生物炭源于农作物秸秆等废弃生物质，富含稳定性有机碳，孔隙丰富、吸附能力强，将其返还农田，可同时实现秸秆利用、农田培肥、化肥减量、固碳减排等多重目标。但生物炭中一般矿质养分含量较低，可直接提供给作物的养分有限，且生物炭质量轻，脆而易碎，占空间大、运输和储存的成本较高，在实际农业生产中施加生物炭存在飘扬、粉尘污染等问题，限制了其在农业中的推广和利用。在此背景下，以生物炭作为载体材料或特定功能组分开发土壤培肥改良产品及其配套应用技术，将是实现肥料高效利用、土壤障碍消减和农田环境治理，进而推动可持续农业发展的重要途径。因此，沿循“以农林废弃物为原料、以生物炭为基质，通过养分的合理组配实现缓释、改土等功能复合”的技术路线，将生物炭制备为生物炭基肥料和土壤改良剂，日趋成为我国生物炭农业应用技术的主要发展方向。受不同地域、生态、气候条件等因素的影响，我国中低产田种类繁多、性质各异、等级不同。炭基土壤培肥与调理产品的设计、生产与作用机理等多个方面，就构成了生物炭应用技术的内涵。本文从生物炭基产品类型、制备工艺、性能评价及改土培肥应用等方面展开论述。

1生物炭基产品类型与功能

随着应用场景和需求的不断发展，生物炭基改土培肥产品从早期的原始生物炭，逐步发展到各类改性生物炭、生物炭基复合/复混肥、生物炭基包膜肥、生物炭基（生物）有机肥、生物炭基微生物肥料（菌剂）、生物炭基土壤调理剂、生物炭基肥料增效剂等多种类型，其设计原理、制备工艺、产品特性、功能和应用技术等也不断迭代发展，相关研究日趋深入。

1.1改性生物炭

生物炭改土培肥效果显著，但由于土壤障碍的多样性、作物需求的特殊性和农田环境的复杂性不同，在实际应用中可能存在效能不突出、成本偏高、实施困难等问题。为了提高生物炭的靶向调理功能，实现精准、高效和绿色应用，开发各类工程化的改性生物炭基材料，提高炭基材料性能就成了必然选择。研究发现，通过采取特定的调控手段和优化炭化工艺及制备方法，可以有效地调控生物炭的结构和理化性质。这不仅有助于弥补生物炭在某些方面的不足，还能引导其结构特性和性能发生特定的、优化的改变。通过这样的调控，可以使生物炭更好地满足预期的应用需求，从而实现其在农业生产、环境、能源等领域的高效应用。

1.2生物炭基复合肥/复混肥

生物炭基复合/复混肥料一般是将生物炭与化肥（氮、磷、钾肥料等），有机肥（如畜禽粪便、秸秆等）以及可能包含的其他成分（如微量元素、生物活性物质等）按一定比例，采用化学方法和（或）物理方法混合制成的肥料。它结合了生物炭的环境友好特性和化肥或有机肥的高效肥效，不仅能改善土壤质量，提升作物产量，还能在一定程度上减少长期过量施用化肥对环境造成的负面影响。

生物炭基复合/复混肥具备较强的养分缓释功能。有研究表明，生物炭孔隙结构丰富，其保留的细胞分室结构可减少其中嵌入的养分与水和土壤环境的接触，即通过物理隔离延缓养分释放。新制备生物炭的疏水表面可能进一步增强了其物理隔离能力。将生物炭和化学肥料混合造粒后，部分生物炭孔隙结构中结晶状物质增多，化肥中的氮、磷、钾养分不仅附着在生物炭表面，也可以进入生物炭的孔隙中，说明生物炭发挥了化肥载体作用。生物炭比表面积大，加之丰富的羟基、羧基和羰基等官能团，表现出强大的吸附性。当把生物炭与硝酸铵结合制备生物炭基肥料后，通过红外光谱图分析可发现，硝酸铵中NH⁴ 的N—H吸收峰弱化并移向高波数，说明羟基和NH⁴ 形成了强烈的氢键作用。此外，生物炭对磷也具有一定吸附作用，能够减少磷的淋溶损失，保持较长时间的供肥能力。生物炭基肥料与其它肥料的最大区别在于，当养分为当季作物利用后，生物炭仍在土壤中长期存在且持续发挥作用。随着炭基肥的逐年施入，土壤中的生物炭含量将越来越多，其还田改土效果也将不断累加。1.3生物炭基包膜肥

