施用生物炭对土壤养分有效性和离子交换性能影响的整合分析*

冉继伟,齐昕,武栋,黄敏,蔡泽江,4,黄亚萍**,张文菊

(1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室 北京 100081;2.武汉理工大学资源与环境工程学院 武汉 430070;3.中国农业大学土地科学与技术学院 北京 100083;4.中国农业科学院衡阳红壤实验站 祁阳 426182)

生物炭是农业废弃物(如作物秸秆、壳渣、木材和粪肥等)在缺氧条件下燃烧后的固体残留物,通常呈碱性[1]。生物炭一般主要由芳香烃、单质碳或具有类石墨结构的碳组成,碳含量可达到50%以上,通常具备较大的比表面积、丰富的孔隙结构和表面官能团[2]。研究结果显示,施用适量的生物炭能够改善土壤结构和养分状况、促进作物生长和产量提升[3]。

近年来,大量研究集中在施用生物炭对土壤理化性质方面的影响,但是由于施入农田系统的生物炭受原料类型、施用时间、土壤类型等因素影响,导致研究结果存在差异[4-6]。例如,施用棉秆生物炭能够促进沙壤土大团聚体的形成和稳定性[7];施用玉米秸秆生物炭提高潮土有效磷(Olsen-P)和速效钾(AK)含量,增幅分别为7.5%～20.6%和5.53%～14.9%[8];稻壳生物炭配施化肥显著提升土壤Olsen-P 含量达18.0%[9]。施用生物炭1 年后,土壤硝态氮(NO3--N)的含量降低36.7%,而施用2 年后则显著提高10.0%[10];连续5 年施用生物炭,棕壤全磷以及Olsen-P 含量显著提高[11]。除了生物炭原料、施用时间会影响土壤养分有效性以外,不同土壤pH 环境可能通过影响土壤碳氮矿化相关过程改变生物炭添加对土壤养分含量及有效性的影响[12-13]。酸性土壤条件下,施用生物炭显著降低土壤铵态氮(NH4+-N)和NO3--N 的含量分别达71.2%和81.5%[14];但也有研究表明施用生物炭能显著提升土壤总氮、Olsen-P 及速效钾含量[15]。因此,基于早期的田间试验或者室内培养试验结果表明,生物炭应用的适宜性可能是非单一因素影响而是受多种因素共同作用,需进一步将其影响因素进行分类和整理分析。

土壤交换性盐基离子(K+、Na+、Ca2+和Mg2+)对维持土壤养分和缓冲性能起关键作用,阳离子交换量(CEC)是评价土壤保肥能力的重要指标。由于生物炭含有大量的碱金属离子和丰富的阴阳离子交换位点,农田施用后会显著改变盐基离子含量;另一方面,由农作物秸秆和渣壳制备而成生物质炭含有大量盐基离子,施用后通过与土壤表面交换位点上的H+、Al3+发生置换反应,会进一步富集土壤交换性盐基离子[16-17]。李九玉等[18]研究表明,红壤施用秸秆炭显著增加土壤交换性盐基阳离子、有效阳离子交换量和盐基饱和度,其中油菜秸秆炭对Ca2+的增幅最大、花生秸秆炭对Mg2+增幅最高。Uzoma 等[19]的研究表明,不同用量生物炭对Ca2+的影响存在差异,其中施用20.0 t·hm-2生物炭增幅效果可显著达到65.8%。王世斌等[16]针对盐碱土的研究表明,连续3 年施用生物炭均能有效降低土壤水溶性Na+含量,减轻土壤盐碱化程度,其中每年施用10.0 t·hm-2处理效果最优。除了单施生物炭,郭春雷等[17]研究表明生物炭配施化肥能显著提高棕壤土壤交换性Ca2+、Mg2+和K+含量、而对Na+含量无显著影响。另外,制备生物炭的热解温度会影响生物炭的孔隙结构,改变生物炭比表面积,进而决定土壤盐基离子含量。季雅岚等[20]研究表明,生物质炭的酸碱度和盐基离子含量受热解温度和制备原料不同呈现差异性,其中500 ℃下制备的生物质炭对改良盐基不饱和酸性土壤效果更好。尽管这些研究都聚焦了施用生物炭对离子交换性能的影响,但随着生物质炭设备工艺的发展和农田管理措施的改变,还需综合分析实际地域环境条件下施用生物炭的效果及影响因素。

