生物炭在農(nóng)作物生產(chǎn)上的應(yīng)用研究

牛靜怡，李曉紅

（遼東學(xué)院農(nóng)學(xué)院，遼寧 丹東 118003）

生物炭是秸稈等通過(guò)高溫裂解之后的產(chǎn)物，因其具有含碳量高、吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

1 生物炭對(duì)土壤的影響

生物炭作為直接輸送到土壤中的物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致土壤的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，對(duì)土壤的微生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生直接或間接影響，從而影響土壤的養(yǎng)分輸送及肥力狀況，主要表現(xiàn)在影響土壤容重、pH 值及土壤速效養(yǎng)分等方面［1］。土壤容重直接影響土壤孔隙度和通氣狀況，從而促進(jìn)微生物活動(dòng)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，而生物炭輸入到土壤中可提高土壤的疏松度，降低土壤容重［2］，能為微生物提供良好的生存環(huán)境，同時(shí)為土壤增加碳源和氮源，提高微生物的活性，加快代謝過(guò)程，提高微生物的數(shù)量［3］，Steiner C等（2007）［4］研究表明，在一定數(shù)值內(nèi)生物炭的添加量與土壤微生物的數(shù)量表現(xiàn)為正相關(guān)。

張偉明（2012）［5］研究表明，施加生物炭可以降低土壤酸性，土壤的pH 值提高。尹小紅等（2021）［6］試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在稻田土壤中添加生物炭，土壤pH值迅速升高。任芳芳等（2022）［7］研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭、土壤pH 值越低，所受到的影響越顯著，但中性或者堿性土壤基本受不到很大影響。

何秀峰等（2020）［8］、鄭慧芬等（2019）［9］研究表明，生物炭可以有效改善土壤養(yǎng)分含量，生物炭施加量增多，土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量隨之增多。生物炭能提高土壤肥力，另外通過(guò)摻混法制備碳基復(fù)合肥，能夠明顯延長(zhǎng)氮素的供應(yīng)時(shí)間，增加土壤總氮量及有效磷含量［10］。

此外，生物炭可有效吸收土壤中的重金屬。劉燁和周佳浩（2022）［11］研究表明，生物炭對(duì)電鍍泥中Pb2+的最佳去除率達(dá)到98.59%，對(duì)電鍍污泥中Cu2+的最佳除去率達(dá)到98.54%，對(duì)Cr2+的最佳除去率達(dá)到92.57%，對(duì)電鍍污泥中Cd2+的最佳去除率達(dá)到65.21%。杜勝南（2013）［12］研究生物炭對(duì)土壤鎘的影響，認(rèn)為可以運(yùn)用生物炭所特有的吸附性降低土壤中交換態(tài)鎘的含量，間接減小鎘的危害。

2 生物炭對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響

生物炭的使用與農(nóng)作物生長(zhǎng)有一定關(guān)系，田麗等研究生物炭對(duì)蘿卜幼苗生長(zhǎng)影響的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加生物炭，會(huì)明顯提高蘿卜幼苗的鮮重和株高。在番茄栽培中使用不同配比的生物炭，番茄植株的莖粗、株高和干物質(zhì)重增加［13］，番茄的壯苗指數(shù)、根冠比、根系活力提升［14］，葉片數(shù)、不同葉位葉軸長(zhǎng)、葉面積均高于對(duì)照［15］。汪勇等（2021）［16］關(guān)于生物炭對(duì)雙季稻生長(zhǎng)的試驗(yàn)指出，施加生物炭后可以增加有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，顯著提高早、晚稻地上部生物量。高明博等（2016）［17］指出，與未添加生物炭處理相比，施用生物炭可明顯提高烤煙的株高、有效葉數(shù)、最大葉面積及干物質(zhì)量。但是，生物炭并不是對(duì)所有作物生長(zhǎng)過(guò)程始終具有促進(jìn)作用。在研究大豆的生長(zhǎng)與生物炭之間的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，大豆前期生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，抑制效果隨著時(shí)間的推移逐漸減?。?8］；施加生物炭處理后，大豆干物質(zhì)重顯著提升［19］，但施加過(guò)多反而抑制大豆生長(zhǎng)［20］；張晗芝等（2010）［21］在研究玉米中也得出相同結(jié)論，施加生物炭會(huì)抑制玉米前期生長(zhǎng)，但隨著生長(zhǎng)時(shí)間推移，抑制效果緩慢減弱，生物炭有利于作物后期發(fā)育。

