CO32-、HCO3-、NO3-等）和陽離子(Na+、K+、Ca2+、Mg+)，并常以離子組成作為鹽堿土分類和利用改良的依據(jù)。Zheng等[27]發(fā)現(xiàn)在沒有種植植物的情況下，兩種鹽生植物的生物炭處理的鹽堿土壤EC值降低了，并且在與非根際土壤相比，根際土壤的EC值顯著降低，表明生物炭誘導(dǎo)的根系生長在緩解根區(qū)周圍的鹽脅迫并最終為根系發(fā)育提供更有利的棲息地方面起著重要作用。

土壤的堿化度是用Na+的飽和度來表示，降低土壤膠體上吸附的交換性Na+含量就降低了堿化度。生物炭的比表面積、強(qiáng)吸附、陽離子交換性強(qiáng)等特性與有機(jī)肥共同施用可以改良鹽堿土壤，王世斌等[31]發(fā)現(xiàn)，生物炭10 t/hm2處理脫鹽效果更好，表現(xiàn)為降低Na+含量，增加Ca2+、Mg2+含量，生物炭和有機(jī)肥能夠促進(jìn)土壤團(tuán)狀顆粒的形成，增加土壤通透性，促使Ca2+、Mg2+與Na+發(fā)生置換、加快了Na+淋洗[41-42]，生物炭羥基、羧基及苯環(huán)等官能團(tuán)提高了土壤的陽離子交換，加速了土壤淋洗。添加二價(jià)陽離子（如Ca2+和Mg2+）對鹽堿土的復(fù)墾至關(guān)重要，以抵消過量的交換性鈉，生物炭可能在這方面發(fā)揮積極作用，Lashari等[43]在一項(xiàng)關(guān)于鹽脅迫農(nóng)田的研究中，將生物炭肥料堆肥與焦木素溶液結(jié)合使用，結(jié)果表明，與對照相比改良處理的土壤pH、鹽分和鈉含量顯著降低，此外，他們還發(fā)現(xiàn)改良土壤的有機(jī)碳和有效磷顯著增加。他們得出的結(jié)論是生物炭可以作為受鹽漬影響的土壤的改良劑，通過吸附鈉來降低鹽分（堿度）的脅迫。

4.3 生物炭對鹽堿土壤養(yǎng)分的影響

受鹽影響的土壤通常缺乏氮(N)、磷(P)和鉀(K)，高pH也會對微量營養(yǎng)元素的可用性產(chǎn)生不利影響。生物炭含有大量營養(yǎng)元素，首先成分最高的炭能大幅度提高土壤中有機(jī)碳的含量，這些炭不易降解，不僅能改善土壤環(huán)境，還能固碳增肥，其次其他的營養(yǎng)元素也明顯的提高鹽堿土壤的養(yǎng)分，大量研究顯示，生物炭提高了全氮、全磷、全鉀以及速效磷、堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)等。

生物炭表面具有較豐富的含氧官能團(tuán)，其所帶負(fù)電荷和復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)賦予其較大的陽離子交換量和強(qiáng)大吸附力，可以作為肥料緩釋載體從而延緩肥料養(yǎng)分釋放，保持和固定一部分肥料以免流失和淋洗，達(dá)到持肥保肥作用[44]。生物炭的添加有助于土壤陽離子交換容量提高，使得土壤溶液中的Na+濃度降低，減少植物吸收土壤中的Na+，生物炭含有大量的植物必需營養(yǎng)元素包括鉀、磷、鈣和鎂等此類礦物質(zhì)，其可用性增加也可減少對鈉的吸收，從而減少植物中的鹽脅迫[38]。生物炭可以有效提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，生物炭本身碳含量較高，施入土壤中可增加肥力[45-46]。Slavich等[47]觀察到，施用來自飼養(yǎng)場糞便的生物炭后，有效磷增加。在營養(yǎng)元素中，磷是僅次于氮的第二重要元素，對植物生命周期的完成至關(guān)重要。Ali等[48]得出生物炭除了提高土壤持水能力、保持養(yǎng)分、減少土壤侵蝕、促進(jìn)改良土壤中的微生物生長和活性外，通過生物炭各種機(jī)制還提高了肥料中磷的利用效率。Yuan等[49]研究得出生物炭表面羧基的豐度會增加土壤CEC，從而減少養(yǎng)分淋失，熱解生物炭也可以用作低成本吸附劑，向土壤中添加生物炭可以提高土壤的養(yǎng)分。王正等[28]發(fā)現(xiàn)滸苔生物炭與木醋液復(fù)配顯著提高土壤養(yǎng)分含量及有效性，速效磷和有機(jī)質(zhì)顯著提高。劉澤霞[50]發(fā)現(xiàn)生物炭對土壤水溶性有機(jī)碳有顯著改良效果，添加不同材料制備的生物炭后鹽堿土壤中的有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量具有相同的變化趨勢，土壤中養(yǎng)分含量增加幅度明顯，以4%的胡麻生物炭的改良效果最好，有機(jī)質(zhì)、速效鉀和有效磷平均含量比對照均增加，加入生物炭對鹽堿土壤的陽離子交換量提高幅度大，達(dá)到了很好的固肥保肥水平。

