摘要
通过搜集公开发表的文献资料，运用整合分析方法（Meta-analysis）研究生物质炭施用对我国农作物产量和土壤固碳减排潜力的影响。
结果表明，生物质炭施用显著提高了作物产量，平均增产幅度为15.1%，其中旱作作物平均增产16.4%，水稻增产10.4%。试验土壤和生物质炭材料本身的理化特性与田间管理方式均会影响生物质炭施用下作物的增产幅度。土壤酸碱度和质地是影响增产幅度的重要因素：强酸性土壤中施用生物质炭作物增产幅度显著高于中性和碱性土壤；黏土和砂土中施用生物质炭作物增产幅度显著高于壤土。
生物质炭生产过程中的炭化温度对作物产量有重要影响，当炭化温度高于℃时，作物增产不显著。生物质炭施用显著降低了农田土壤氧化亚氮（N2O）排放量和稻田甲烷（CH4）排放量，平均降低幅度分别为13.6%和15.2%。土壤酸碱度和质地显著影响N2O减排幅度；生物质炭在中性和碱性土壤中的减排效果显著高于酸性土壤，而在强酸性土壤中N2O减排效果不显著；不同质地土壤中N2O的减排效果表现为壤土砂土黏土，壤土减排量达33.9%。氮肥施用量高于kg·hm-2时，N2O减排效果显著。稻田土壤施用生物质炭N2O减排效果优于旱地。土壤质地和酸碱度显著影响稻田CH4排放对生物质炭输入的响应，强酸性或砂性土壤中施用生物质炭CH4减排效果明显，其减排幅度分别为46.1%和25.9%。
分析研究分析发现，生物质炭施用于农田土壤中可显著提高作物产量，平均增产幅度为15.1%。研究只包括在我国境内开展的田间试验数据资料。不同区域间因土壤类型、作物类型、生物质炭类型和土壤管理方式的差异导致作物产量对生物质炭的响应不同。土壤酸碱度和土壤质地是影响作物产量变化的重要因素。生物质炭施用到酸性土壤后作物增产效果显著。由于生物质炭本身为碱性材料，施用到酸性土壤后会显著提高土壤pH，土壤阳离子交换量也相应增加。土壤阳离子交换量是土壤保肥能力的重要指标，阳离子交换量增加，土壤保肥能力增强。
因此，在酸性土壤中施用生物质炭，可显著提升土壤对肥力的固持能力，提高养分元素生物有效性，从而提高作物产量。此外，酸性土壤中施用生物质炭还能够降低土壤溶液中铝离子的含量，减缓其对植物的毒害作用。在砂性和黏性土壤中，生物质炭的增产效果高于壤土。生物质炭中含有大量的有机碳和孔隙，施用在砂土中后一方面有利于土壤团粒结构的形成，另一方面可显著提高土壤对养分的固持能力，并且提高了土壤的保水保肥性，降低养分损失，对于干旱地区具有良好的增产效果。团聚体的形成进一步改善了土壤的结构特性，有利于微生物活动，大幅提高作物产量。而在黏性土壤中，生物质炭能够降低土壤容重，增加土壤孔隙度；生物质炭施用后土壤通气性改善有利于作物根系生长，从而达到增产效果。
生物质炭本身的特性对作物产量有影响显著。炭化温度是决定生物质炭结构和pH的关键因素，生物质热裂解后，在物理结构上仍保持了原材料的基本形貌，而且在化学组成上也继承了原材料的元素配比特点，其物理结构和化学组成决定着生物质炭对作物产量影响的潜能。
当炭化温度较低时（℃），作物产量增加显著。较低的炭化温度，能够减少炭化后生物质炭的养分损失，例如氮素，从而达到增产的效果。在一些酸性土壤中，施用pH较高的生物质炭能够显著提高作物产量，这与改善土壤的酸碱度等密切相关。当生物质炭C/N90时，增产效果相比于C/N90时有所减弱，其原因可能是高C/N的生物质炭施用使得土壤的C/N失衡，微生物与作物竞争土壤中的氮素，影响作物正常生长时对有效性氮的吸收，从而影响了作物产量。水肥管理及生物质炭施用量也是影响作物产量对生物质炭响应的重要因素。生物质炭施加到旱地土壤的增产效果显著高于水稻田。在旱地土壤中，生物质炭能够保持土壤水分，从而促进作物生长，同时生物质炭施加在旱地上有利于块根、块茎类作物生长。另外，生物质炭能够减缓旱地土壤养分的淋溶损失，吸附NH+4等，达到增产效果。
也有研究结果表明，生物质炭通过改良旱地土壤酸性，提高肥料利用率，促进大豆根瘤的生成来提高大豆产量。本研究发现在不施氮肥的情况下施用生物质炭也能提高作物产量。生物质炭改变了土壤养分环境并促进了植物生长，而施用肥料和生物质炭时，产量增加幅度更大，这源于肥料消除了生物质炭养分低的缺陷，而生物质炭赋予肥料养分缓释性能的互补和协同作用。生物质炭延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，是肥料的增效载体。总结与展望
生物质炭农田施用能够显著提高作物产量，减少温室气体排放量，增加土壤碳库储量，其增产和减排的幅度与土壤理化性质、生物质炭本身的特性及农田水肥管理措施等因素密切相关。在强酸性土壤和有机碳含量低的土壤中施用生物质炭，增产幅度更为明显，且砂性和黏性土壤的增产幅度显著高于壤土；当生物质炭的C/N较低或炭化温度较低时，更有利于农田作物的增产；生物质炭的旱地施用增产效果优于水田。生物质炭在中性土壤、砂土和壤土以及水田中施用对N2O的减排效果更明显；而对于稻田，生物质炭施用到极酸性、有机碳含量较低、质地为砂性土壤时，更有利于CH4的减排；在施肥的情况下农田施用生物质炭显著减少氧化亚氮、甲烷的排放量，降低了全球增温潜势。来源：《农业环境科学学报》年08期
作者：刘成，刘晓雨，张旭辉，李恋卿，潘根兴
单位：南京农业大学农业资源与生态环境研究所
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