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　　研究表明，生物炭表面的官能团及其多微孔结构对土壤养分离子平衡与调控具有重要的影响。特别是对铵离子有很强的吸附性，有利于降低氮素挥发，减少养分流失，提高土壤肥力。土柱淋滤模拟实验结果表明，以1%炭土质量比将生物炭施入土壤,NH+-N淋溶量减少15.8%,NO--N淋溶量减少19.2%。将生物炭应用于黑钙土和紫色土,发现氮素的淋失大幅降低。50t.hm-2和100t.hm-2的施用量，使黑钙土区氮素淋失分别降低了29%和74%，紫色土区分别降低了41%和78%。有报道认为，生物炭对磷酸根离子也有很强的吸附能力。生物炭对氮、磷等营养元素的吸附性在酸性和砂质土壤中表现更为明显，可减少养分流失，延长供肥期，因而对作物生长更为有利。
　　生物炭对包括多环芳烃类和染料类污染物特别是农药在内的有机污染物也具有很强的吸附、解吸和迟滞作用，进而影响其迁移、转化与生物有效性。研究表明，生物炭对有机污染物的吸附作用是普通土壤的400~2500倍，施用少量的生物炭即可大幅提高土壤对有机污染物的吸附容量，并表现出较强的剂量效应。在污泥-土壤体系中,应用生物炭可明显减少多环芳烃向植物体的转移数量，用含炭污泥堆肥处理黑麦草,植株中多环芳烃累积量比普通污泥降低了27%~34%,有效降低了潜在的污染风险[24]。当木屑生物炭在土壤中的添加量达到5%时,就会对莠去津、乙草胺[2\毒死蜱[M]等产生明显的吸附作用，且表现出与施炭量、生物炭表面积及微孔特性成正相关。在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中施用生物炭，可提高土壤对CAP的吸附活性，吸附常数分别降低了96.9%、90.6%、91.3%、68.5%和34.6%[27]。生物炭在增强对农药吸附的同时，也减少了解吸量,延缓了消解。研究表明，生物炭对敌草隆的吸附表现与炭量、时间呈正相关，当施用量为1%时，吸附56h敌草隆的解吸率仅为1.81%[28]。在为期4个月的实验中，添加1%生物炭处理的六氯苯、五氯苯和1,2,4,5-四氯苯的残留率分别为68.2%、1.3%和58.0%,显著高于对照处理的29.9%、18.0%、5.2%[29]。
　　生物炭吸附有机污染物的作用与制炭温度有关。随着炭化温度的升高，等温吸附曲线由线性变为非线性,吸附机制表现为:分配作用^分配作用+表面吸附作用-表面吸附作用。分配作用部分与有机污染物的lgKw呈正相关，而表面吸附则与污染物的疏水性、分子大小及其与生物炭极性匹配性有关[30]。已有证据表明，疏水作用、电荷转移和孔填充作用是较高温度下2014制备的生物炭具有高吸附能力的主要原因[31]。不同温度条件下制成的生物炭其孔径分布、比表面积和官能团等是影响其对有机污染物吸附的主要因素。生物炭在吸附苯时会发生孔隙膨胀现象，并发生吸附-脱附的不可逆过程[32]。同时,不同热解温度下制备的生物炭，在不同土壤上的应用效果亦有差异，因制备温度、土壤类型不同而表现各异。
　　2.2生物炭与农田温室气体排放
　　在农田生态系统中，土壤碳库的剧烈变化与人类从事的农业生产活动密切相关。据有关资料统计，目前全球农业及退化土壤的碳汇能力仅为历史水平的50%~66%,碳损失达420亿~750亿t[34]。长期的刀耕火种、翻耕促产等掠夺式农业生产活动，特别是大量焚烧秸轩,耕地只种不养，造成土壤有机质的大量损失，同时也明显加剧了农田温室气体排放,使农田成为重要的排放源[35]。据测算，全球土壤每年向大气释放的碳量约为68~100Pg(注：Pg为碳储量单位，1Pg=l亿$,是化石燃料燃烧碳排放量的10倍以上[34,36]。
　　生物质变成生物炭以后，就其本身而言,所存储的碳是相对稳定的，如不重新焚烧，增加碳排放的风险几乎为零。而生物炭还田对土壤所产生的作用，诸如改善土壤结构，促进土壤微团聚体形成，增加土壤水、气、热融通以及对功能微生物数量和群落的潜在影响等,都将对降低土壤矿化速率，提高有机质含量,促进土壤碳库的形成、固定和周转等产生重要影响，进而影响土壤的温室气体排放。据Woolf等测算，在不危及人类粮食安全、生存环境及土壤保护的情况下，生物炭每年减排温室气体的潜力可达目前人类温室气体排放总量的12%。
　　实验结果显示，生物炭施入土壤后具有"主动减排"功能。在施氮条件下使用生物炭,连续两年显著降低了稻田土壤的队0排放和稻田痕量温室气体的综合温室效应，降幅达66%c,且高炭量(40添加的处理表现更明显，并具有持续性[47]。与秸轩直接还田相比，稻田秸轩炭化后还田的CH4排放量减少了14.7%网。以20g.kg-1的标准向牧草地和大豆土壤施用生物炭，N2O排放量分别降低了80%和50%,CH4的释放过程则受到明显抑制[49]。生物炭对NO2XH4等温室气体排放的抑制作用[50"51]可能是生物炭对土壤修复作用造成的[52-53]，如增加土壤通气性、减缓反硝化作用、降低氮素循环效率等[54]。亦有研究者认为，生物炭能吸附土壤有机质作为甲烷菌的抑制剂，从而抑制CH4及其氧化产物的排放。来自实验室条件下的研究表明，在生物炭-土壤-水体系中,CO2、N2O和CH4的减排总量与生物炭的质量呈显著正相关，这在一定程度上验证了生物炭有可能是通过降低土壤有机质矿化速率来实现增汇减排的假设[25]。
　　2.3生物炭与农业碳汇
　　将农作物秸轩等农林废弃物制备成生物炭而取代焚烧,可以有效地减少农田温室气体排放，增加"农业碳汇"。生物炭对土壤生态系统碳汇效应的研究最早可追溯到对亚马逊流域黑土"Terrapeta"碳平衡的调查分析[55]。此后，随着对生物炭结构与性质的研究不断深入,发现生物炭有可能是土壤腐殖质中高度芳香化结构组成成分，是化学性质更稳定、可以在土壤中长保持的土壤碳库。亦有研究者认为，生物炭是某些土壤有机质的组成部分，对稳定土壤有机碳库具有重要作用[56"57]。实践证明,在灰漠土中施用生物炭可显著提高有机碳储量，改变有机碳组分,提高土壤生产力[58]。一项在红壤水稻土上施用生物炭的研究结果表明，生物炭有效地降低了有机碳矿化速率和累积矿化量，无炭处理区（对照）的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物炭的处理区高10.0%和10.8%[59]。在土壤中输入不同量的椰壳炭，发现在施炭量为1%~8%范围内，平均每增加1%,土壤有机碳量约增加5.9mg.g-1。