综上所述,随着生物炭应用研究的不断深入,为了更加准确评估施用生物炭对土壤养分有效性及交换性能的影响,本研究通过数据整合分析(Meta-analysis)方法,针对生物炭原料类型、施用时间和土壤属性等方面,重点区分单施生物炭和生物炭与化肥配施效果,明确影响其使用效果的主要因素,以期为生物炭的选择性应用,以及农业生态系统中作物生长和粮食增产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究数据来源于中国知网、万方和Web of Science 文献数据库。检索关键词分别为“生物炭”或“生物质炭”或“生物焦”或“半焦” “土壤”和“全氮”或“有效氮”或“有效磷”或“阳离子交换量”或“盐基离子”,检索时间为2000 年至2020 年。筛选文献的基本要求包括: 1)同一试验须包含配对的对照组和处理组,对照组为不施用生物炭处理,处理组分为单独施用生物炭,或生物炭与化肥配施处理;2)试验处理重复数大于或等于3 次[21]。

数据收集内容主要包括: 单施生物炭处理、生物炭配施化肥处理、生物炭性质、生物炭施用时间、生物炭施用量和土壤理化性质[ 全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、NH4+-N、NO3--N、Olsen-P、AK、CEC 和盐基离子 ],还包括每个试验点对应的质地和土壤pH 等,其中土壤质地分为黏土、壤土和砂土,土壤pH 分为酸性(pH＜6.5)、中性(6.5≤pH≤7.5)和碱性(pH＞7.5)。土壤pH 的测定统一为水浸提测定结果,如果采用CaCl2溶液法则通过公式进行换算,即pH(H2O)=1.65+0.86×pH(CaCl2)[22]。数据收集过程中,以图形式展示的数据利用GetData Graph Digitizer 2.24 软件获得。最终共计143 篇有效文献,获得不施生物炭和单施生物炭648 组匹配数据、不施生物炭和生物炭配施化肥430 组匹配数据。

结合搜集数据和已发表文献将影响生物炭施用效果的因素进行分类[23-25]。其中,将生物炭原材料分为3 种类型: 秸秆类(花生秸秆、玉米秸秆和小麦秸秆等),壳渣(核桃壳、花生壳和甘蔗渣等)以及木材类(树皮、木片和树干等);生物炭pH 分为4 个水平:＜8、8～9、9～10 和≥10;生物炭热解温度分为3 个水平: ≤400 ℃、400～500 ℃和＞500 ℃;生物炭碳氮比值(C/N)划分为3 个水平: ＜50、50～100 和＞100;生物炭阳离子交换量分为3 个水平: ＜20 cmol·kg-1、20～50 cmol·kg-1和＞50 cmol·kg-1;生物炭总施用量分为3个水平: ＜10 t·hm-2、10～40 t·hm-2和≥40 t·hm-2;施用生物炭以后试验时间按年份分为3 个水平: ＜1 年、1～2 年和≥2 年。

1.2 数据分析

本文所收集的数据均来自相对独立的研究,可以通过整合分析来判断施用生物炭和生物炭配施化肥对土壤理化性质产生的正效应或负效应以及效应大小[26]。主要利用Meta Win 2.1 软件进行整合分析,量化生物炭特性对土壤理化性质的影响程度。在检验影响因子差异性时,每组数据均包含平均值(mean,M)、标准差(standard deviations,SD)和样本数(samples size,n)。如果文献中是标准误(standard errors,SE)则根据下式进行换算:

统计学指标采用合并计数资料响应比(response ratio,RR)表示,并计算其95%置信区间(95% CI),其中RR 计算公式为:

式中:Ma表示处理组平均值,Mb表示对照组平均值。

分析过程中需将RR 进行对数化,采用自然对数响应比(lnRR)反映不同生物炭特性对土壤理化性质的影响程度并通过式(3)实现:

另外,平均值的变异系数(V)、权重(Wij)、权重响应比(RR++)、RR++的标准误[S(RR++)]和95% CI通过下式计算:

