生物炭的土壤环境效应及其重金属修复应用的研究进展

生物炭独特的理化性质使其具有较高的稳定性及一定的吸附能力和阳离子交换能力（CEC）,同时还兼有使用成本低、技术原理简单、环境友好性突出等特点,不仅可解决土壤污染问题,还可以为农村过剩生物质处理提供解决途径,近年来生物炭在土壤污染修复治理方面的应用研究倍受关注。概述了生物炭的理化特性以及环境特性,着重介绍了生物炭在提高土壤 CEC、提升土壤 pH 值、增加土壤有机质（SOM）含量、提高微生物活性等方面的环境效应与土壤重金属迁移性之间的关系;对今后生物炭对土壤重金属迁移性及生物有效性的影响研究进行了展望,提出在进一步研究中,不仅要对不同生物质原材料、制备条件下的生物炭进行对比研究,还要根据土壤重金属污染的具体情况（土壤自身理化条件、重金属种类、含量、形态）,结合测土施肥的基本原理,对生物炭的土壤重金属修复能力进行长期、系统的研究。     

不同配比炭基肥对玉米生长、土壤养分及呼吸的影响

为了探索适合种植玉米施用的生物炭基肥料,采用箱式试验研究了生物炭、复合肥料及不同配比的炭基肥对玉米生长、土壤全氮、有效磷、速效钾、土壤呼吸的影响。结果表明:不同配比的生物炭基肥均较单施生物炭或单施复合肥对玉米植株干物质积累、土壤全氮、有效磷、速效钾有一定促进作用。不同配比的炭基肥处理中,肥炭比为8∶2或7∶3对玉米植株生长及提高土壤性状较突出,为较优炭基肥比例。生物炭和生物炭基肥对土壤呼吸均有一定促进作用,这可能是生物炭自身特殊的性质与结构发挥的作用。     

生物炭对玉米根系生长和氮素吸收及产量的影响

为了评估生物炭在玉米生产上的应用潜力与价值,探究生物炭对玉米根系生长、氮素吸收及产量的影响。采用田间试验,设置单施氮肥处理(N)和生物炭与氮肥配施处理(NS),以不施氮肥不施生物炭处理为对照(CK),分析施炭条件下,土壤理化性质,玉米根系生长、氮素吸收及产量的变化规律。结果表明:生物炭与氮肥配施显著降低土壤的容重,增加土壤的全氮和有机碳含量,促进灌浆期根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累;增加玉米灌浆期的总根长、根表面积及根系活跃吸收面积;与单施氮肥相比,生物炭与氮肥配施显著增加玉米的百粒重6.03%,提高玉米产量9.06%。相关分析表明,施用生物炭对玉米根系特征有显著正效应,从而促进根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累。可见,与单施氮肥相比,生物炭与氮肥配施可促进玉米根系生长和对氮素的吸收利用,提高玉米的产量。     

生物炭对连作障碍影响的研究进展

为改善连作土壤障碍，多种活性物质被应用于连作土壤中，其中生物炭因其孔隙结构丰富、含碳率高、理化性质稳定、比表面积大等特点在培肥改土、提高土壤生产力、改善土壤结构等方面取得了一系列研究成果。本文从生物炭的概念及特点、连作障碍发生的原因、生物炭对连作土壤理化性质及微生物的影响效果等方面展开综述，对生物炭施用缓解土壤连作障的效果做出总结，并对生物炭在今后的土壤理化性质改良等方面的研究进行展望。     

秸秆生物炭还田应用及环境风险综述

生物炭是生物质在限氧环境下通过热化学转化得到的产物。农作物秸秆数量多、来源广,是制备生物炭的主要原料。秸秆生物炭在改善土壤通气性、改良土壤酸性、提高土壤阳离子交换量及促进土壤微生物的生长方面具有较好的效果。但秸秆生物炭对土壤的改良效果受原料种类、制备工艺、土壤环境等多方面因素影响,且长期还田效应仍不明确。综述秸秆生物炭还田对土壤理化性质改良、污染修复和粮食产量提升等方面的影响,并就秸秆生物炭原料管理、制备过程、施用过程及长期效应等方面讨论秸秆生物炭还田的环境风险,最后对秸秆生物炭未来研究方向进行展望,以期为秸秆生物炭的合理应用提供参考。     