3 生物炭對(duì)農(nóng)作物光合特性的影響

通常，綠色植物通過(guò)光合作用獲取養(yǎng)分，光合作用是植物生長(zhǎng)的重要過(guò)程。一些研究表明，施用生物炭對(duì)農(nóng)作物的光合特性有一定影響。丁守鵬等（2021）［22］指出，應(yīng)用一定量的生物炭，能提高番茄的光合度、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率，對(duì)光合作用起到促進(jìn)作用。劉術(shù)均等（2018）［23］研究生物炭處理對(duì)茄子光合特性的影響發(fā)現(xiàn)，增施生物炭，可以使茄子凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度數(shù)值顯著上升，提高茄子的光合作用。劉林芝（2022）［24］研究發(fā)現(xiàn)，增施生物炭可以降低農(nóng)作物胞間二氧化碳濃度。施用生物炭可以提高冬小麥開(kāi)花期和灌漿期的光合潛力，提高灌漿期模擬所得到的最大凈光合率，但生物炭在一定范圍內(nèi)促進(jìn)光合作用，施用過(guò)量會(huì)造成開(kāi)花期和灌漿期光合性能降低［25］。王力等（2021）［26］研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭后可以提高青貯玉米的光合作用，提高煙葉質(zhì)體色素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率。馮美玲（2019）［27］研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加生物炭可以提高白芨的光合能力。

4 生物炭對(duì)農(nóng)作物品質(zhì)的影響

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，由于生物質(zhì)炭基肥能改善土壤生物酶活性，蔬菜品質(zhì)會(huì)隨著土壤肥力的提高而提高［28-29］。試驗(yàn)表明，施加生物炭基肥可以降低苦苣植株硝酸鹽含量［30］，提高維生素C 和可溶性糖含量，改善品質(zhì)。對(duì)獼猴桃采用生物炭和有機(jī)肥混施處理，極顯著提高了果實(shí)的可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、維生素C含量和糖酸比，顯著降低了可滴定酸含量［31］。有研究表明，生物炭處理可以顯著降低櫻桃番茄果實(shí)中硝酸鹽和可滴定酸的含量，施加生物炭10 000 kg/hm2能顯著提高櫻桃番茄果實(shí)番茄紅素、可溶性蛋白、可溶性固形物、維生素C、可溶性糖含量。施加生物炭能提高甜瓜可溶性固形物的含量［32］，也可以提高黃瓜的可溶性固形物的含量［33］，提升黃瓜的品質(zhì)［34］。徐綺雯等（2020）［35］研究生物炭與化肥配施對(duì)油菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，生物炭與減量化肥配施，對(duì)油菜中不利于人體健康芥酸、硫苷與亞麻酸起到顯著的抑制作用，促進(jìn)油酸含量的增加和黃籽度水平提高，提升油菜的品質(zhì)。

5 生物炭對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響

段建軍等（2022）［36］試驗(yàn)表明，在相對(duì)比較理想的氮肥減量、施加生物炭處理下，水稻產(chǎn)量相較于不作處理有顯著提高。戴皖寧等（2019）［37］的試驗(yàn)表明，生物炭能顯著提高玉米產(chǎn)量且隨著施用量的增加而增大，但4、12 t/hm2生物炭處理間無(wú)顯著性差異。李培培等（2014）［38］指出，施用生物炭能夠顯著提高玉米產(chǎn)量。孫萌芮（2020）［39］指出，生物炭施用量增加，玉米產(chǎn)量隨著增加，16、32 t/hm2與CK 相比均達(dá)到差異顯著水平，但是二者之間差異不顯著，施用量16 t/hm2最為經(jīng)濟(jì)有效。勾芒芒和屈忠義（2013）［40］關(guān)于番茄的試驗(yàn)表明，施加生物炭能提高番茄產(chǎn)量。王彩云等（2018）［41］研究證明，在溫室中連作6年和10年黃瓜的土壤中添加質(zhì)量比為5%的生物炭，可提高果實(shí)產(chǎn)量，減緩連作對(duì)黃瓜的生育障礙。江福英等（2015）［42］研究顯示，在土壤中施加生物炭，茶葉產(chǎn)量比CK 提高3.24%～13.49%，以16 t/hm2處理效果最好，但各處理間差異不顯著。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)生物炭在農(nóng)作物生產(chǎn)上應(yīng)用的研究工作的回顧，可以得出結(jié)論：在土壤中添加生物炭，能夠改良土壤理化性質(zhì)，提高肥料利用率［43］，增加光合作用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，改善品質(zhì)，提高產(chǎn)量，但長(zhǎng)期或過(guò)量施用生物質(zhì)炭，可能會(huì)對(duì)土壤有機(jī)碳的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，降低土壤有機(jī)質(zhì)活性，影響土壤質(zhì)量［44］?？蒲腥藛T還需不斷擴(kuò)展生物炭應(yīng)用研究。