生物质炭对植烟土壤改良效果研究进展

黄海涛　邓建功　简镇

摘要 植煙土壤环境恶化是导致烟叶品质下降的一个主要原因，植烟土壤改良刻不容缓。生物质炭不仅属于有机碳，自身更具有独特的理化特性。本文综述了不同制备工艺及原材料对生物质炭性质的影响，阐明了生物质炭对植烟土壤理化性质、土壤肥力、微生物群落及酶活性的影响，以期为植烟土壤改良中生物质炭的推广应用提供参考。

关键词 生物质炭;植烟土壤改良;土壤肥力;微生物

中图分类号 S156

文献标识码 A

文章编号 1007-5739（2019）08-0207-03

土壤是烟草生长的重要媒介及养分来源，优良的土壤环境是优质烟叶生产的关键"。由于施肥模式、种植方式不合理，导致植烟土壤板结、养分流失、酸化、连作障碍等一系列问题12-1。土壤环境恶化是烟叶品质下降的一个关键因素15-6，植烟土壤改良刻不容缓。近年来，生物质炭引起了科研工作者的密切关注，生物质炭本身属有机碳，而且具有区别于有机碳组分的物理、化学和生物学性质7-8），在土壤改良方面具有广阔的应用前景。生物质炭在土壤改良方面已取得较好的效果，但针对植烟土壤改良的相关研究较少，对生物质炭在植烟土壤中的改良效果、机理及关键影响因素缺乏认识。基于此，本文综述了不同来源及制备工艺的生物质炭性质特征，阐明生物质炭对植烟土壤理化性质肥力、微生物及酶活的影响，旨在为生物质炭在植烟土壤应用改良方面提供参考。

1生物质炭

1.1生物质炭来源及制备工艺

生物质炭研究的序幕来源于亚马逊黑土的发现，在南美洲亚马逊流域，当地居民将有机废弃物（如食物、骨头等）燃烧后施人土壤、经长年累积形成的人为土，其肥力水平显著高于附近其他土壤910生物质炭，是指生物质在低氧或者无氧条件下经由高温裂解碳化后含碳丰富的固体产物，原料来源广泛。目前，已有报道生物质炭来源包括秸秆（玉米、烤烟、小麦等）、树木（桑树枝条）、果壳等，生物质炭的制备温度在200～700C范围内，不同来源及制备温度的生物质炭性质有所差异。

1.2不同制备工艺及来源生物质炭性质

不同制备工艺生产的生物质炭理化性质存在差异。王成己等呵以烟杆为原料，研究炭化温度、时间对烟秆生物质炭特征的影响，结果表明，烟杆生物质炭pH值、有机碳含量、全钾含量以及C/N随炭化温度升高和炭化时间延长而升高，但产出率、全氮含量表现为下降趋势。炭化条件对烤烟秸秆生物质炭性质影响明显，其中炭化温度影响大于炭化时间。

研究表明，烤烟秸秆炭化产率与温度成反比，低温炭化条件下，烤烟秸秆炭碳含量变化较小、碳酸根及无机碳含量低、pH值呈弱酸性。随着炭化温度的升高，烤烟秸秆炭碳含量下降、碳酸根及无机碳含量于400C时明显增加、pH值于300～800C时逐渐升高呈碱性、阳离子交换量呈现先增加后降低的趋势（400C时达最高值）、表面碱性官能团增加而酸性官能团减少。烤烟秸秆炭化温度以400～500C为宜叨。杨兴等18研究指出，450C制备的烤烟秸秆生物质炭对农业生物及生态环境的预期效果相对较好，其中比表面积、pH值在450C条件下达最高值（分别为8.86m/g9.98）。烟秆生物质炭的元素含量（O、H）、元素比（H/C0/C、0/C+N/C）随炭化温度升高而降低，但K、Al、Ca等元素含量较高。低温生物质炭含有较高的水溶性成分，随着炭化温度的提高，烤烟秸秆生物质炭表面的含氧官能团整体极性减少，电导率、比表面积、表面晶体含量、稳定性和芳香性有所增加。

不同来源生物质炭的性质及对土壤改良效果有所不同。研究表明，纤维素类生物质炭对土壤团聚体结构的改良效果优于木质素，这可能是由于木质素比纤维素结构更加复杂，在炭化处理后木质素类生物质炭稳定性仍然较高，难以被微生物利用，从而不利于团聚体的形成叩。通过比较相似制作工艺条件下各生物质炭基本理化性质发现，pH值、全量养分（全碳、全氮、全磷、全钾）及C/N波动性较大，即使是同一类物质制作的生物质炭理化性质也不尽相同1-3），说明原料也是影响生物质炭性质的关键因素之一。

2生物质炭对烟田土壤理化性质的影响

生物质炭孔隙结构发达、比面积较大，能够明显改善土壤通气性和保水性，为微生物提供良好的生存环境。连续施用生物质炭，土壤含水量、孔隙度、液相比有所升高，容重下降，对于提高砂质植烟土壤保水能力尤为显著。生物质炭表面含有丰富的含氧官能团（羧基、羟基等），呈碱性，能够缓解土壤酸化现象14-25。研究表明，烟杆生物质炭可提高植烟土壤pH值，其中酸性土壤提高比较明显，并且提高幅度与生物质炭用量成正相关啊。添加生物质炭还能促进土壤大团聚体（0.25～1.00mm）的形成，改善土壤团聚体结构，其中烟杆炭的改良效果优于桑条炭叨。

