炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响-土壤
土 壤 (Soils), 2014, 46(5): 814–818
①基金项目：国家自然科学基金项目(31260502)资助。 * 通讯作者(paul98@sina.com)
作者简介：侯建伟(1986—)，男，内蒙古通辽人，博士研究生，主要从事土壤肥力与植物营养研究。E-mail: hjw19860627@126.com
炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响①
侯建伟，索全义*，梁 桓，韩雪琦，刘长涛
(内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特 010018)
摘 要：沙蒿是半灌木典型沙生植物，作为制炭物料具有其特殊性，而炭化温度决定生物炭形貌特征和化学性
质。通过无氧炭化法制备了不同温度(300 ~ 900℃)的沙蒿生物炭，研究了炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征、表面官能
团种类、产率变化和有机组分含量的影响。结果表明：生物炭孔径随着炭化温度的升高而增大，700℃以后生物炭结
构有一定程度的破坏；生物质炭化后C–O–C、–COOH、–CH3、–CH2、–OH和C=O逐渐消失；生物炭产率随着炭化
温度的升高而降低，尤其是从 300℃升高至 400℃产率降低最为明显，这与纤维素及半纤维素的分解有直接关系；生
物炭中有机组分的C元素含量增加，由 701.7 g/kg 增加到 899.3 g/kg，增加了 197.6 g/kg；而H、O和N元素含量则
逐渐降低，分别降低了21.4、171.8 和 6.6 g/kg；生物炭中有机组分的原子比 H/C、O/C 和 (N + O)/C 都逐渐减小。
总之，生物质升温炭化过程中，炭化温度与生物炭孔径及有机组分的C元素含量呈正相关关系而与生物炭产率、生物
炭中有机组分的H、O和N元素含量呈负相关关系，低温和中温炭化时生物炭保留原有的骨架结构，而高温时对其有
一定程度的破坏作用，沙蒿生物质含有丰富的官能团，升温裂解过程中多数官能团消失，无机组分 Si–O–Si 得以保留，
此外，生物质升温裂解是一个芳香性逐渐增强，亲水性和极性逐渐减弱的过程。
关键词：沙蒿；生物炭；表面结构；官能团；生物炭产率；有机组分
中图分类号：S152.4
沙篙是菊科篙属(Artemisia)的一个半灌木类群，
是一种典型的沙生植物，具有很强的抗寒、抗旱和耐
沙埋等特性。沙蒿在其生境中经过漫长的自然选择成
为建群种和优势种，广泛地分布在半固定或固定的沙
地，是较好的固沙防风植物，在生态保护和恢复中起
到了非常重要的作用，也是恶劣生境下的重要碳汇植
物。沙蒿平茬或刈割可明显促进其生长，增强它的生
活能力，平茬或刈割后的沙蒿可将其就地转化成为生
物炭(biochar，无氧条件下炭化的产物[1–3])进行沙地
封存。这一方面可以利用生物炭的稳定性实现碳汇的
目的，为减缓全球气候变化做出贡献；另一方面可利
用生物炭的多孔性、亲水性、吸附性等特性，实现改
善沙地生境效应的作用[4–5]。
生物炭的特性由原料和制备条件所决定。目前研
究制备生物炭的原料主要包括阔叶树、牧草、树皮、
作物残余物(如稻草、坚果壳和稻壳)、柳枝梭、有机
废物(如酒糟、甘蔗渣、橄榄废物、鸡粪、牛粪、剩
余污泥和纸浆)等，而对沙地特殊生境下的沙蒿作为
制取生物炭材料的研究尚未见报道[6]。 近些年来，因生物炭可充分发挥环境和农业效益
而备受研究者的亲睐，而生物炭的含碳率高、孔隙
结构丰富、比表面积大、理化性质稳定等固有的特
点是生物炭还田改土[7–9]、提高农作物产量、缓释肥
效[10–12]，实现碳封存的重要结构基础。为此，本试
验以沙生植物沙蒿为材料，研究炭化温度对沙蒿生物
炭产率、表面特征、官能团、有机组分含量和有机组
分中原子比的影响，为沙蒿生物炭的制取和应用提供
基本依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为黑沙蒿，取自内蒙古呼和浩特市托克