4.4 生物炭對鹽堿土壤微生物的影響

土壤微生物種群的健康和多樣性對土壤功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)至關(guān)重要[27]。鹽堿土壤一般肥力較低，因?yàn)橥寥缐A性較大，有機(jī)質(zhì)含量較少，所以很難提供微生物的生存環(huán)境，以致鹽堿土壤中微生物無法生長繁殖而含量低。生物炭豐富的多孔結(jié)構(gòu)以及水肥吸附能力可以為微生物提供良好的棲息地和繁殖條件，這有益于提高微生物活性及繁殖[51]，所以生物炭可以作為微生物肥料的載體。生物炭引起的微生物群落組成和活性的變化不僅影響?zhàn)B分循環(huán)和植物生長，還可能影響土壤有機(jī)質(zhì)的循環(huán)[52]。

研究中發(fā)現(xiàn)，添加生物炭后微生物生物量增加，微生物群落組成和酶活性發(fā)生顯著變化。Song等[53]發(fā)現(xiàn)，在弱堿性土壤中施用5%棉稈生物炭顯著促進(jìn)氨氧化細(xì)菌的生長，導(dǎo)致硝化作用增強(qiáng)。生物炭的應(yīng)用普遍提高了富集性，改變了氨氧化劑的成分，生物炭的應(yīng)用率也影響了硝化的速度和動力學(xué)，土壤的堿性和N浸出性降低。Wong等[5]在向高鹽堿土壤中添加有機(jī)物質(zhì)后，土壤微生物生物量最初會增加，鹽和鈉會降低基質(zhì)分解和有效性，隨著微生物適應(yīng)高鹽環(huán)境的時(shí)間推移，微生物繼續(xù)礦化剩余的有機(jī)質(zhì)。Zheng等[27]發(fā)現(xiàn)生物炭促進(jìn)微生物活性和細(xì)菌群落向根際有益分類群轉(zhuǎn)移，也有助于提高植物生長和生物量、微生物活性以及細(xì)菌群落的提高、土壤碳穩(wěn)定、磷溶解和氮固定。生物炭增強(qiáng)了微生物活性使細(xì)菌群落向鹽生植物生長相關(guān)的高營養(yǎng)有效性轉(zhuǎn)移，細(xì)菌群落組成發(fā)生明顯變化，添加生物炭的土壤中的α變形菌和噬細(xì)胞菌類豐度高于未添加生物炭的土壤，加生物炭可以為土壤微生物提供活性碳資源，以利于最適合的群體茁壯成長，在同屬水平上的溶磷細(xì)菌假單胞菌和芽孢桿菌在生物炭改良土壤中更為豐富，表明土壤礦物或生物炭中的固定磷可以溶解或轉(zhuǎn)化為有效磷形式，土壤中的微生物群落組成和生理活性會受到生物炭添加的影響[54]。王正等[28]發(fā)現(xiàn)滸苔生物炭與木醋液復(fù)配顯著增強(qiáng)土壤酶活性，與對照組相比，土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性均提高。龐寧等[26]發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌劑配施生物炭可提高水稻的抗逆性，使其在鹽堿條件下能夠更好地應(yīng)對極端條件。陳斐杰[55]用互花米草和蘆葦生物質(zhì)炭對黃河三角洲濱海濕地鹽堿土壤的添加發(fā)現(xiàn)對土壤蔗糖酶活性有明顯的促進(jìn)作用，兩者對脲酶和堿性磷酸酶的活性存在一定的抑制效果，并且從施炭后微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)的變化發(fā)現(xiàn)，土壤中細(xì)菌微生物的優(yōu)勢菌門以變形菌門、擬桿菌門為主，生物質(zhì)炭的添加使得鹽堿土壤中Shannon多樣性指數(shù)降低，Simpson多樣性指數(shù)升高，表明施加生物質(zhì)炭能明顯提高鹽堿土壤中嗜營養(yǎng)和耐鹽堿的微生物菌群的豐度。在黃河三角洲，研究證明施用花生殼生物炭可通過增加碳氮比和降低沿海土壤中的脲酶活性來增加碳固存和減少凈氮礦化。生物炭改良土壤中藍(lán)藻門豐度的提升表明，生物炭可以將亞硝酸鹽(NO3-)同化為銨(NH4+)參與固氮途徑，可能會削弱硝化過程，可能是生物炭改良根際土壤中NH4+時(shí)N含量增加的原因之一[27]。