2 结果与分析

2.1 不同方式施用生物炭对土壤养分有效性和离子交换性能的影响

施用生物炭增加土壤养分有效性和盐基离子含量(图1)。与不施生物炭相比,单施生物炭土壤TN、TP、TK、Olsen-P 和AK 含量显著增加14.0%～43.0%,生物炭与化肥配施增加24.4%～128.1%。施用生物炭对盐基离子含量的增加幅度为22.5%～270.2%,其中单施生物炭显著增加30.1%～270.2%,包括K+含量270.2%、Na+含量43.8%、Ca2+含量30.1%和Mg2+含量84.7%,但是生物炭和生物炭与化肥配施处理间并无显著差异。同时,单施生物炭显著增加CEC 达8.2%,而生物炭与化肥配施CEC 仅增加4.6%。因此,生物炭与化肥配施土壤氮磷有效性的增加效果较好,而单施生物炭对土壤盐基离子和CEC 的增加效果较好。施用生物炭(单施或与化肥配施)显著增加了土壤氮磷钾含量为14.0%～128.1%、土壤盐基离子含量为22.5%～270.2%。

图1 生物炭单施和与化肥配施对土壤养分有效性和盐基离子含量的影响Fig.1 Effects of biochar applied alone and biochar combined with chemical fertilizers on soil nutrient availability and salt-based ions contents

2.2 施用不同特性生物炭对土壤氮磷有效性和离子交换性能的影响

施用不同特性的生物炭对土壤养分有效性的影响存在差异(图2)。单施壳渣类生物炭,土壤TN 和NO3--N 增加31.6%和15.4%,Olsen-P 含量增加33.0%;秸秆类(木材类)生物炭配施化肥对NH4+-N 和Olsen-P 含量的增加幅度是单施生物炭的5.6 (10.6)倍和2.2 (2.8)倍。同时,与不施用生物炭相比,当生物炭pH 为8～9、9～10 和≥10 时,单施生物炭对土壤Olsen-P含量的增加幅度分别为27.4%、58.5%和10.3%。

当制备温度≤400℃时,与不施生物炭相比,单施生物炭显著增加23.6%的土壤TN 含量和39.8%的Olsen-P 含量;制备温度在400～500 ℃时,生物炭与化肥配施对土壤NH4+-N 和Olsen-P 含量的增加显著高于单施生物炭,分别为81.8%和106.6%;当制备温度＞500 ℃时,单施生物炭对土壤Olsen-P 的影响无显著差异。

当生物炭C/N＜50 时,单施生物炭有利于土壤TN 增加,同时配施化肥后对NH4+-N 的增加幅度是单施生物炭的28.8 倍;当生物炭C/N＞100 时,单施生物炭对土壤Olsen-P 含量的影响无显著差异。另外,单施生物炭CEC 值的增加有助于促进土壤NH4+-N和Olsen-P 含量的提升。

土壤盐基离子和CEC 的变化受生物炭特性和施用方式影响(图3)。相较于单施秸秆类生物炭,生物炭与化肥配施降低了土壤交换性K+和Na+含量,而木材类生物炭对土壤交换性Mg2+含量的增加效果低于壳渣类和秸秆类生物炭;另外,施用木材类生物炭和秸秆类生物炭可分别增加土壤CEC 达21.7%和14.8%。生物炭pH 的增加有助于土壤CEC 增加,与不施生物炭相比,当生物炭pH 在＜8、8～9、9～10 和≥10 范围时单施时可有助于土壤CEC 分别增加7.4%、10.8%、16.8%和24.0%。随着制备温度的升高,生物炭对土壤盐基离子的增加效果有所降低,当制备温度＞500 ℃时,土壤盐基离子含量提高幅度为33.9%～384.7%。单施生物炭对土壤CEC 的增加效果随着生物炭C/N 值的增加逐渐降低,其中生物炭原料C/N 值＞100 时,土壤 CEC 增加幅度是C/N 值＜50 的46.3%。随着生物炭CEC 值的增加,单施生物炭土壤CEC 的增加幅度有所降低,生物炭CEC 值为20～50 cmol·kg-1时,增加幅度为29.6%。

图3 生物炭单施和与化肥配施条件下生物炭特征对土壤盐基离子 [K+(a)、Na+ (b)、Ca2+ (c)和Mg2+ (d)] 含量和阳离子交换量(CEC) (e)的影响Fig.3 Effect of biochar applied alone and biochar combined with chemical fertilizers on soil salt-based ions (a: K+;b: Na+;c: Ca2+;d: Mg2+) contents and soil cation exchange capacity (CEC,e) under different biochar properties