托县沙地，该沙地是库布齐沙地的东缘，分布在托克
托县的西南。将取回的沙蒿平铺于室外阳光下晒干后
粉碎放入烘箱中65℃烘至恒重(约24 h)，然后放入干
燥器中以备制取生物炭。
1.2 试验设计
炭化温度设300、400、500、600、700、800和第5期 侯建伟等：炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响 815
900℃ 7个梯度，炭化时的升温速率为150/h℃，炭化
时间为1 h；每个处理均设3次重复。
1.3 生物炭的制备
炭化设备选用的是洛阳市西格马仪器制造有限
公司生产的人工智能箱式电阻炉(SGM.VB8/10)，该
设备可进行升温速率、炭化时间和炭化温度的调控。
称取烘干沙蒿25.0 g，在实验设计的条件下通过抽真
空创造无氧环境制备生物炭。炭化结束后使其自然降
温，备用。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 生物炭产率与元素组成 通过测定制备后
生物炭的质量(干基W1)和制备前沙蒿质量(干基W2)，
按公式(1)计算生物炭产率：
生物炭产率(%)= 1
2W
W×100 (1)
全碳(C)、氢(H)和氮(N)采用CHN元素分析仪(德
国elementar，Vario Macro) 测定，有机组分的元素
组成通过扣除灰分(直接灰化法)含量得到并最终计
算为质量百分数，氧(O)元素含量采用差量法计算，
样品平行测定 3 次，用平均值计算有机质组分的 H/C、
O/C 和(O + N)/C 的原子比。
1.4.2 热重分析 用热重分析仪(德国耐驰STA409pc)
对过 10目筛的沙蒿生物质进行热重分析，样品用量
10.0 mg，温度范围为30 ~ 1 000℃、升温速度 2.5℃/min，
氮气氛围、流量为 120 ml/min；每次实验之前空载
进行，标定仪器，确保测试的准确性；由温度与样品
质量绘制热重曲线(TG)。 1.4.3 生物炭形貌特征 生物炭形貌特征采用日
本日立公司生产的S-530型扫描电镜进行扫描。
1.4.4 红外光谱(FTIR) 用傅里叶变换红外光谱
仪(NEXUS670，美国)测定沙蒿和不同条件下制备的
生物炭的红外光谱图。测试条件：采用KBr压片制
样，波数范围 4 000 ~ 400 cm–1，分辨率2.0 cm–1。
1.5 数据分析
数据处理利用SAS9.0进行方差分析(ANOVA)和
相关性分析(CORR)，Excel计算数据置信区间及绘制
图表，利用Ominic8.2和Origin V8.0进行红外谱图的
处理与制作。
2 结果与分析
2.1 炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征的影响
由不同炭化温度下沙蒿生物炭200倍的电镜扫
描图片(图1)可知，沙蒿生物质炭化后生物炭具有大
量疏松的孔隙结构，且孔径随着炭化温度的升高而增
大。在300 ~ 600℃ 炭化后，原有主体结构均得到了
完整保留且形成的碳架结构更为清晰、明显；700℃
以后原有主体结构均遭到不同程度的破坏，具体表现
为：炭化温度达到700℃时，髓部孔隙增大并开始外
化破裂；炭化温度达到800℃时，韧皮部、木质部及
髓呈簇状脱落，出现了比较大的孔隙但部分结构还可
见到；炭化温度达到900℃时，生物炭的各种结构遭
到严重破坏混成一片已分不出各自结构，且部分结构
呈现块状脱落。一方面，可能是由于温度上升引起更
多的挥发性产物析出，这些挥发性产物通过炭表面进
图1 不同炭化温度下沙蒿生物炭形貌特征 Fig. 1 Morphology features of Artemisia ordosica biochar under different carbonization temperature 816 土 壤 第46卷
入到气相空间，此时的炭已经很难保持原来的骨架结
构；另一方面，生物质升温裂解过程中骨架结构不断
收缩、断裂，部分结构脱落无固定结构的粉末状物质
增多，生物炭变得更加无序。
