2020.39(4):901-907农业环境科学学报2020年4月Journal of Agro-Environment Science谢祖彬.刘琦.生物质炭的固碳减排与合理施用.农业环境科学学报，2020,39(4)：901-907.▣生物质炭的固碳减排与合理施用谢祖彬，刘琦23(1.土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，南京210008：2.南京林业大学林学院，南京210037：3.南方现代林业协同创新中心，南京林业大学，南京210037)摘要：近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库，但对作物产量、CH,和N,0排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N:0排放，但畜禽粪便炭不能减少N0排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N:0的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外，还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上，提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。关键词：生物质炭；土壤碳库；温室气体排放；甲烷：氧化亚氮；综述中图分类号：X144文献标志码：A文章编号：1672-2043(2020)04-0901-07doi:l0.11654jaes.2020-0034Rational application of biochar to sequester carbon and mitigate soil GHGs emissions:A reviewXIE Zu-bin'.LIU Qi(1.State Key Laboratory of Soil Sustainable Agriculture,Institute of Soil Science,Chinese of Academy of Sciences,Nanjing 210008.China;2.College of Forestry,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;3.Co-Innovation Center for Sustainable Forestry inSouthern China,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)Abstract:In last decade,a lot of work has been done on the effects of short-term and one application of biochar on crop yield,soil carbonsequestration and greenhouse gases emissions.Results show that biochar can increase soil organic carbon.However,the effects of biocharon crop yield,CH.and NO emissions vary with biochar types and soil properties.Increase magnitude of biochar application in acid soil ishigher than that in neutral or alkaline soil.Straw or wood biochar can decrease farmland N:0 emission,however manure biochar can't.Thedecrease magnitude of biochar application on N0 emission in tropical and subtropical area is smaller than that in temperate area.In addi-tion,the effects of biochar on greenhouse gas mitigation are also impacted by biochar production technique.Before biochar can be exten-sively used,the effects of long-term and multi-application of biochar on crop growth and soil greenhouse gases emissions,and interactionsof biochar properties and soil types must be investigated.And the biochar production techniques must be explored.Keywords:biochar;carbon sequestration;greenhouse gases emission;CH;N2O;review气候变暖和粮食安全是当前人类所面临的重大度持续上升，致使地表温度升高了0.78℃四。气候变挑战。自1750年工业革命以来，化石燃料燃烧、土地暖会导致海平面上升、极端气候增加、生态系统恶化，利用变化等造成大气中温室气体(CO2,CH4、N0)浓给人类的生产和生活带来重大影响。