4.5 生物炭對作物生長的影響

由于鹽堿脅迫的影響，高鹽濃度對土壤微生物活性以及土壤化學(xué)和物理性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響，土壤理化性質(zhì)不達(dá)標(biāo)，不僅會抑制該片區(qū)域土地上作物的生長速率，嚴(yán)重時(shí)還會直接造成作物死亡[56-57]，從而導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降。研究表明生物炭可以改善土壤理化性質(zhì)促進(jìn)植物生長。

在典型的海涂圍墾區(qū)鹽堿土用小麥秸稈生物質(zhì)炭種植番茄，研究顯示番茄株高、葉面積、地上部分的干鮮重和葉片相對含水量均表現(xiàn)為隨生物炭添加量增加而顯著升高，生物炭的添加對番茄果實(shí)產(chǎn)量也具有顯著影響，表明生物炭濃度施用到一定程度時(shí)，對作物生長表現(xiàn)為積極的促進(jìn)作用[22]。梁曉艷等[23]發(fā)現(xiàn)施加5.0%的生物炭對濱海鹽堿地藜麥的生長中有效增加了藜麥株高、莖粗、葉面積及單株產(chǎn)量。Zheng等[27]研究生物炭施用對兩種鹽生植物發(fā)現(xiàn)，田菁在施配≥5%的生物炭時(shí)顯著促進(jìn)根系生物量，田菁枝生物量在所有單獨(dú)的生物炭處理中均顯著增加，在生物炭和肥料共施用中也顯著增加了總生物量。對于海濱錦葵，生物炭的添在10%處理中增加了根生物量，在其他處理中沒有顯著影響。分析得出由于生物炭中豐富的孔隙，通過添加生物炭改善了土壤孔隙度，有利于空氣和水的滲透，這是這兩種鹽生植物根系生長增強(qiáng)的原因之一，生物炭可以直接提供營養(yǎng)物質(zhì)，通過酸性官能團(tuán)等誘導(dǎo)土壤性質(zhì)改善有利于植物生長，施用生物炭提高了田菁的養(yǎng)分獲取能力，也促進(jìn)了田菁的生產(chǎn)，即生物炭促進(jìn)鹽生植物的生長（發(fā)芽、根系發(fā)育和生物量）。單獨(dú)添加生物炭顯著增加了田菁根生物量，但對海濱錦葵根生物量沒有影響，因?yàn)楹I錦葵比田菁更耐鹽脅迫[27]。所以，生物炭對作物生長或產(chǎn)量反應(yīng)有不同爭議，不一致的結(jié)果可歸因于土壤性質(zhì)的差異[58]、生物炭特性的差異[59]和作物類型[60]。

5 結(jié)論與展望

目前，全球面臨著氣候變暖、化石能源枯竭、土壤退化等眾多問題，而生物炭的原料多樣豐富，不消耗其他資源，不污染環(huán)境，有低成本、可再生、可持續(xù)的特點(diǎn)，生物炭的性質(zhì)含碳量高、比表面積大、吸附力強(qiáng)，又具有多種營養(yǎng)元素等特性，使其可在固碳減排、改土增肥等方面發(fā)揮多方面效應(yīng)，這得到了專家、研究學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究探索。雖然生物炭在改良鹽堿土壤的研究中有多方面積極影響，但研究多以盆栽或小規(guī)模試驗(yàn)田為主，應(yīng)擴(kuò)大尺度，應(yīng)用于大田來測其生物炭的適用性及土壤改良效果；生物炭的堿性特征在數(shù)年后是否會再次引起次生鹽漬化；生物炭中重金屬成分等還應(yīng)多考慮其負(fù)面影響。總的來說，生物炭獨(dú)特的來源、結(jié)構(gòu)、特性及功效優(yōu)勢，使其具有明顯的潛在價(jià)值與貢獻(xiàn)，對經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益及發(fā)展和應(yīng)用空間中有無限潛力。