2.2 炭化温度对沙蒿生物炭化学性质的影响
2.2.1 炭化温度对沙蒿生物炭表面官能团的影响 由
沙蒿生物炭的红外谱图(图2)可知，沙蒿生物质含有
丰富的官能团：3 000 ~ 3 665 cm–1宽吸收峰来自羟基
(–OH)的伸缩振动，2 927 cm–1 和2 856 cm–1处分别
为脂肪性 –CH2的不对称和对称伸缩振动峰，1 700 ~
1 740 cm–1处吸收峰主要是羧酸的C=O伸缩振动吸
收，1 613 cm–1处为芳环的C=C或C=O伸缩振动峰，
1 440 cm–1和1 375 cm–1处的吸收峰分别为木质素中的芳
香性C=C和O–H 振动，1 247 cm–1和1 040 cm–1处为纤
维素或半纤维素的C–O–C 振动吸收峰，466 ~ 1 081 cm–1
为Si–O–Si 的振动吸收峰。
不同特征吸收峰可以解析为不同基团振动。由图
2可知，不同温度的生物炭有相同的分子结构特点。结
合官能团红外光谱特征，进一步分析认为：在3 400 cm–1
左右有宽吸收峰，表明生物炭有大量的 –OH存在；
在1 602 cm–1左右出现了芳环骨架或C=O的伸缩振
动，表明生物炭表面存在芳环、酮类或醛类。由此，
可推断生物炭结构可能是以芳环骨架为主，还可能含
有芳香醚等官能团。
图2 沙蒿生物质及不同炭化温度下生物炭的红外谱图 Fig. 2 FTIRs of Artemisia ordosica biomass and biochar under different carbonization temperature
由图2还可看出，不同炭化温度的生物炭所含官
能团有一定的差异，同种官能团的振动形式也不同。
300 ~ 500℃炭化制取的生物炭不仅有 –OH的伸缩振
动，还有 –OH面内变形和C–O或C=O的伸缩振动，
这与郝蓉等[13]研究不一致，说明形成条件和物料可一定程度地影响生物炭的结构性质。600 ~ 700℃炭化制
取的生物炭有面内变形和C–O或C=O的伸缩振动，
800 ~ 900℃炭化制取的生物炭并未出现 –OH的伸缩
振动、面内变形和C–O或C=O伸缩振动。同时还可
发现，不同炭化温度制取的生物炭吸收强度或峰面
积也有差异，因此可推测官能团在整个生物炭分子
组成上的含量不同。沙蒿主要由纤维素、半纤维素和木
质素组成。C–O–C存在于半纤维素和纤维素主链上，
C–O–C的逆对称和对称伸缩振动频率分别在1 247
cm–1和1 040 cm–1，但生物炭中400℃以后未见到其
相关吸收峰，说明半纤维素和纤维素在炭化温度达到
400℃以后C–O–C已经全部断裂。–COOH的伸缩振
动峰位于1 820 ~ 1 648 cm–1，在生物炭中也未见其相
关吸收峰，这是因为 –COOH的热稳定性较差，炭化
时易产生化学反应变成水和气体。–CH3的不对称和
对称伸缩振动峰值分别位于2 972 ~ 2 953 cm–1和
2 882 ~ 2 862 cm–1，–CH2的不对称和对称伸缩振动峰
值分别位于2 940 ~ 2 916 cm–1和2 863 ~ 2 843 cm–1，
在300℃以后生物炭中同样未见其相关吸收峰，说明在
炭化过程中也已热解消失，这与陈再明等[14]研究一致。
2.2.2 炭化温度对沙蒿生物炭产率变化的影响 炭
化时间和升温速率一定时，炭化温度和生物炭得率高
度负相关(相关系数为 –0.878 9**)，这与已有研究结
果一致[15–16]，其中由300℃升高至400℃时降低最为
明显，降低了10.78%，而400℃以后炭产率缓慢降低
农业资源与环境论文：生物炭对沙化土壤理化性质及作物幼苗的影响
生物炭对沙化土壤理化性质及作物幼苗的影响
摘要：设置9个生物炭施加比例，通过盆栽试验测定生物炭对吉林省西部沙化土壤性质及2种作物幼苗生长的影响。结果表明，随着生物炭施加量的增加，土壤的电导率、pH值、有机质含量及营养元素含量均有所增加，对沙土壤性状改良有一定效果。一定量的生物炭对作物幼苗生物量的积累以及组织含水量产生促进作用，但是生物炭施加比例过高时反而会对幼苗生长产生抑制。与播种前相比，作物收获后土壤中的速效营养成分含量有所下降，而播种前后对土壤有机质含量的影响效应不明显。