同时，世界人口收稿日期：2020-01-08录用日期：2020-03-15作者简介：谢祖彬(1964一），男，江苏南通人，博士，研究员，主要从事土壤碳氮循环和生物能源研究。E-i止xie@iss,ac.心m基金项目：公益性行业（农业）科研专项(201503137)：国家自然科学基金项目(31870500,31901196)：江苏省自然科学基金项目(BK20190746)Project supported:The Special Scientific Research Fund of Agriculture Publie Welfare Profession of China (201503137):The National Natural ScienceFoundation of China (31870500,31901196);The Natural Science Foundation of Jiangsu,China(BK20190746)(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net902农业环境科学学报第39卷第4期持续增长，粮食安全问题也越来越严峻。色？本文总结了近年来生物质炭对作物生产、土壤碳生物质炭(Biochar)在巴西亚马孙流域考古中的库、土壤温室气体排放的影响，提出了生物质炭合理发现，引起了人们利用生物质炭来解决气候变化和粮施用方案，以期为生物质炭有效实现增产和固碳减排食安全问题的兴趣。生物质炭是由动植物生物质提供科学参考。(秸秆、木屑、畜禽粪便等)在完全或部分缺氧的条件下经高温热解炭化产生的一类高度芳香化的物质，其结1生物质炭对土壤性质和作物产量的影响构稳定，难以被微生物分解。亚马孙流域黑土(Terra生物质炭对作物产量的影响机制包括3个方面：Preta)有上千年的历史，在远古人类活动的影响下，(1)pH效应，生物质炭在酸性土中能提高土壤pH,降其积累了大量的因不完全燃烧而产生的生物质炭，这低铝毒：(2)养分效应，生物质炭本身含有一些可利种土壤比周边同样类型但不含生物质炭的土壤具有用的养分如P、K、Ca、Mg,能增加土壤肥力和作物养更高的肥力和碳含量。研究者受此启示，认为向分吸收网：(3)结构效应，生物质炭具有多孔结构，能土壤中添加工业化生产的生物质炭可以快速复制出缓解土壤压实，增加田间持水率，从而利于作物根系亚马孙流域黑土，不仅可以提高土骧碳库，增加对大的下孔和对水分的吸收可。同时，生物质炭具有较大气C02的固持，而且还能改良土壤，促进作物生产。的比表面积，并含有带负电的官能团，能有效提高低土壤是陆地生态系统中碳储量最大的有机碳库CEC土壤的保肥性四。(1550Pg),是陆地生物圈植被碳储量的3倍和大气圈Jeffery等基于文献Meta分析，研究了生物质炭碳储量的2倍。因此，增加全球土壤碳库在抑制大对作物产量的总体效应，结果表明生物质炭能平均增气C0,浓度升高和减缓全球气候变暖具有重要的意产13%。然而，针对不同的土壤性质、生物质炭种类、义。环境条件以及田间管理，生物质炭所发挥的效应有较传统的将秸杆等有机物料直接还田的措施对提大差别。如Zhu等研究发现1%的麦秸生物质炭能高土壤碳库的作用微弱，原因是这些物料分解迅速，显著提高红壤玉米产量，但没有提高潮土、娄土、黑土并且会增加土壤CH4和N0等温室气体的排放o-1。和紫色土的玉米产量，甚至还会降低产量。Abbasi而将秸秆等生物质转化后的生物质炭性质稳定，难以等观测到禽粪生物质炭能显著提高玉米产量，而白分解，可以有效地“锁”住碳库，减缓其分解回归到大三叶草炭则没有显著的影响。Asai等1发现生物质气的速度四。鉴于生物质炭潜在的固碳及增产价值，炭在干旱并且缺磷的土壤中显著增加了作物产量。国标上相继成立了不同的生物质炭研究机构（如I-然而，当田间采用充足的养分和水分管理时，生物质ternational Biochar Initiative),以研究并推广生物质炭炭对作物产量则没有显著影响P4-四。3种水稻-小麦在土壤中的应用。此外，PCC也在2014年的报告中轮作和3种小米-小麦轮作土壤连续5a土柱试验表将生物质炭列为一项重要的固碳减排措施)。明，稻秆生物质炭能持续提高水稻、小米和小麦产然而，也有一些科学家发出了质疑，尤其是来自量P。Zhang等的稻麦田间试验表明，一次性添加英国、美国等国家的126个社会团体不久前联名发表的生物质炭(2040thm2)在6a后仍然能显著提高了宣言：《生物质炭，人类、土地和生态系统的新威水稻和小麦产量。而对于偏碱性的始成土，Wi等四胁》。他们明确表示反对“生物质炭”，认为其对土地、的8a田间试验表明生物质炭对小麦和玉米产量没有人类和生态系统构成新的巨大威胁。当前一些反对显著影响。Liu等的Meta分析表明，生物质炭对作的观点包括：(1)亚马孙流域黑土使贫瘠的土壤变肥物产量并没有表现出明显的年际效应。总体来说，生沃可能更得益于富含磷元素的骨骼的添加，仅靠生物物质炭在酸性土(pH6.5)中能有效地增加作物产量，质炭自身无法做到这一点：(2)工业生物质炭与“亚而在中性或碱性土壤中效果不显著s,0。此外，生物马孙黑土”差异很大，“亚马孙黑土”是土著居民在数质炭对作物产量的促进作用通常在质地较差（沙土或百年甚至数千年的时间变迁中创造的，而生物质炭在黏土)或CEC含量较低的土壤中表现出更好的效短期内可能并不能很好地与土壤“融合”，并发挥作果。畜禽粪便生物质炭比秸秆生物质炭或木材生用：(3)生物质炭的碳汇作用还不明确，有研究表明物质炭对作物产量有更大的增幅两。随着生物质炭生物质炭可能会激发原土壤有机质的分解。添加量的增加，作物产量增幅先上升后下降，过量的生物质炭措施究竟是熠熠生辉，还是会黯然失生物质炭添加(>80thm2)会抑制作物产量o。(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net