生物炭與木炭相比較而言對(duì)環(huán)境和土壤的污染是比較小的，因?yàn)樯�物碳的主要材料是有機(jī)材料，生物碳作為高品質(zhì)能源發(fā)展?jié)摿�巨大，同樣�?duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著良好的促進(jìn)作用。

　　《西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》(月刊)創(chuàng)刊于1957年12月，系國家教育部主管，西南大學(xué)主辦，國內(nèi)外公開發(fā)行的綜合性農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)術(shù)刊物。主要刊登農(nóng)作物、植保、生物技術(shù)、土壤與植物營養(yǎng)、食品工程、林學(xué)、畜牧、獸醫(yī)、動(dòng)物營養(yǎng)、蠶學(xué)、淡水漁業(yè)、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)氣象、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)理論等方面的試驗(yàn)研究和技術(shù)方法等文章。獲獎(jiǎng)情況：中國中文核心期刊;中國科技核心期刊;中國高校優(yōu)秀科技期刊;重慶市質(zhì)優(yōu)期刊。

　　1生物炭與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究

　　1.1生物炭與農(nóng)業(yè)面源污染農(nóng)業(yè)面源污染是影響農(nóng)業(yè)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在我國，由于化肥、農(nóng)藥、除草劑等化工產(chǎn)品長期、大量、不適當(dāng)?shù)厥褂煤痛址殴芾韺?dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。雖然現(xiàn)在已注意到問題的嚴(yán)重性并提出了一些治理方法，但治理方式往往存在“成本高、難度大、收效緩及有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)”等不足之處，難以真正在生產(chǎn)實(shí)踐中大面積推廣應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果表明，生物炭對(duì)減少土壤養(yǎng)分流失、提高肥料利用率、削減有機(jī)污染和農(nóng)藥殘留、抑制污染物富集、降低污染物生物有效性等方面都具有積極作用[10-21]。

　　1.2生物炭與農(nóng)田溫室氣體排放在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤碳庫的劇烈變化與人類從事的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前全球農(nóng)業(yè)及退化土壤的碳匯能力僅為歷史水平的50%~66%，碳損失達(dá)420億~750億t[34]。長期的刀耕火種、翻耕促產(chǎn)等掠奪式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，特別是大量焚燒秸稈，耕地只種不養(yǎng)，造成土壤有機(jī)質(zhì)的大量損失，同時(shí)也明顯加劇了農(nóng)田溫室氣體排放，使農(nóng)田成為重要的排放源[35]。生物質(zhì)變成生物炭以后，就其本身而言，所存儲(chǔ)的碳是相對(duì)穩(wěn)定的，如不重新焚燒，增加碳排放的風(fēng)險(xiǎn)幾乎為零。而生物炭還田對(duì)土壤所產(chǎn)生的作用，諸如改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體形成，增加土壤水、氣、熱融通[37-40]以及對(duì)功能微生物數(shù)量和群落的潛在影響等[41-44]，都將對(duì)降低土壤礦化速率，提高有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤碳庫的形成、固定和周轉(zhuǎn)等產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響土壤的溫室氣體排放。

　　1.3生物炭與農(nóng)業(yè)碳匯將農(nóng)作物秸稈等農(nóng)林廢棄物制備成生物炭而取代焚燒，可以有效地減少農(nóng)田溫室氣體排放，增加“農(nóng)業(yè)碳匯”。生物炭對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應(yīng)的研究最早可追溯到對(duì)亞馬遜流域黑土“Terrapreta”碳平衡的調(diào)查分析[55]。此后，隨著對(duì)生物炭結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)生物炭有可能是土壤腐殖質(zhì)中高度芳香化結(jié)構(gòu)組成成分，是化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定、可以在土壤中長保持的土壤碳庫。亦有研究者認(rèn)為，生物炭是某些土壤有機(jī)質(zhì)的組成部分，對(duì)穩(wěn)定土壤有機(jī)碳庫具有重要作用[56-57]。

　　2生物炭與重金屬污染農(nóng)田修復(fù)

　　國內(nèi)外研究結(jié)果表明，生物炭可吸附土壤或水中的重金屬離子如Cd、Pb、Cu等，減少這些重金屬離子的富集，降低其生物有效性[71]。在含Cd2+水溶液中添加6g·L-1用不同材料制備的生物炭，對(duì)水溶液中Cd2+的去除率均在90%以上。其中玉米稈炭對(duì)溶液Pb2+的去除率達(dá)90.30%，麥稈炭和花生殼炭的去除率為52%和47%[72]。在鎘污染稻田施用生物炭2~3年后，土壤pH分別提高了0.16~0.65和0.26~0.60，有機(jī)質(zhì)含量提高了26.2%~50.4%和29.2%~51.2%，鎘的賦存形態(tài)由有效態(tài)向潛在有效態(tài)或無效態(tài)轉(zhuǎn)變，生物可利用性和生態(tài)毒性顯著降低[73]。在銅、鋅污染的紅壤水稻土施用生物炭，土壤中有效態(tài)銅、鋅含量明顯下降，并且隨著生物炭用量的增加下降幅度增大[74]。在海南和廣西3種可變電荷鎘污染土壤中施用稻稈炭，發(fā)現(xiàn)這3種土壤的陽離子交換量(CEC)和土壤pH值均顯著提高，土壤膠體Zeta電位向負(fù)值方向位移，土壤對(duì)Cd(Ⅱ)的靜電吸附量明顯增加[75]。