2.3 生物炭施用量及施用时间对土壤氮磷有效性和离子交换性能的影响

生物炭施用量和施用时间是影响土壤养分有效性的重要因素。分析结果表明,土壤TN 和Olsen-P含量随着生物炭施用量的增加而增加(图4)。其中当施用量为≥40 t·hm-2时,TN 增加幅 度达到最高29.8%;当施用量为10～40 t·hm-2和≥40 t·hm-2时,单施生物炭可显著增加35.7%和37.5%的土壤Olsen-P 含量。另一方面,随着生物炭施用时间的延长,土壤NO3--N 含量增加幅度逐年降低;而NH4+-N 含量表现为: 施用时间≤1 a 时显著增加10.6%、施用时间≥2.0 a 时较不施用生物炭处理降低12.2%。

图4 生物炭单施和与化肥配施条件下生物炭施用量和施用时间对土壤有效性 [ 全氮(a)、NH4+-N (b)、NO3—-N (c)和Olsen-P(d)含量 ] 的影响Fig.4 Effects of biochar applied alone and biochar combined with chemical fertilizers on soil nutrient availability (a: content of total nitrogen;b: content of NH4+-N;c: content of NO3--N;d: content of Olsen-P) under different application rates and application times

从图5 可知,当生物炭施用量为10～40 t·hm-2时,与不施生物炭相比,单施生物炭对盐基离子含量的增加幅度高于生物炭与化肥配施,同时单施生物炭对土壤CEC 的增幅最大(19.4%)。随着生物炭施用时间的延长,土壤盐基离子含量增加幅度逐渐降低。施用1 a 内,单施生物炭增加土壤交换性Ca2+和Mg2+含量分别达35.7%和109.0%,同时增加17.3%的土壤CEC。当生物炭施用时间≥2.0 a 时,单施生物炭对土壤CEC 的增加幅度为23.0%;而当施用年限＜1 a和≥2 a 时,单施生物炭对土壤CEC 的增加幅度是生物炭配施化肥的6.6 倍和3.8 倍。

图5 生物炭单施和与化肥配施条件下生物炭施用量和施用时间对土壤盐基离子 [K+(a)、Na+ (b)、Ca2+(c)和Mg2+(d)] 含量和阳离子交换量(CEC) (e)的影响Fig.5 Effect of biochar applied alone and biochar combined with chemical fertilizers on soil salt-based ions (a: K+;b: Na+;c: Ca2+;d: Mg2+) contents and soil cation exchange capacity (CEC,e) under different amendment rates and application times

2.4 土壤属性对土壤氮磷有效性和离子交换性能的影响

土壤质地是土壤稳定的自然属性,能够反映母质来源及成土过程。与不施生物炭相比,砂质土壤单施生物炭能显著增加28.1%的土壤TN 含量,远高于壤质土壤(11.4%)(图6)。土壤pH＞7.5 的环境中,单施生物炭显著增加了NO3--N 含量,增加幅度为15.1%;当土壤pH＜6.5 时,单施生物炭显著增加了土壤Olsen-P 含量,增加幅度为45.0%。生物炭与化肥配施对土壤Olsen-P 含量的增加随着土壤pH 值的增加而降低,当土壤pH＜6.5 时增加幅度达75.0%。

图6 生物炭单施和与化肥配施条件下土壤质地和pH 对土壤有效性 [ 全氮(a)、NH4+-N (b)、NO3—-N (c)和Olsen-P (d)含量 ]的影响Fig.6 Effect of biochar applied alone and biochar combined with chemical fertilizers on soil nutrient availability (a: content of total nitrogen;b: content of NH4+-N;c: content of NO3--N;d: content of Olsen-P) under different soil textures and soil pH

单施生物炭对砂质土壤能提升56.5%的土壤CEC,而单施生物炭对壤质土壤CEC 提升幅度仅为11.8% (图7)。在黏质和壤质土壤上,单施生物炭对土壤CEC 的增加幅度是生物炭与化肥配施的2.8 倍和16.6 倍。在pH＜6.5 的土壤上,单施生物炭和生物炭配施化肥显著增加了土壤盐基离子含量,其中,土壤中交换性K+含量增加幅度最大,分别为311.4%和180.7%。