生物炭基包膜肥料是一种新兴的农业投入品，它结合了生物炭的优点和包膜肥料的技术，旨在提高肥料效率，减少养分流失。生物炭基包膜肥料一般有两种包膜形式：一种是将生物炭与化肥（如尿素、磷酸二铵等）进行混合后，再通过特定工艺将其包裹在一层或多层材料（如聚合物、生物降解材料等）中制成缓/控释型肥料；另一种是将生物炭作为膜材料组分与其他功能制剂复配成膜，再进一步对其他肥料核芯进行包膜处理。近年来，研究热点主要集中在炭基膜材料和包膜技术的研发等方面。由于生物炭具有很强的疏水特性，将生物炭配比粘结剂负载在肥料颗粒表面可以起到屏障作用，有效地阻碍水分子快速进入肥料内核，从而达到减缓养分释放的效果。

1.4生物炭基（生物）有机肥

生物炭基有机肥一般是指生物炭与来源于植物和（或）动物的有机物料混合发酵腐熟，或与来源于植物和（或）动物的经过发酵腐熟的含碳有机物料混合制成的肥料，按照其来源和制备工艺可以划分为：1）直接混合型，即将生物炭与有机物料直接物理混合，然后通过堆肥化处理使有机物质进一步矿化和腐熟；2）发酵型，即先将有机物料进行微生物发酵，产生的有机肥与生物炭混合，通过后续处理增加肥效和稳定性；3）复合型，即不仅包括生物炭和有机物，还可能添加一些无机肥料成分，如氮、磷、钾等，以提高肥效。在炭基有机肥的基础上，加入特定的功能性微生物（如固氮菌、解磷菌、解钾菌等），可制备成炭基生物有机肥，从而进一步增强肥效或病害防治能力等。与传统堆肥相比，生物炭基（生物）有机肥具有生产周期短、温室气体和氨排放少、养分含量高、腐殖化程度高、重金属和抗生素生态风险低等优点。自2015年以来，基于生物炭的有机肥料研究处于快速发展阶段，研究热点包括氮素转化利用、温室气体排放、堆肥产品质量和土壤肥力提升等。

在制备生物炭基有机肥料时，以下几点需要关注：1）生物炭添加量，在一定用量范围内，生物炭可通过多孔表面增加曝气和微生物活性进而促进产热，还可填补堆肥物料颗粒之间的空隙以减少热量损失，促使堆体迅速升温进入高温期。当生物炭用量过大（如40%，w/w）时，可能会降低易降解化合物的利用率，并可能导致较低的温度。2）生物炭粒度，添加颗粒炭能够增加堆体孔隙，改善堆体传质，延长堆肥高温期时间，能够有效促进堆体中微生物对溶解性碳氮的利用，促进腐殖质生成并且提高持水能力。添加粉末炭能够加快前期升温但会促进水分挥发，降低含水率。3）翻堆，生物炭的添加导致堆料曝气增加，微生物数量和活性提高，有可能暂时出现局部氧水平降低，延缓降解过程，因此，需要增加翻堆次数，保证堆肥内部温度的均匀性。4）温度监测，生物炭的添加缩短了堆体进入嗜热阶段的时间，提前进入高温期，添加生物炭还可以将嗜热期延长1～6天，有利于使堆肥达到更高的无害化水平。5）水分控制，一般建议将最佳含水量设为50%～60%，因为水分含量太低会抑制微生物活性，而水分含量过高会影响堆肥曝气。生物炭的微孔结构有利于吸收堆肥中多余的水分，从而防止渗滤液形成，还可以防止嗜热阶段水分蒸发导致的堆肥过度干燥。1.5生物炭基微生物肥料（菌剂）