关键词：生物炭；沙化土壤；理化性质；生长指标
土地沙化是人类面临的世界性环境问题，制约了当地经济、农业以及生态环境的可持续发展，土壤中如果施加相应的改良剂，可能会减少表土由于风蚀和水分蒸发引起的土壤破坏和侵蚀[1]。南美亚马逊盆地“黑土”（Terra preta）至今仍为全球最肥沃的土壤之一，这种土壤是南美洲土著人用木炭等作为改良剂对当地高风化淋溶土
壤改良的结果。改良过程最初是通过生物炭与生物废弃物（粪便和骨头等食余）混合的产物，经微生物转化，形成类似生物炭-有机肥的基质[2-3]。有研究者认为，“复制”这种黑土的改良技术可以作为提高农业产量和土壤修复的一个新途径[2]。生物炭是由生物质材料高温裂解的含黑炭的产物[4]，施加到土壤中可以增加土壤的水分保持与供应能力，从而增加沙化和酸性土壤的持水量[5-6]。生物炭的比表面积是沙土的上千倍，这表明生物炭可以作为土壤改良剂施加到沙化土壤中，提高保水保肥能力。有研究表明，在干旱胁迫下，施加生物炭后可以通过增加作物水分吸收而提高作物产量[1，7]，一定比例的秸秆生物炭可以提高不同土壤（特别是沙化土壤）的持水量。同时，生物炭可以改善土壤理化性质，提高土壤团聚体稳定性，降低土壤强度以及容重等[8-11]。本研究通过设置不同生物炭施加比例进行盆栽试验，探讨生物炭作为改良剂施加到沙化土壤中，对其性质以及作物幼苗生长的影响，为沙化土壤的合理利用提供理论和实践基础。
生物炭对土壤肥力、作物产量及品质的影响研究
生物炭对土壤肥力、作物产量及品质的影响研究
摘要：所谓生物炭，主要是在厌氧或无氧条件下，经过低温热解，生物材料会形成一类具有孔隙率发达、性质稳定、含有碳素、比表面积较大等特点的固态多功能材料。将生物炭应用在土壤中，可改善土壤结构、增加土壤养分、强化蓄肥保水力，使植物菌根更好的生长，最终可达到作物品质及产量提升的目的。鉴于此，文章详细论述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质的影响，以期对业界人士有所参考与借鉴，最终能够为农业更好的发展助力。
关键词：生物炭；土壤肥力；作物产量；品质；影响
前言：将生物炭应用在土壤改良中，不但能够改善土壤结构，也会使土壤养分含量获得更好提升，确保植物菌根的稳固健康生长，切实实现农作物产量与品质的提升。如今，业界人士也在深入开展对生物炭的有关研究工作，相信在未来的农业发展中，一定会广泛的应用生物炭。
1生物炭对土壤养分的影响
生物炭对土壤容重和孔隙度的影响与土壤团聚体的形成有关。大量实验证明，生物炭中的醌基等官能团及其多孔性可使土壤团聚体的结构得以有效改善，且生物炭的性质与施加量均会使改善效果受到影响。比如，生物炭粒径的大小会影响生物炭、微生物及土壤彼此间的互相作用效果，粒径粗的生物炭能够使大团聚体延缓形成，将生物炭加入到质地黏重的土壤中，一般会使大团聚体含量增加，同时也会使微团聚体含量降低。与此同时，若生物炭施加量低或土壤和生物炭反应时间短时，那么会使团聚体的分布及稳定性得不到有效调节，将适量的生物炭长期施加在特定的土壤中，会显著提升土壤团聚体的形成过程，最终可有效提高其稳定性。 生物炭中有很多矿质营养元素，比如钙、钾、氮、磷等，这部分矿质营养元素能够有效提高土壤养分，同时也可保证生产力的提高。生物材料通过低温热解后可得到生物炭，其中含有很高的碳元素，且碳氮比与钾含量等也非常高，然而，磷与氮的含量却很少，一旦温度不断增加，其中的碳含量会显著降低，其中的钾、磷和氮的含量则会增加，与此同时，PH值也会得到 提升。应用生物炭，还可以提高阳离子交换层析这样就确保了土壤有更高的营养，同时植物生长需要的养分也能够得以满足。在高吸附与化学反应等方面，生物炭优势显著，它能促进肥料的缓慢释放，延缓肥料养分的释放，且其中的营养离子不会大量的溶解迁移，自然会降低养分流失，也可以有效提高实际的利用率
生物炭改良土壤的原理
生物炭改良土壤的原理
一、增加土壤有机质
生物炭是由生物残体在缺氧或低氧条件下热解形成的炭化物质。它的有机碳含量很高，通常在60%以上。将生物炭施入土壤后，能够显著增加土壤中有机碳的含量，提高土壤的有机质水平。这种增加可以改善土壤的物理性质，提高土壤的保水能力和养分保持能力。