图7 生物炭单施和与化肥配施条件下土壤质地和pH 对土壤盐基离子 [K+(a)、Na+ (b)、Ca2+(c)和Mg2+(d)] 含量和阳离子交换量(CEC) (e)的影响Fig.7 Effect of biochar applied alone and biochar combined with chemical fertilizers on soil salt-based ions (a: K+;b: Na+;c: Ca2+;d: Mg2+) contetns and soil cation exchange capacity (CEC,e) under different soil textures and soil pH

3 讨论

由于生物炭价格低廉、材料易获取,并且含有较高的矿质养分,探索其应用于土壤养分调理剂是目前一个研究热点。本研究表明,单施生物炭和生物炭配施化肥均能显著增加土壤氮磷养分(除矿质态氮)有效性,这与前人的研究结果一致[25,28]。施用生物炭对土壤养分有效性提升的主要原因可能与其本身含有的矿质养分有关,而化肥配施后由于额外矿质养分的投入对土壤中氮磷钾养分含量的提升效果更加显著[10]。分析显示,单施生物炭显著增加了土壤离子交换性能,这与先前多数研究一致[29-30]。一方面,生物炭具有较大比表面积和较强吸附性能,大量的养分离子通过物理作用被截留在生物炭空隙中,从而增加了对阳离子的吸附;另一方面,生物炭中含有大量的盐基离子,当施入土壤后生物炭表面被氧化形成羰基和酚基等含氧的官能团,从而增加了土壤阳离子交换量和盐基离子含量吸附位点[2-3,29]。然而,生物炭配施化肥降低了土壤盐基离子含量和阳离子交换量,主要原因是化肥施入导致土壤酸化,土壤溶液中H+进入胶体,导致交换性盐基离子发生置换性淋溶而逐步减少,从而降低了土壤胶体表面吸附的可交换阳离子总量[31]。

生物炭特性对土壤养分有效性和盐基离子含量具有重要影响[32-33]。生物炭含氮量为0.24%～6.80%,生物炭单施或与化肥配施由于外源氮素的补充及其强吸附性能有助于提高土壤氮素含量,特别是配施化学氮肥时生物炭吸附土壤中的NH4+-N 同时削弱硝化作用[34]。同时,单施原材料pH≥8 的生物炭对土壤Olsen-P 含量的增幅效果较好,主要原因是: 相较于中性和酸性生物炭,碱性生物炭对土壤中吸附磷的阳离子活性降低效果较好,但生物炭pH 过高对土壤中磷的活性有所降低[35]。制备温度对不同方式施用生物炭影响矿质态氮含量的差异可能与生物炭电子接受能力有关,低温热解的生物炭作为电子供体能降低反硝化作用[35]。

随着生物炭制备温度的提高,单施生物炭对土壤Olsen-P 无显著影响,可能原因是生物炭对土壤可溶性磷的吸附作用增强,进而使得土壤中Olsen-P 含量降低[36-37]。另外,施用木材生物炭增加了土壤CEC,主要的原因可能是木材热解炭化后芳构化程度较高,比表面积较大,利于生物炭对土壤阳离子的吸附[38];对于秸秆类生物炭而言,土壤阳离子交换量与有机质关系密切,其中秸秆类生物炭对土壤有机质的增加效果最好,进而增加了土壤阳离子交换量[39]。制备温度过高条件下,生物炭对土壤盐基离子含量的增加效果高于中温条件(400～500 ℃)制备的生物炭,主要原因可能是过高温度致使生物炭中挥发性物质挥发,导致钠、钙和镁等元素富集,从而增加了土壤中盐基离子含量[40]。

