文 献 综 述

题 目：生物炭在农业生产上的研究进展

生物炭在农业生产上的研究进展

摘要：作为重要的土壤改良剂、污染物质吸附剂的生物炭在农业和环境中具有巨大的应用价值和现实意义，因而受到国内外学者们的普遍关注。生物炭具有多孔性和巨大的表面积，它能够增加土壤的持水量、增加对营养元素的吸附以减少其流失并改善土壤的结构，此外生物炭本身含有丰富的营养元素并能够缓慢释放以供作物吸收，因此生物炭能改善土壤肥力并增加农作物产量。同时，生物炭巨大的吸附功能可以降低重金属和有机污染物在土壤及污水中的活性，起到降低污染物浓度的作用。因此生物炭在农业增产和减少污染方面有巨大的潜力。本文基于生物炭在农业增产和重金属污染治理方面的国内外研究文献，综述了生物炭的基本理化特性及对土壤重金属污染的改良作用，分析了生物炭对土壤肥力及作物增加产量提高品质的影响，阐述了生物炭对土壤重金属污染修复机理,及该领域未来的发展动向，为生物炭的全面研究和应用提供参考。

关键词：生物炭；农业增产；土壤改良；重金属污染治理

1 引言

生物炭是一种细粒度和多孔的物质，外观类似木炭，是由生物质在缺氧条件下高温热解或燃烧生成。而在国际生物炭组织(IBI)对生物炭的定义中，进一步强调了其被目的性地施用到农业土壤及其环境效益的需求。生物炭的生产工艺相对简单, 原材料来源广泛且价格低廉, 使得炭在农业生产上应用成为了可能。生物炭施入土壤以后, 可以增加土壤的碳汇, 缓解气候危机; 还可以提升土壤肥力, 增加作物产量。

在中国，重金属污染和农业面源污染已经成为国家和科学家们重点关注的环境问题，并且我国的重金属治理形势极其严峻。同时由于70年代以来，农民过量使用化肥和杀虫剂等造成了Ｎ、Ｐ等营养元素以及有机污染物通过土壤进入水体造成了严重的有机污染以及水体富营养化，鉴于生物炭的多孔性以及较大的表面积，为改善中国的面源污染提供了可靠的途径。

2 生物炭在农业生产上的研究进展

2.1 生物炭的概念及其理化性质

目前为止，生物炭还没有十分确切的定义。一般认为，生物炭是生物质在供氧不足条件下发生不完全燃烧热裂解后所形成的产物(Antal and Gronli, 2003)。生物炭属于黑碳的一种，多为颗粒细致、质地较轻的黑色蓬松状固态物质，主要组成元素为碳、氢、氧、氮等，含碳量多在70%以上。其原料来源广泛，农业废弃物(如鸡粪、猪粪、木屑、秸秆)、城市污泥以及工业有机废弃物等都可作为其原料。

生物炭多孔，比表面积大，容重小，吸水、气能力强，多带负电荷，能形成电磁场(陈温福，2011;杨放，2012)。生物炭具有高度的芳香化、生物化学抗分解性和物理的热稳定性(刘玉学，2009)。因此，生物炭能够促进植物对营养元素的吸收，有利于土壤微生物的生长，还利于吸附土壤和水体中重金属污染物质和有机污染物，减少农药残留(钟哲科，2009)。

由此可见，生物炭的性质决定其对污染物的吸附行为以及环境效应。因此，认知生物炭的性质，掌握生物炭对污染物吸附的影响及其作用机制显得至关重要。

2.2 生物炭在农业生产上的应用

2.2.1改良土壤及重金属污染治理

生物炭的土壤改良剂功能源于南美亚马逊盆地黑土（Terra Preta）的发现及研究。19 世纪，当时生活在亚马逊河流域的人们发现了一种特殊的“黑土壤”，这种称为Terra Preta（TP）的土壤是古人类刀耕火种形成的一种特殊的肥沃土壤，其所含的有机炭是普通土壤的3~4 倍，对恢复土壤生产力和改良土壤具有重要作用。据报道，酸性土壤占世界可耕种面积的30%，酸性条件下可导致铝对植物的毒性，还可引起P、Mo、Ca 和Mg 的缺失，这将影响作物的生长和产量。而生物炭大都呈碱性，生物炭施入土壤，对酸性土壤的改良、提高土壤pH 值，减轻铝毒性具有显著效果。

重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。随着中国经济的飞速发展，重金属污染变得相当普遍，特别是中国的南方地区。生物炭主要针对土壤的重金属污染，其中包括铅、镉、铜等。其主要原理还是利用生物炭巨大的比表面积、表面各种基团较强的吸附能力和表面的的离子交换反应。

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