二、改善土壤结构
生物炭的多孔性和高比表面积使其具有良好的吸附性能，能够改善土壤的孔隙度和通透性，降低土壤容重，提高土壤的持水能力。此外，生物炭还能促进土壤团聚体的形成，进一步改善土壤的结构和稳定性。
三、提高土壤pH值
生物炭具有较高的pH值，通常在7-9之间。将生物炭施入土壤后，可以提高土壤的pH值，降低土壤酸度。这对于改善酸性土壤和防止土壤酸化具有重要的意义。
四、吸附和缓释营养元素
生物炭具有巨大的比表面积和多孔性，能够吸附和缓释营养元素，如氮、磷、钾等。这种吸附作用可以减少营养元素的流失，提高养分的利用率。同时，生物炭的缓释作用可以调节养分的释放速率，延长养分供应时间，有利于植物的生长。
五、促进微生物生长繁殖
生物炭的多孔性和高比表面积为其提供了良好的生物环境，能够为微生物提供附着和栖息的场所。同时，生物炭还含有一定的养分和有机碳，能够为微生物提供能量来源和生长所需的营养物质。因此，生物炭的应用可以促进土壤微生物的生长繁殖，提高土壤微生物活性。微生物的生长繁殖可以进一步改善土壤的理化性质，提高土壤肥力。
生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和腐殖质组成的影响
生物质炭（biochar）属于黑炭的一种类型，是由植
物生物质在完全或部分缺氧情况下经热解炭化产生
的一类高度芳香化的难熔性固态物质[1]，具有高度热
稳定性和较强吸附特性。据估测，全球每年通过生物体燃烧形成的生物质炭数量在50×1012～200×1012g，且
随着人类活动还将不断上升。常见的生物质炭包括木
炭、秸秆炭、竹炭、稻壳炭等[2]，有研究报道生物质炭主
要包括碳（一般高达60%以上）、氢、氧等，其次是灰分
（包括钾、钙、钠、镁、硅等）。据Demirbas报道，生物质
炭的元素组成为：C（66.6%~87.9%）、H（1.2%~2.9%）、O（10.6%~26.6%）[3]。其元素组成由最终炭化温度决
定，随着最终炭化温度的升高，其含碳量增加，氢和氧
的含量降低，灰分含量亦有所增加[4]。Abdul等利用热农业环境科学学报2011,30(10):2075-2080JournalofAgro-EnvironmentScience
摘要：生物质炭是具有高度热稳定性和较强吸附特性的含碳物质，不同来源生物质炭的结构性质可能存在着很大的差异。为此对2种自制的不同来源生物质炭和1种商业黑炭进行了结构表征，并研究了添加生物质炭对土壤有效养分和腐殖质组成的影响。结果表明，不同来源的生物质炭在结构上有明显区别：秸秆生物质炭的芳构化程度和热稳定性最低，脂族性最强；商业黑炭缩合程度和热稳定性最高，脂族性最弱；松枝生物质炭介于二者之间。向土壤中添加秸秆生物质炭和松枝生物质炭培养45d后，土壤有机碳含量、胡敏酸和富里酸含量、有效养分含量都有不同程度的增加，同时胡敏酸的色调系数ΔlgK降低，对土壤有机碳的长期保存有积极意义。关键词：生物质炭；结构性质；土壤有效养分；腐殖质组成中图分类号：S153.6文献标志码：A文章编号：1672-2043(2011)10-2075-06生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和
腐殖质组成的影响
周桂玉，窦森*，刘世杰
炭化温度对3种果核类生物炭特性的影响
炭化温度对3种果核类生物炭特性的影响
彭友舜;秦兆文;杨敬波
【摘 要】以葡萄籽、山楂籽、樱桃籽为原材料,在氩气保护下,设置不同温度采用程序升温法制备生物炭,并进行理化性质表征及对Pb2+最大吸附量试验,研究制备温度对3种果核类生物炭的理化性质及其特性的影响.结果表明,随着热解温度的升高,3种果核类生物炭的pH值、灰分含量、比表面积及碳含量均逐渐增大,产率及氢、氧、氮含量逐渐减小;在650、450、350℃条件下制备出的葡萄籽、山楂籽、樱桃籽生物炭对Pb2+吸附效果最佳.随炭化温度升高,生物炭的比表面积逐渐增加,孔隙数量增加,结构发展更完整;脂肪族基团数量逐渐减少,芳香族基团数量逐渐增加,芳香化程度增强.