生物炭去除土壤中重金属效果主要影响因素的研究进展

我国土壤重金属污染严重,生物炭因其特殊的理化性质逐渐成为研究的热点。本文介绍了生物炭的基本特性,综述了影响生物炭修复效果的主要因素,如生物炭种类、制备温度、改性方法、添加量及配合施用材料等。最后,对今后生物炭在土壤重金属修复工作的研究方向进行了展望。     

生物炭对吉林西部沙化土壤理化性质及绿豆幼苗生长的影响

选取9个生物炭施加比例进行盆栽试验,测定生物炭的施加对吉林西部地区沙化土壤理化性质及绿豆幼苗生长的影响。结果表明,随着生物炭施加比例的增加,土壤的电导率、p H显著升高,土壤吸湿水含量、土壤有机质以及氮磷钾等营养元素含量均有所增加。生物炭的施加对绿豆种子出苗的影响不显著,一定量的生物炭对绿豆幼苗的生长有促进作用,但是生物炭施加比例过高会对绿豆幼苗的生长产生抑制作用。     

生物炭制备及其对土壤理化性质影响的研究进展

生物炭作为一种新型的土壤改良剂和吸附剂,近年来成为农业、环境、能源等领域的关注热点。生物炭是通过有机物质在缺氧的条件下热解形成的,不同的原料及生产条件都会对生物炭的性质产生影响。生物炭能够能够改良土壤,改善土壤的容重、总孔隙度和保水性,还可以调节土壤的酸碱度,增强土壤阳离子交换量（CEC）,提高土壤养分。系统总结了生物炭生产方法、理化特性及其对土壤理化性质的影响,为优选生物炭、提升生物炭产品附加值、促进土壤改良提供理论支撑。     

生物炭对土壤肥力及作物产量和品质的影响研究进展

生物炭是在厌氧或无氧条件下,由生物材料经高温热解产生的一类富含碳素、孔隙发达、比表面积巨大、高度芳香化、性质稳定的固态多功能材料。生物炭施入土壤具有改善土壤结构、增强蓄肥保水能力、提高土壤养分含量、促进植物菌根生长,进而提高作物产量和品质的作用。本文从生物炭的性质特征以及生物炭对土壤理化性质和养分、作物产量和品质的影响等方面综述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展,分析现有研究的不足,指出了未来生物炭应用的研究方向,为生物炭的推广应用提供了参考。     

生物炭对土壤-植物体系中铅镉迁移累积的影响

为探讨不同特性生物炭对土壤-植物体系中典型重金属铅（Pb）和镉（Cd）迁移累积的影响，分别选择花生壳、水稻壳、小麦秸秆、椰壳及生物燃气副产物5种材料制备的生物炭及不同粒径椰壳生物炭作为土壤调理剂，进行多茬蔬菜盆栽试验，研究各茬蔬菜可食用部位生物量及Pb和Cd累积量，土壤理化性质及土壤有效态Pb和Cd含量变化规律。结果显示，生物炭的施加均可不同程度提升土壤pH、土壤有机碳含量及阳离子交换量（CEC）。除小麦秸秆生物炭外，其余4种生物炭均可显著降低土壤有效态Pb和Cd及蔬菜可食用部位Pb和Cd累积量，并对蔬菜有明显促生长效果。生物炭粒径越小对土壤有效态Pb和Cd含量的降低、蔬菜生长的促进及蔬菜Pb和Cd累积量的降低作用越显著。蔬菜生长与土壤pH、有机碳含量及CEC水平均呈显著正相关关系，而蔬菜Pb和Cd累积量及土壤有效态Pb和Cd含量则与土壤pH、有机碳及CEC含量呈显著负相关关系。连续3茬蔬菜轮作后，80~120目椰壳生物炭、花生壳生物炭、水稻壳生物炭及生物燃气副产物生物炭仍对Pb和Cd复合污染酸性土壤具有明显的修复效果。结果表明，生物炭可通过改变土壤pH、CEC、有机碳等基本理化性质，对土壤重金属产生钝化作用，显著促进蔬菜的生长并可消减蔬菜对土壤重金属元素的累积效应。     

