生物炭在农作物生产上的应用研究

牛静怡，李晓红

（辽东学院农学院，辽宁 丹东 118003）

生物炭是秸秆等通过高温裂解之后的产物，因其具有含碳量高、吸附性强等特点，受到人们的广泛关注，已经成为一个新的研究热点。

1 生物炭对土壤的影响

生物炭作为直接输送到土壤中的物质，会导致土壤的物理化学性质发生改变，对土壤的微生态环境产生直接或间接影响，从而影响土壤的养分输送及肥力状况，主要表现在影响土壤容重、pH 值及土壤速效养分等方面［1］。土壤容重直接影响土壤孔隙度和通气状况，从而促进微生物活动和土壤养分转化，而生物炭输入到土壤中可提高土壤的疏松度，降低土壤容重［2］，能为微生物提供良好的生存环境，同时为土壤增加碳源和氮源，提高微生物的活性，加快代谢过程，提高微生物的数量［3］，Steiner C等（2007）［4］研究表明，在一定数值内生物炭的添加量与土壤微生物的数量表现为正相关。

张伟明（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。尹小红等（2021）［6］试验研究发现，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］研究发现，添加生物炭、土壤pH 值越低，所受到的影响越显著，但中性或者碱性土壤基本受不到很大影响。

何秀峰等（2020）［8］、郑慧芬等（2019）［9］研究表明，生物炭可以有效改善土壤养分含量，生物炭施加量增多，土壤中有机质、有效磷、速效钾含量随之增多。生物炭能提高土壤肥力，另外通过掺混法制备碳基复合肥，能够明显延长氮素的供应时间，增加土壤总氮量及有效磷含量［10］。

此外，生物炭可有效吸收土壤中的重金属。刘烨和周佳浩（2022）［11］研究表明，生物炭对电镀泥中Pb2+的最佳去除率达到98.59%，对电镀污泥中Cu2+的最佳除去率达到98.54%，对Cr2+的最佳除去率达到92.57%，对电镀污泥中Cd2+的最佳去除率达到65.21%。杜胜南（2013）［12］研究生物炭对土壤镉的影响，认为可以运用生物炭所特有的吸附性降低土壤中交换态镉的含量，间接减小镉的危害。

2 生物炭对农作物生长的影响

生物炭的使用与农作物生长有一定关系，田丽等研究生物炭对萝卜幼苗生长影响的试验发现，在土壤中添加生物炭，会明显提高萝卜幼苗的鲜重和株高。在番茄栽培中使用不同配比的生物炭，番茄植株的茎粗、株高和干物质重增加［13］，番茄的壮苗指数、根冠比、根系活力提升［14］，叶片数、不同叶位叶轴长、叶面积均高于对照［15］。汪勇等（2021）［16］关于生物炭对双季稻生长的试验指出，施加生物炭后可以增加有效穗数、穗粒数和结实率，显著提高早、晚稻地上部生物量。高明博等（2016）［17］指出，与未添加生物炭处理相比，施用生物炭可明显提高烤烟的株高、有效叶数、最大叶面积及干物质量。但是，生物炭并不是对所有作物生长过程始终具有促进作用。在研究大豆的生长与生物炭之间的关系时发现，大豆前期生长发育受到抑制，抑制效果随着时间的推移逐渐减小［18］；施加生物炭处理后，大豆干物质重显著提升［19］，但施加过多反而抑制大豆生长［20］；张晗芝等（2010）［21］在研究玉米中也得出相同结论，施加生物炭会抑制玉米前期生长，但随着生长时间推移，抑制效果缓慢减弱，生物炭有利于作物后期发育。

3 生物炭对农作物光合特性的影响

通常，绿色植物通过光合作用获取养分，光合作用是植物生长的重要过程。一些研究表明，施用生物炭对农作物的光合特性有一定影响。丁守鹏等（2021）［22］指出，应用一定量的生物炭，能提高番茄的光合度、气孔导度以及蒸腾速率，对光合作用起到促进作用。刘术均等（2018）［23］研究生物炭处理对茄子光合特性的影响发现，增施生物炭，可以使茄子净光合速率、蒸腾速率和气孔导度数值显著上升，提高茄子的光合作用。刘林芝（2022）［24］研究发现，增施生物炭可以降低农作物胞间二氧化碳浓度。施用生物炭可以提高冬小麦开花期和灌浆期的光合潜力，提高灌浆期模拟所得到的最大净光合率，但生物炭在一定范围内促进光合作用，施用过量会造成开花期和灌浆期光合性能降低［25］。王力等（2021）［26］研究发现，施加生物炭后可以提高青贮玉米的光合作用，提高烟叶质体色素含量、净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率。冯美玲（2019）［27］研究发现，在土壤中添加生物炭可以提高白芨的光合能力。

4 生物炭对农作物品质的影响

有学者研究发现，由于生物质炭基肥能改善土壤生物酶活性，蔬菜品质会随着土壤肥力的提高而提高［28-29］。试验表明，施加生物炭基肥可以降低苦苣植株硝酸盐含量［30］，提高维生素C 和可溶性糖含量，改善品质。对猕猴桃采用生物炭和有机肥混施处理，极显著提高了果实的可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白质、维生素C含量和糖酸比，显著降低了可滴定酸含量［31］。有研究表明，生物炭处理可以显著降低樱桃番茄果实中硝酸盐和可滴定酸的含量，施加生物炭10 000 kg/hm2能显著提高樱桃番茄果实番茄红素、可溶性蛋白、可溶性固形物、维生素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］，也可以提高黄瓜的可溶性固形物的含量［33］，提升黄瓜的品质［34］。徐绮雯等（2020）［35］研究生物炭与化肥配施对油菜产量品质的影响发现，生物炭与减量化肥配施，对油菜中不利于人体健康芥酸、硫苷与亚麻酸起到显著的抑制作用，促进油酸含量的增加和黄籽度水平提高，提升油菜的品质。

5 生物炭对农作物产量的影响

段建军等（2022）［36］试验表明，在相对比较理想的氮肥减量、施加生物炭处理下，水稻产量相较于不作处理有显著提高。戴皖宁等（2019）［37］的试验表明，生物炭能显著提高玉米产量且随着施用量的增加而增大，但4、12 t/hm2生物炭处理间无显著性差异。李培培等（2014）［38］指出，施用生物炭能够显著提高玉米产量。孙萌芮（2020）［39］指出，生物炭施用量增加，玉米产量随着增加，16、32 t/hm2与CK 相比均达到差异显著水平，但是二者之间差异不显著，施用量16 t/hm2最为经济有效。勾芒芒和屈忠义（2013）［40］关于番茄的试验表明，施加生物炭能提高番茄产量。王彩云等（2018）［41］研究证明，在温室中连作6年和10年黄瓜的土壤中添加质量比为5%的生物炭，可提高果实产量，减缓连作对黄瓜的生育障碍。江福英等（2015）［42］研究显示，在土壤中施加生物炭，茶叶产量比CK 提高3.24%～13.49%，以16 t/hm2处理效果最好，但各处理间差异不显著。

6 结束语

通过对生物炭在农作物生产上应用的研究工作的回顾，可以得出结论：在土壤中添加生物炭，能够改良土壤理化性质，提高肥料利用率［43］，增加光合作用，促进作物生长，改善品质，提高产量，但长期或过量施用生物质炭，可能会对土壤有机碳的质量产生负面影响，降低土壤有机质活性，影响土壤质量［44］。科研人员还需不断扩展生物炭应用研究。