【期刊名称】《江苏农业科学》
【年(卷),期】2018(046)023
【总页数】5页(P304-307,317)
【关键词】生物炭;葡萄籽;山楂籽;樱桃籽;果核;炭化温度;特性
【作 者】彭友舜;秦兆文;杨敬波
【作者单位】河北科技师范学院,河北秦皇岛06600;河北科技师范学院,河北秦皇岛06600;河北科技师范学院,河北秦皇岛06600
【正文语种】中 文
【中图分类】X712
将农产品加工废弃物在限氧热解条件下制备生物炭，对于减少温室气体排放[1]、土壤改良[2-3]等具有重大意义。不仅如此，越来越多研究表明，生物炭作为一种富碳、细颗粒、多孔材料[4]，在吸附水、固定土壤中重金属离子[5]、有机污染物[6]等方面具有巨大潜力。目前，国内外以农作物秸秆、农业残渣、动物粪便、污泥等为原料，对其制备生物炭的制备方法、条件以及理化特性等均进行了不同程度的研究。周丹丹等以花生壳、松木屑为原料，采用限氧升温炭化法，在200～500 ℃热裂解制得8种生物炭，并对其进行了表征[7]。吴诗雪[8]等以凤眼莲、稻草、污泥为原料，在250～550 ℃下热解制备生物炭，并对其形貌特征、元素组成等进行了表征，随着热解温度的升高，生物炭产率下降，碳含量升高，氢、氧比例降低。我国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，年排放量达40多亿t。合理利用农业废弃物制备生物炭，是控制农业环境污染的渠道之一。燕山地区盛产水果，加工方式以粗加工为主，其籽粒作为农产品加工的副产物，不仅没有得到充分利用，还在一定程度上对环境造成了污染。本试验在前人研究的基础上，选择葡萄籽、山楂籽、樱桃籽3种典型的果核类生物质材料为前体制备生物炭，以期为水果加工副产物的资源化利用，促进农业环保、循环、可持续发展寻求新的途径。
生物质炭的性质及其对土壤环境功能影响的研究进展_袁金华
生态环境学报 2011, 20(4): 779-785
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@
基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2009BADC6B02)
作者简介：袁金华(1982年生)，女，博士研究生，主要从事生物质炭的性质及其农用研究。E-mail: jhyuan@
*通讯联系人，E-mail: rkxu@
收稿日期：2011-03-30
生物质炭的性质及其对土壤环境功能影响的研究进展
袁金华1,2，徐仁扣1*
1. 中国科学院南京土壤研究所//土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008；2. 中国科学院研究生院，北京100049
摘要：在厌氧或者绝氧的条件下对生物质进行热解，可产生含碳丰富的固体物质，称为生物质炭。由于生物质炭在农业和环
境中的巨大应用前景和对土壤碳的增汇减排作用，近期成为土壤学和环境科学的研究热点。综述了生物质炭的一些基本性质
及其对土壤环境功能的影响，分析了该领域未来的发展趋势。国内外的研究表明：生物质炭含有大量植物所需的营养元素，
可以促进土壤养分的循环和植物的生长；生物质炭一般呈碱性，施用生物质炭可以降低土壤的酸度和有毒元素如铝和重金属
对植物的毒性；生物质炭表面含有丰富的-COOH、-COH和-OH等含氧官能团，它们产生的表面负电荷使生物质炭具有较高
的阳离子交换量(CEC)，施用后可以提高土壤的CEC；生物质炭对农药等有机污染物和重金属等有很强的吸附能力，可用于
污染土壤的修复；生物质炭具有高度的孔隙结构，可以增加土壤的空隙度和保水能力，降低土壤容重，有利植物根系生长；
生物质炭是一种含碳的聚合物，主要由单环和多环的芳香族化合物组成，这种结构特点决定了生物质炭具有较高的化学和生
生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响
1 生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响