生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展

生物炭是由生物材料在厌氧或无氧条件下，经高温热解产生的一类富含碳素、孔隙发达、比表面积巨大、高度芳香化、性质稳定的固态多功能材料。生物炭施入土壤具有改善土壤结构、增强蓄肥保水能力、提高土壤养分含量、促进植物菌根生长，进而提高作物产量和品质的作用。本文从生物炭的性质特征以及生物炭对土壤理化性质和养分、作物产量和品质的影响等方面综述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展，分析现有研究的不足，指出了未来生物炭应用的研究方向，为生物炭的推广应用提供了参考。     

生物炭及其对土壤环境的影响

综述了生物炭的基本特性、环境效应以及生物炭对土壤理化性质、微生物数量及种群结构多样性的影响。土壤中添加生物炭可以提高其对土壤水分和养分的吸附能力,并且增加土壤持水性和养分有效性,延缓肥料养分的释放,进而增加土壤保肥能力,提高养分利用率;生物炭的特性也为土壤微生物提供了栖息的场所和养分,从而提高土壤微生物的数量。不同生物炭类型所提供的碳源的差别,将会引起土壤微生物群落组成和多样性发生变化。最后,对生物炭研究过程中需要注意的问题进行了展望。     

生物炭对盐碱土壤理化性质、生物量及玉米苗期生长的影响

采用实验室模拟和玉米盆栽种植试验相结合的方法,研究了添加不同用量的玉米秸秆生物炭后,盐碱土中基础养分含量、p H值、CEC含量、水溶性盐含量、土壤酶活性、微生物生物量及玉米苗期生长的变化,以期为玉米秸秆生物炭在盐碱土壤改良中的应用提供参考。结果表明,随着生物炭用量的增加,盐碱土壤中有机碳含量明显提高,是原土含量的1.35~1.51倍,矿质态氮、有效磷及速效钾含量变化较小;p H值降低幅度不大;水溶性盐含量降低明显;添加玉米秸秆生物炭能够显著提高土壤中阳离子交换量及酶活性;生物炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加生物炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高6.50%~96.67%和42.86%~162.96%。同时,生物炭使土壤代谢熵分别降低了2.13%、8.51%、15.60%;生物炭能够促进玉米苗期的生长,对玉米株高、茎粗都有促进作用。总的来说,生物炭对盐碱土壤具有良好的改良效果。     

生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展

生物炭可作为土壤改良剂单独施入土壤,改善土壤环境条件,也可与肥料混合制成生物炭基肥,其具有养分缓释、增产稳定等一系列优点,在农业上的应用越来越广泛。主要从生物炭对土壤理化性质、微生物、农业温室气体排放、作物生长和产量的影响,对农田土壤污染的治理,以及生物炭基肥对肥料养分、作物生长和产量的影响这几个方面,对生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展进行综述,阐明其优点和不足,并提出了进一步的研究方向,旨在为生物炭和生物炭基肥在农业中的应用研究提供参考。     