生物炭C/N 和土壤pH 是影响生物质炭改良土壤的最主要因子[41]。结果表明,当生物炭的C/N＞100时土壤Olsen-P 含量并无显著变化,主要原因可能是生物炭中含有大量有机碳,施入土壤后会产生激发效应使得微生物磷需求增加[42-43]。在本研究中,生物炭CEC 的增加对土壤CEC 的影响呈先增加后缓慢降低的趋势,主要原因可能是高CEC 的生物炭具有较低的石灰值,提高土壤pH 的效果较低,从而使土壤ECE 有所降低[44-45]。当生物炭CEC 较低时,单施生物炭降低了土壤NH4+-N 的含量;随着生物炭ECE的增加,土壤NH4+-N 含量显著增加。原因可能是生物炭吸收土壤中H+的能力逐渐增强,导致土壤pH 的增加,进而使得土壤中NH4+-N 含量的增加[46]。生物炭施用量≥40 t·hm-2时,土壤中Olsen-P 含量的增加幅度显著高于施低量的生物炭(＜10 t·hm-2),主要原因可能是生物炭是土壤磷的直接来源,随着施用量的增加,生物炭中部分有机结合态磷化物会被矿化释放,导致输入土壤中的有效磷量增加[47-48]。随着生物炭施用时间的延长,土壤总氮含量逐渐增加,主要原因是生物炭氮含量较高,并且能够促进微生物将矿质态氮转化为有机氮,增强土壤对氮素的吸附,减少氮素的流失,导致土壤中总氮含量增加[48-49]。当施用时间超过2 a 时,生物炭对土壤NH4+-N 和盐基离子含量的增加效果逐渐降低,这主要是由于生物炭具有较高的生物化学稳定性,施用一段时间内难以被降解,对持续改善土壤理化性质的作用有限[50-51]。本研究表明,施用生物炭对土壤CEC 的增加效果在施用量为10～40 t·hm-2时最明显,该结果与Liang 等[52]的研究结果一致。原因可能是超量生物炭施入土壤后,生物炭对土壤养分的固持能力有所降低,吸附土壤阳离子能力下降[53]。黄超等[54]研究发现,生物炭施用时间超过2 a 时,生物炭芳香结构边缘逐渐氧化,形成碳基、酚基等官能团,从而增加了阳离子的吸附,导致旱地红壤中CEC 显著增加。

土壤质地和酸碱度也是影响施用生物炭条件下土壤化学性质变化的重要因素。分析结果显示,砂质和黏质土壤中单施生物炭对土壤总氮含量和CEC的增加幅度显著高于壤质土壤,主要原因可能是砂质土壤结构较为松散,生物炭易于进入土壤,充分利用生物炭表面的官能团和比表面积,其中生物炭吸附更多养分离子,避免养分的流失[46,55]。针对不同pH 土壤的分析结果表明,土壤pH＞7.5 时单施生物炭显著增加了土壤NO3--N 含量,其原因可能是土壤硝化作用受到土壤pH 的影响,pH 越高硝化速率越快,促进了土壤NO3--N 含量的增加[56]。而在pH＜6.5 土壤条件下,单施生物炭和生物炭配施化肥显著增加了土壤盐基离子含量,主要原因是生物炭中盐基离子(硅酸盐和碳酸氢盐等)可与土壤溶液中H+结合,释放出生物炭中盐基阳离子,同样提高了土壤pH 从而增加了磷的有效性,导致土壤Olsen-P 含量增加[57]。

由于收集样本数量的限制,未考虑试验条件如盆栽和大田的影响,部分试验结果有一定的条件适应性。本研究定量化分析了单施生物炭和生物炭与化肥配施对土壤理化性质的影响,为土壤培肥和粮食增产提供了科学依据。未来研究仍需加强生物炭制备和生物炭对土壤养分影响机理方面的探究,为进一步促进绿色农业的高质量发展提供支撑。

4 结论

生物质炭由于制备原料和工艺的差异而具备不同的酸碱性和吸附特性,施用生物炭能显著提高土壤氮磷养分有效性和交换性盐基离子性能。在不同生物质炭特性和土壤条件下,生物炭单施或与化肥配施对土壤NH4+-N、NO3--N 和Olsen-P,以及钙镁离子及交换性能的影响存在明显差异。其中,生物炭与化肥配施对土壤养分有效性的增加幅度高于单施生物炭,而单施生物炭对土壤盐基离子的提升效果比生物炭与化肥配施效果更加显著。影响生物炭的施用效果与生物炭属性、施用量以及土壤属性密切相关。在酸性和砂质土壤条件下,单施生物炭对土壤总氮、Olsen-P、盐基离子和阳离子交换量的增加较为显著;低于500 ℃制备的偏碱性(pH＞8)木材类生物炭对土壤磷有效性提升效果较好,特别是在酸性的砂土中效果更加明显;生物炭制备温度在400～500 ℃、原料C/N 比值低于50、原料pH＞9 的秸秆类生物炭能显著增加酸性土壤中Ca2+和Mg2+含量。优选生物炭施用方式和条件以达最佳效果,对土壤保肥能力提升具有重要意义。