摘要：为了明确以农业废弃物（棉杆、稻杆、花生壳）为原料制备的生物炭，在改善重庆黄壤土有效养分供给，提高持水抗旱能力中的作用，本研究通过室内（智能温室）的盆栽试验，考察棉杆、稻杆、花生壳为原料的生物炭对土壤理化性质的影响，以及对作物生长的影响。研究结果显示：3种生物炭对重庆黄壤土理化性质均有明显的改善作用。以棉杆为原料制备的生物炭，其对土壤的改良效果优于以稻秆和花生壳为原料的生物炭。土壤中补充棉杆生物炭为67kg/亩，土壤含水量与有机质含量分别提高了5.9%和27%，pH值由7.8提高到8.1。当棉杆生物炭添加量提高到335kg/亩，有机质含量进一步提高7%。利用生物炭和有机肥协同改良黄壤土，生物炭除具有良好的保水性能和提高土壤有机碳外，还能提高植物的存活率和产量。较未使用生物炭的土壤，其生物产量提高了6%。显示出生物炭在改良重庆黄壤土理化特性和提高作物产量等方面具有良好的应用前景。
关键字：生物炭；土壤理化性质；含水率； 有机质含量；pH值
生物炭是生物质在缺氧条件下高温热解产生的副产物，具有比表面积大，结构疏松多孔等特点 [1-3]。前人的研究表明在土壤中施加生物炭，通过增大土壤的比表面积,增加土壤的持水量[16-17]，增加土壤的pH值[18-19]，增加土壤的有机碳，保持土壤中的N、P元素同时为微生物提供寄生场所来改良土壤[20-21]，对作物的产量也有积极的促进作用[14-15]。但是，不同种类生物炭以及生物炭施加量的多少对其的影响不尽相同[4-6]，现在对生物炭生命周期以及生物炭对全国不同区域不同作物种类的土壤改良效果还缺乏系统的、长期的研究;对生物炭与肥料复合及肥料效益改善也缺乏系统研究[1-3]。故本文用生物炭对重庆地区黄壤的改良以及生物炭和有机肥的复合作用，并通过种植作物来验证改良效果，旨在得到实现土壤改
2 1.材料与方法
《生物炭对小麦-玉米生长发育及土壤特性的影响》
《生物炭对小麦-玉米生长发育及土壤特性的影响》
摘要：
本文通过实验研究生物炭对小麦-玉米生长发育及土壤特性的影响。通过对比分析，探讨了生物炭在农业生态系统中的潜在应用价值。实验结果表明，生物炭的施用对小麦和玉米的生长具有促进作用，同时对土壤特性的改善也有显著效果。
一、引言
随着环境问题的日益严重，生物炭作为一种可持续、环保的农业技术逐渐受到广泛关注。生物炭是由生物质在缺氧或限氧条件下热解产生的富含碳的固体物质，其施入土壤后能提高土壤肥力和保持土壤水分。本研究旨在探讨生物炭对小麦-玉米生长发育及土壤特性的影响，以期为农业生产提供科学依据。
二、研究方法
1. 实验材料
实验选取当地常见的小麦和玉米品种作为研究对象，生物炭选用某农业废弃物热解得到的生物炭。
2. 实验设计
实验设置对照组和实验组，对照组不施加生物炭，实验组在每亩土地上施加一定量的生物炭。分别在小麦和玉米的生长周期内进行采样和观测。
3. 数据收集与分析 收集小麦和玉米的生长数据，包括株高、叶面积、生物量等；同时测定土壤的pH值、有机质含量、土壤水分等指标。采用统计分析方法对数据进行处理和分析。
三、实验结果
1. 对小麦和玉米生长发育的影响
实验结果显示，施加生物炭的实验组小麦和玉米的株高、叶面积、生物量等指标均有所提高。具体来说，生物炭的施用能够促进小麦和玉米的生长，提高其产量。
2. 对土壤特性的影响
生物炭的施用能够显著改善土壤特性。实验组土壤的pH值有所提高，有机质含量增加，土壤水分保持能力增强。这有利于提高土壤的肥力和保持土壤的水分，为作物的生长提供良好的环境。
四、讨论
1. 生物炭的促进作用分析
生物炭的施用能够提高小麦和玉米的生长，这可能是由于生物炭具有较强的吸附性和保水性，能够提高土壤的保肥能力和水分保持能力，为作物的生长提供更好的环境。同时，生物炭中富含的营养元素也能够为作物提供养分。
2. 土壤特性的改善分析
生物炭对土壤磷素形态转化及有效性的影响
·13·13农业科学
生物炭是生物质能原料经热裂解之后的产物，主要成
分是碳分子。近年来，越来越多的研究认为，生物质炭对
土壤养分循环有重要的影响，而磷素作为土壤重要养分，
是研究者们研究的重点。农业生产中，磷肥及有机肥的大
量施入导致土壤磷素积累、磷素淋失等一系列问题。而生
物炭因为其特殊结构和理化性质，可作为有效的土壤改良
剂，可以吸附土壤中的磷素养分，延缓磷素养分释放，降
低磷素养分转化，减少磷素养分流失，影响土壤磷素养分
循环。本文主要从生物炭对土壤磷素物质的吸附、转化及
淋失三方面进行综述，旨在为农田生产中生物炭的合理施
用提供理论依据。
1.生物炭的元素组成和结构特性
生物炭含有60%以上的C元素，其他元素组成主要
为O、N、P、S 等。生物炭的元素组成与制炭过程中的炭