3生物质炭对烟田土壤肥力的影响

生物质炭是生物质经高温热解后的产物，主要为有机碳组分，同时也含有丰富的大量元素和中、微量元素叫。对于全量养分来说，生物质炭有利于促进植烟土壤有机碳、全氮和全钾的提高，全磷含量变化不大。

添加生物质炭对土壤有效养分的影响有所差异。生物质炭添加导致土壤碱解氮含量有所降低，速效钾含量显著提高，速效磷变化较小30。管恩娜阿也指出，生物质炭可提高土壤硝态氮有效磷和速效钾含量，使铵态氮含量有所降低，其中生物质炭高施入量的效果尤其明显。但也有研究表明，土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量随着生物质炭用量增加呈先增加后降低的趋势叫，这可能与生物质炭的吸附特性有关。研究表明，尽管添加生物质炭可提高土壤有机碳水平，但降低可溶性有机碳含量，这与生物质炭较强的吸附能力有关。生物质炭可吸附无机氮及磷组分，降低土壤氮素的淋溶及径流损失3。

研究表明，相同施氮量条件下，施用生物质炭明显提高植烟土壤铵态氮硝态氮及碱解氮含量，在烤烟移栽75d后3种组分比对照处理分别提高17.3%.8.0%、7.2%，可见生物质炭与氮肥配施对于土壤氮素固持具有重要意义。生物质炭对土壤铵态氮的影响受生物质炭制备方法、土壤类型共同影响。研究指出，在砂土中施用低温炭可以增加铵态氮含量，施用高温炭则表现为相反趋势。在壤土中低温炭和高温炭均使0～10cm土层铵态氮含量减少，而20～30cm土层铵态氮含量呈增加趋势4351。

4生物质炭对微生物群落及酶活性的影响

生物质炭和氮素配施可以提高植烟土壤微生物量碳、氮含量。王欢欢等阿研究指出，在烟草生长的关键时期，生物质炭和氮肥配施处理土壤微生物量碳含量提高幅度为0.58～0.69倍，微生物量氮提高幅度为2.01～2.79倍，土壤微生物C/N有所降低，其中生物质炭1200kg/hm？和氮肥5.5kg/hm2配施对土壤碳氮比降低效果比较明显。施用生物质炭在短时期内土壤微生物量碳增加，随着培养时间延长，微生物量碳逐渐减少37。

生物质炭添加影响土壤微生物群落组成。添加烤烟秸秆生物质炭后，烟草根际土壤微生物种类（OTU数）提高了26.4%，其中变形菌门在优势菌种中占比最大，部分有利于烟草生长的促生菌呈增长趋势。研究表明，施生物质炭3t/hm2能够显著减少烟草青枯病发病，其中青枯菌属的丰度降低了94.5%，同时植烟土壤拟杆菌增加，而酸杆菌有所减少381。植烟土壤微生物组成主要为变形菌门、放线菌酸杆菌，其中变形菌占细菌群落的50%以上。施入水稻秸秆生物质炭后，放线菌比例降低，变形菌和酸杆菌比例随随生物质炭施用量增加而增加。植烟土壤真菌主要为子囊菌门，其比例随生物质炭增加而降低，但接合菌和担子菌类真菌比例随生物质炭施人量成正比啊。生物质炭添加后，土壤真菌、放线菌和细菌数量均显著增加口，其中均以4%的烟杆炭和桑条炭微生物群落最为丰富20。

土壤酶活性是衡量土壤健康情况的主要指标之一，不同类型酶对生物质炭的响应不同。研究表明，烤烟移栽后80d内，根际土壤转化酶活性受抑制，该抑制作用随时间延长逐渐减小。而添加生物质炭可以提高烤烟生育后期过氧化氢酶活性，其活性随生物质炭添加比例增加而提高。陈冲等14指出，在常规施肥的基础上配施生物质炭，植烟土壤过氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性均明显提高。生物质炭施用量也会影响土壤酶活性大小，研究发现，当生物质炭施用量为30t/hm2，土壤脱氢酶、蛋白酶和碱性磷酸酶活性显著提高;而施用量为45t/hm，这些酶活性表现为下降趋势。

5展望

生物質炭在土壤改良方面（包括土壤理化环境、土壤肥力、微生物群落及酶活性）展示出良好的应用前景，但目前生物质炭大规模推广应用还存在一定局限性。首先，生物质炭生产需经原料前处理、炭化及运输等过程，要考虑生产和运输成本，，其次，已有关于生物质炭改良效果的研究较多，但仍有一些关键问题还未解决，比如不同材料制备的生物质炭性质波动性较大的关键原因、大田条件下生物质炭与其他肥料合适配施比例及施入量、不同土壤环境下生物质炭对土壤微生物组成及养分转化的相互关系等方面缺乏深人了解。基于此，针对当前植烟土壤生物质炭改良现状，未来可深入研究原材料性质差异对生物质炭性质的影响，阐明添加不同比例、数量的生物质炭后土壤微生物群落结构变化及有效养分转化机制，为生物质大规模推广应用提供依据。

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