生物炭不同施加方式和施加量对水稻土壤磷的影响
摘要 综述了生物炭的概念，理化性质以及生物炭施加对土壤性质以及土壤中磷含量的影响。介绍了常用的磷分级方式，包括无级磷分级，有机磷分级等。
关键词 生物炭；磷分级；
1.生物炭的概念和性质
1.1 生物炭的概念
生物炭是一种生物性材料在氧气缺乏或完全隔绝氧气的条件下经过高温热热解后得到的产物，生物质的热解过程以及热解过程中的相关参数的变化都会影响到生物炭的产量和性质[1]。与一般木炭不同，生物炭中的碳含量极其丰富，可由作物秸秆，木屑，动物粪便等材料制成。是一种有着广泛用途的材料，还可施加进土壤，起改良作用[2]。
生物炭主要由C,H,O,N,P元素组成。其中C含量最多，一般在60%以上。生物炭富含微孔，可以有效补充土壤中的有机物含量以及水分，养分等，对作物生长具有积极作用。
1.2 生物炭的物理性质
生物炭的孔隙结构非常丰富，因此赋予了生物炭很强的吸附能力，使之成为高效的吸附剂。蒋艳艳等人研究发现，加入生物炭可有效去除盆栽中的铜，镉元素，并且随着生物炭的持续加入，两元素的量也持续减少；生物炭对于地上部分两元素的吸收能力大于地下部分[3]。丁华毅的研究也证明了这一点，他发现对于被镉长期污染的土壤，加入生物炭可以对土壤中的镉起到活化作用，长期作用下土壤中有效镉下降明显[4]。对于铅的吸附，刘国成研究发现，随着PH的上升（2~5），吸附量增幅幅度较大，当PH等于6时，吸附能力下降，PH为5时活性炭对于铅的吸附能力最强[5]生物炭表面的官能团主要分为酸性官能团和碱性官能团，酸性官能团使活性炭具有极性，可以吸附各种极性较强的化合物；而碱性官能团使之具有非极性，吸附极性较弱或者非极性的物质[4]。
在不同温度和使用不同材料下制成的生物炭，其比表面积和孔隙率的差异非常大。孔结构和比表面积是生物炭最重要的物理指标，孔一般可以分为大孔，中孔，微孔。原料性质和热解温度对生物炭孔隙，组分等有着重要影响。林珈羽研究发现，随着炭化温度升高，微孔容积呈先增大后减少的趋势，且相同温度下，生物炭的比表面积和孔容积大小为木屑炭＞稻杆炭＞麦秆炭[6]。
1.3 生物炭的化学性质
生物炭性质非常稳定，周丹丹研究发现，烷烃和芳香化结构是生物炭最主要结构，且由于生物炭具有多芳香环结构，使其表现出高度的化学和微生物惰性，进入土壤后能在环境中存在上千年甚至上万年[7]。热解温度对生物炭的理化性质和元素组成有显著影响，李飞跃研究发现，随着热解温度上升，生物炭的PH和灰分含量都呈升高趋势，且灰分和PH之间有极显著关系（r=0.95,p＜0.01）; C含量逐渐增加，H含量逐渐降低，生物炭的稳定性增强[8]。刘玉学也得出了类似结论，生物炭的C含量与热解温度和热解时间有关，随着炭化温度的上升，其含碳量增加，氢和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加[9]。施入活性炭的土壤具有含碳丰富，PH值较高等特点，其土壤氮，磷等肥力的含量是周边其他类型土壤的3倍左右，农作物常量也是周边的2倍左右[10]。
生物炭自身有丰富的官能团，随着裂解温度升高，生物炭酸性官能团减少，碱性团能团增加，总官能团减少，官能团密度减少[11]。林珈羽也得出了类似的结论，不同原料在相同炭化温度下制成的生物炭所含官能团种类和数量相似，均有烷基，芳香基以及一些含氧官能团。随着碳化温度上升，生物炭表面官能团总量减少。
2. 生物炭在农业环境中的应用
2.1 生物炭对土壤理化性质的影响
生物炭施加进土壤后，必然会引起如PH，CEC，微生物，酶等土壤理化性质[12, 13]以及作物根系形态及生理特性的变化，可以间接改变土壤中磷的有效性，从而影响磷的利用效率。张峥嵘研究发现，生物炭的加入能显著增加土壤PH，降低交换性酸含量，且随着生物炭量的增加效果更加显著；生物炭显著增加土壤中的有效碳，磷和钾的含量，提高土壤的持水性，对于红壤等原本持水性较差的土壤有良性作用[14]。曾爱的研究也显示，在小麦生育期间，土壤含水量随着生物炭的施加量的增加先降低后升高；土壤有机碳和速效钾的含量随着生物炭的加入而显著提升；碱解碳和速效磷的含量随着生物炭施加量的增加表现为先显著增加后降低[15]。
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