化温度生物炭的制备条件密切相关，就炭化温度而言，随
炭化温度的升高，C含量与灰分含量增加，H和O的含
量降低，不同温度条件下制备的稻秆生物炭（300 700）
的扫描电镜图如图1所示。生物炭丰富的孔隙结构、巨大
的比表面积及较高的稳定性特征对生物炭吸附矿质养分有
很大影响。生物炭的孔隙结构同时为菌根和细菌这些有益
的微生物提供了生存和繁殖的场所。此外，生物炭表面含
有很多官能团，如-OH、-C=O、-OR等，这使生物炭具
有酸、碱特性，同时也具有亲水、疏水双重特性，具有较
强的缓冲能力。
图1 不同温度条件下制备的稻秆生物炭（300 700）
扫描电镜图2.生物炭对磷的吸附作用
生物炭对磷素养分的吸附主要依靠表面吸附，包含化
学吸附（由化学键引起）和物理吸附（由分子间引力引起）
过程。周珊的研究表明，由于生物炭的孔隙多、比表面积大、
富含多种官能团等特点，可通过分子间引力吸附土壤中未
被作物吸收的磷酸盐。李际会的研究表明，改性生物炭对
磷酸盐的吸附特性同时符合物理吸附和化学吸附特性。
土壤环境中磷素养分的转化与迁移是造成农业面源
污染的主要原因。生物炭施入土壤后可以影响土壤对磷素
养分的吸附和解吸。生物炭能够吸附土壤中游离的磷素养
生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响
生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响
一、本文概述
本文旨在探讨生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响。随着农业生产的持续发展和化肥的广泛应用，土壤微生物群落的结构和功能受到了广泛关注。生物炭作为一种新兴的土壤改良剂，因其良好的吸附性能和生物活性，被广泛应用于土壤修复和改良。炭基硝酸铵作为一种新型肥料，结合了生物炭的优点和硝酸铵的速效性，有望在提高作物产量的改善土壤质量。
本文首先综述了生物炭和炭基硝酸铵的基本性质及其在农业领域的应用现状，为后续研究提供理论基础。随后，通过室内模拟实验，研究生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮的影响。通过对比分析不同处理下土壤微生物量碳、氮的动态变化，揭示生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物群落结构和功能的作用机制。本文还探讨了生物炭及炭基硝酸铵对土壤酶活性的影响，进一步揭示其对土壤生物学过程的影响。
本文的研究结果将有助于深入了解生物炭及炭基硝酸铵在土壤改良和农业生产中的作用，为农业可持续发展提供科学依据。本文的研究结果也将为生物炭和炭基硝酸铵的进一步应用和推广提供理论支持和实践指导。
二、文献综述
生物炭作为一种由生物质经过热解或气化产生的富碳产物，其在农业土壤改良和环境保护方面的应用日益受到关注。生物炭因其多孔性、高比表面积和良好的吸附性能，被认为能够有效改善土壤的物理、化学和生物性质。生物炭对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响也成为了研究的热点。
在土壤微生物量碳方面，已有研究表明，生物炭的施入可以增加土壤微生物量碳的含量。这主要归因于生物炭为土壤微生物提供了良好的栖息环境和碳源，促进了微生物的生长和繁殖。同时，生物炭还可以通过影响土壤温度和湿度等环境因素，间接影响土壤微生物量碳的变化。
对于土壤微生物量氮，生物炭的作用则更为复杂。一方面，生物炭可以通过吸附和固定大气中的氮素，增加土壤中的氮源，从而促进微生物的生长和氮的固定。另一方面，生物炭还可以通过改变土壤的酸碱度和氧化还原条件，影响微生物对氮的利用和转化。因此，生物炭对土壤微生物量氮的影响需要根据具体的土壤和环境条件进行综合分析。 土壤酶活性是反映土壤生物活性的重要指标之一。生物炭的施入可以改变土壤的pH值、有机质含量和微生物群落结构等因素，从而影响土壤酶的活性。一些研究表明，生物炭可以提高土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶等酶的活性，促进土壤有机质的分解和养分的转化。然而，也有研究表明，生物炭对土壤酶活性的影响并非总是积极的，其效果可能受到生物炭类型、施用量和土壤性质等多种因素的影响。