生物炭对烤烟生长、根际土壤性质及叶片重金属含量的影响

【目的】研究生物炭对烤烟生长、根际土壤性质及叶片重金属含量的影响,为生物炭的烟田施用提供理论依据。【方法】采用盆栽试验,设烟杆生物炭用量(生物炭/(土+生物炭)×100%)分别为0%(对照),0.1%,0.5%,1%,2%,3%6个处理,依次记为B0、B0.1、B0.5、B1、B2、B3,研究不同用量生物炭对烤烟生长、烟草根际土壤理化性质及烟叶重金属含量的影响,并分析烤烟生长指标、烟草根际土壤理化性质及烟叶重金属含量三者之间的相关关系。【结果】与B0处理相比,生物炭处理还苗期烟草的叶片数无显著变化,但烟草的株高、最大叶面积均增加;生物炭处理提高了团棵期烟草的叶片数、株高、最大叶面积、地上和根干质量。施用生物炭后,还苗期和团棵期烟叶的叶绿素含量总体均降低。与B0处理相比,生物炭处理明显影响了烤烟根际土壤的理化性质,其中土壤体积质量降低,土壤pH以及有机碳、全氮含量增加,全磷含量降低。此外,与B0处理相比,生物炭处理烟草根际土壤硝态氮和速效磷含量均降低;铵态氮含量总体无显著变化;B1、B2和B3处理烟草根际土壤的速效钾含量均增加,其余处理无显著变化。与B0处理相比,生物炭处理总体降低了烟叶中重金属Pb、Cd、Cu和Zn的含量。【结论】施用生物炭促进了烤烟的生长,影响了土壤理化性质,减少叶片中重金属含量,本试验条件下生物炭用量为0.1%和1%时效果较佳。     

生物炭对土壤养分及水分的影响

生物炭是在完全或部分缺氧条件下经生物质热解产生的一种难溶的固态物质,是含碳量高,结构稳定,孔隙大,吸附能力强,呈碱性的多用途材料.生物炭单独作为添加剂应用于土壤可以改善土壤理化性质,增加土壤持水能力,保持土壤养分,提高农作物的产量.与肥料混施,具有缓释功效,能延缓肥料在土壤中释放,降低养分的流失,提高肥料利用率.本文主要从生物炭特性以及生物炭对土壤理化性质、土壤持水能力、土壤养分等方面的影响展开综述,指出了目前研究中需要加强的方面,为生物炭在农业领域的应用推广提供了一些想法.     

连续施用生物炭对土壤理化性质及氮肥利用率的影响

为探讨连续施用生物炭及生物炭不同用量对土壤肥力及氮肥利用率的影响,在沈阳农业大学后山棕壤新型肥料试验基地(始建于2013年)布置生物炭用量定位试验,设置4个生物炭用量梯度0,1.5,3,6 t·hm-2,研究不同用量生物炭对棕壤理化性质、玉米产量及氮肥利用率的影响。结果表明:生物炭对玉米苗期土壤含水量的影响不大,随着生育期的推进,逐渐表现出其保水性能;添加生物炭可以降低土壤容重,不同用量生物炭处理的土壤容重较NPK处理平均降低了6.04%,且容重随施炭量的增加而降低;施用生物炭可以提高土壤pH值、有机质和全氮含量,与NPK处理相比,C2NPK、C3NPK处理土壤有机质含量分别提高了31.20%、32.61%,全氮含量分别提高了6.73%、6.09%,差异显著;同时施用生物炭可以促进土壤矿质态氮的缓慢释放。连续添加生物炭可以促进玉米的生长发育,提高玉米产量,2013年,不同用量生物炭处理间差异未达显著水平。2014年,生物炭处理的玉米产量随施炭量的增加而升高,C3NPK、C2NPK处理的玉米产量分别较NPK、C1NPK处理提高了21.36%、10.99%与17.19%、7.18%。2015年,仍以C3NPK处理玉米产量最高,较NPK处理增产9.09%。无论是否将生物炭中氮含量计入施氮总量,生物炭处理均能提高氮肥利用率。     

