生物炭农用的关键科学问题：从材料形成到农田效应

摘要

经过二十余年的发展，生物炭研究已从炭材料制备与性质表征，逐步拓展至土壤过程、根际与根系互作、作物生产及农田碳循环等领域。然而，不同炭材料和农业环境下的响应差异仍然显著，仅依据施用前的炭材料性质或施用后的平均效应，难以解释生物炭在特定农田中的作用及其持续性。该文讨论范围包括农业来源生物质及与农业利用直接相关的其他生物质原料经热解炭化形成的生物炭及其农田利用，以及以生物炭为主要功能组分的炭基肥、土壤调理剂等产品；秸秆直接还田、有机肥料施用等不作为独立讨论对象，仅在与生物炭效应直接比较时作为对照证据。重点关注不同条件下炭化形成的材料性质如何在具体农田中表现出农业功能，以及炭材料入土后的表面与界面变化、根际和根系过程、环境条件与时间尺度如何改变这种功能的表达。现有证据表明，部分热解碳组分可以长期存留，但这并不意味着炭材料的功能和农业效应同步持续。多组学和统计关联有助于发现潜在机制，但不足以替代针对关键过程的验证。弱响应、无显著响应和负响应在试验设计能够有效检验目标机制的前提下，也可用于识别适用边界及不利响应条件。后续研究应将施用前的炭材料性质与入土后的实际状态、根际和根系过程及多年田间表现联系起来，并结合具体土壤-作物系统中的目标过程和主要限制因素进行解释，从而提高对生物炭农业效应差异及其适用边界的认识。

关键词

生物炭 / 生物炭农用 / 炭材料形成 / 炭-土界面 / 根际过程 / 农田效应

基金资助

辽宁省“兴辽英才计划”项目（XLYC2403038）