　　3生物炭與土壤改良和農(nóng)村環(huán)境建設(shè)

　　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展已不僅僅是單純滿足在資源剛性約束條件下追求單位產(chǎn)出最大化的單一性發(fā)展模式，而是逐漸注重資源、環(huán)境與人文的和諧發(fā)展，互利共贏，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的最大化。毫無疑問，生物炭技術(shù)從其興起、發(fā)展、形成，一直到付諸實(shí)踐;從理論探索、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展，一直到產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，都充分體現(xiàn)了這一核心理念。生物炭技術(shù)很有可能從根本上解決大量農(nóng)林廢棄物的高效資源化利用問題，同時(shí)避免因焚燒秸稈產(chǎn)生的環(huán)境污染，有效地解決生物質(zhì)隨意丟棄、堆放造成的農(nóng)村“臟、亂、差”等人居環(huán)境劣化問題，促進(jìn)人與自然、社會(huì)與環(huán)境的和諧發(fā)展[84]。

　　建國60余年來，我國在發(fā)展農(nóng)業(yè)方面取得到了巨大成就，用占世界9%的耕地，養(yǎng)活了世界22%的人口。特別是近年來，糧食生產(chǎn)總量連續(xù)多年突破萬億斤大關(guān)，為穩(wěn)定糧食價(jià)格、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和維護(hù)社會(huì)安定做出了突出貢獻(xiàn)。在這巨大成績(jī)和連年豐收的背后，不僅僅是強(qiáng)大的政策保障、巨大的生產(chǎn)投入和領(lǐng)先的科技支撐，還有大量使用化肥、耕地得不到休閑、只種不養(yǎng)的掠奪式生產(chǎn)方式!土壤酸化、沙化、鹽堿化、粘重板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量下降、土層變薄、水體富營養(yǎng)化等形勢(shì)嚴(yán)峻。因此，穩(wěn)定耕地?cái)?shù)量、提升和保護(hù)耕地質(zhì)量、挖掘產(chǎn)能潛力成為確保國家糧食安全的必然選擇。建立在生物炭技術(shù)基礎(chǔ)上的生物質(zhì)炭化還田，對(duì)于改善耕地質(zhì)量、提高作物產(chǎn)量、維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定、促進(jìn)“土壤-環(huán)境-作物”的和諧與可持續(xù)發(fā)展都將具有重要意義和廣闊的應(yīng)用前景。

　　4展望

　　近年來，國內(nèi)外有關(guān)生物炭方面的研究迅猛發(fā)展，生物炭在環(huán)境領(lǐng)域的效應(yīng)也有一定研究證實(shí)，但無論從宏觀層面還是微觀視角來看，仍有許多問題有待于我們?nèi)ニ伎己徒鉀Q。在宏觀層面，縱觀目前相關(guān)研究，在一些關(guān)鍵問題上還存在一定爭(zhēng)議，這與生物炭的選材、制備工藝條件及其應(yīng)用的土壤環(huán)境等因素密切相關(guān)，也是一些研究結(jié)果相悖或無法重復(fù)的主要原因，同時(shí)也增加了同類、共性研究的對(duì)比分析、評(píng)價(jià)難度。

　　因此，制定行業(yè)或?qū)�業(yè)性制炭、用炭、測(cè)炭標(biāo)準(zhǔn)及分析方法和評(píng)價(jià)體系就成為未來生物炭相關(guān)研究的必然選擇。在溫室氣體排放領(lǐng)域，生物炭的主動(dòng)減排效應(yīng)仍有待于更多的試驗(yàn)研究來驗(yàn)證，需要在大尺度、寬范圍條件下的穩(wěn)定的、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，也需要對(duì)生物炭固碳減排潛力、效益進(jìn)行綜合分析、評(píng)估，明確生物炭在碳排放領(lǐng)域的作用、地位和前景。而在“農(nóng)田碳匯”和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，在注意到生物炭的積極、樂觀效應(yīng)的同時(shí)，也應(yīng)該注意到生物炭大規(guī)模應(yīng)用的生態(tài)影響，有必要對(duì)大量、長時(shí)間生物炭輸入的環(huán)境安全性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，如是否會(huì)在一定時(shí)間后發(fā)生分解并產(chǎn)生溫室氣體或其他物質(zhì)、能否改變生物多樣性、是否對(duì)生態(tài)系統(tǒng)平衡產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)等。

　　生物炭的碳含量較高，大量施用勢(shì)必會(huì)大幅提升土壤碳庫容，而生物炭被認(rèn)為是土壤腐殖質(zhì)中高芳香化結(jié)構(gòu)的組成部分[70]，因此生物炭可能大幅度提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而培育和穩(wěn)定土壤有機(jī)庫，成為構(gòu)筑可持續(xù)利用土壤的前提[70]。