生物炭对风沙土理化性质及玉米生长的影响

为了明确生物炭对风沙土的改良以及对玉米生长的影响,通过施用化肥、秸秆还田以及不同施入量的生物炭试验研究生物炭对风沙土理化性质及玉米植株生长和产量的影响。结果表明:与常规施肥(NPK处理)相比,秸秆还田降低风沙土的土壤体积质量,增加田间持水量、苗期的株高、茎粗、叶长、叶宽以及地上、地下干质量和籽粒产量,但都没有达到显著水平。生物炭不同施用量条件下,随着生物炭施用量的增加,土壤体积质量表现为持续降低的趋势,在施用量为31 500kg/hm~2时与NPK处理相比较表现显著差异,并在最大施用量63 000kg/hm~2时达到最低值2.42g/cm3;生长指标中,苗期的叶长和穗期的株高、叶长以及叶宽都在NPK+B12处理条件下达到最大值,其余指标均在NPK+B24处理条件下达到最大值;干物质积累以及籽粒产量亦随着生物炭施用量的增加而增加,其中地上干质量及籽粒产量均在施用量为2 580kg/hm~2时达到与NPK处理相比较差异显著,地下干质量在施用量31 500kg/hm~2时与NPK处理相比较表现显著差异。与秸秆还田相比,生物炭与NPK配施更能改善风沙土的理化性质,促进玉米生长及产量增加,且生物炭的施用量越高,其效果越明显。     

施用生物炭对重金属污染农田土壤改良及玉米生长的影响

为了解生物炭的农业环境效应,采用大田试验,研究了不同生物炭施用量(0、5、10、20、30 t·hm-2)对韶关仁化县矿区周边重金属污染农田土壤理化性质、玉米(粤甜9号)生长状况、产量及重金属累积等的影响。结果表明:与对照(CK)相比,生物炭显著提高土壤pH值和有机质质量分数,其提升幅度随施用量的增加而升高,而土壤阳离子交换量随施用量的增加先升高后降低;生物炭施加量达到30 t·hm-2时,土壤速效钾含量是CK处理的3.1倍,但不同生物炭施用量对土壤碱解氮含量的影响没有显著性差异;不同用量生物炭均能降低土壤Pb和Cd的含量,降低幅度分别为11.3%和23.9%。各处理均能有效降低Pb、Cd在玉米粒、玉米芯、玉米叶和玉米秆中的累积。当施用量为20 t·hm-2时,玉米粒中Pb的含量降低幅度达49.4%,Cd的降低幅度达45.4%;生物炭对玉米的增产效果随施用量的增加而增加,分别为CK的1.75、6.16、8.84倍和8.90倍。综上所述,生物炭通过提高土壤pH值和有机质含量,实现了对南方酸性土壤的改良,对玉米产量具有促进作用,可降低污染土壤重金属的生物有效性。     

春玉米田土壤特性对生物炭调控的响应机制

针对内蒙古平原灌区春玉米田耕层变浅,土壤紧实,容重增加,活土层变少,影响土壤贮水能力及春玉米生长发育等问题,本试验采用裂区试验设计方法,设置4个生物炭施用水平及3个氮肥施用水平,对春玉米田土壤物理性状、春玉米生长发育指标及产量指标进行了比较研究,以探究春玉米田土壤物理性状及春玉米生长发育对生物炭及氮肥调控的响应机制。试验结果表明:土壤中添加生物炭增大了土壤含水量,适量生物炭施用量8 t/hm~2可以有效提高0～20 cm土层的土壤含水量;生物炭有效降低土壤容重,土壤容重较对照分别减少5.52%、10.50%、11.05%;适量的生物炭施用量在低氮处理下干物质积累量增加明显,适量施氮水平下增加显著,而高氮水平下变现为一定的抑制作用;而合理的生物炭施用量可有效提高玉米产量,施用8 t/hm~2的生物炭及150 kg/hm~2的氮肥,此处理较对照增产幅度最大,为27.36%。由此可见:施用生物炭可起到改善土壤物理性状的作用。从改良土壤物理结构的角度来看,生物炭还田改土效果显著。同时,生物炭能够促进玉米苗期的生长,促进吐丝期及成熟期干物质的积累,进一步使玉米产量显著提高。根据本试验结果,推荐最适宜内蒙古平原灌区的生物炭及氮肥施用组合C8N150。