生物炭是一种优良的生物相容多孔材料，有利于微生物的繁殖和栖息，可以增加微生物的数量以及活性。基于这一特性，将生物炭/微生物菌剂复合体进行混合接种扩繁形成生物炭基微生物肥料（菌剂），不仅有利于保持微生物菌剂的生物活性，也可以强化生物炭的土壤调理功能。

在制备炭基微生物肥料时，需要确保微生物群体在扩繁过程中保持高活性和稳定性，以便使最终产品具有良好的增产效果，改善土壤结构和增加土壤肥力。高效菌株的筛选，生物炭材料表面改性与营养负载，生物炭材料的选择以及功能菌的添加比例、发酵条件控制、产品保存条件等都是影响肥料中有效活菌数的重要因素。生物炭可负载多种不同类型菌株，例如用于负载固氮菌属、芽孢杆菌属、梭菌属、弗兰克氏菌属、假单胞菌属和根瘤菌属等植物根际促生菌。

1.6生物炭基土壤调理剂

生物炭基土壤调理剂主要利用生物炭的多孔结构、较高的比表面积、稳定的碳框架等特性，对土壤进行物理、化学和生物学调节，通常以生物炭作为主体，辅助添加其他有益于植物生长和土壤改良的成分，如有机肥料、微生物制剂等。生物炭基土壤调理剂具备多效复合功能，其应用场景非常广泛，可以调节土壤酸碱度，减少养分流失，改善土壤的通气性和保水性，促使土壤形成良好的团粒结构，提高土壤微生物多样性和活性，减轻土壤污染等。

1.7生物炭基肥料增效剂

生物炭作为肥料增效调节剂的研究由来已久，主要集中在堆肥过程调控和化肥养分减损增效方面。其增效机制主要体现在：调控堆体酸碱度和碳氮比，强化有机质和养分转化的生物和非生物驱动过程，加速纤维素降解，促进腐殖化和养分活化，利用其对养分离子的高代换和强吸附能力实现肥料增效。调控腐殖化过程是生物炭作为堆肥增效剂的核心目的，生物炭促进堆肥腐殖化的过程包含生物和非生物路径。生物炭可通过改变碳水化合物、氨基酸代谢、芽孢杆菌目、梭菌目和乳杆菌目微生物之间的相互作用模式，与腐殖酸（HA）和富里酸（FA）一起改善堆肥过程中的腐殖化作用，这对于理解生物炭在堆肥过程中对腐殖化的影响机制具有重要意义。总体而言，生物炭基肥料增效剂前景可期，但是目前以研究居多，标准化产品仍较为缺乏。

2生物炭基产品制备工艺

2.1生物炭改性工艺

2.1.1物理改性

物理法改性即通过物理方法对生物炭进行改性，这种方法可以改变生物炭的孔隙结构和表面官能团的性质，从而改变生物炭的化学性质和吸附性能。常见的物理改性方法包括：1）气体吹扫改性，主要是通过对热解的原料进行二氧化碳或氨气吹扫，从而达到对生物炭改性的效果。这种方法可以显著提升生物炭的表面积，从而增强了其去除水体中重金属污染物的能力。2）蒸汽改性，其主要过程包括原料的热解和蒸汽的气化。在蒸汽改性过程中，热解步骤会导致水分子中的氧原子与生物炭表面的自由活性位点发生交换。这种交换反应使得水分子中的氧元素数量减少，进而产生氢气，这些新生成的氢气会与生物炭表面的碳元素发生化学反应，形成表面氢络合物。3）微波改性，即通过微波辐射技术，改变生物炭表面的比表面积或孔隙大小等特性，从而提升其吸附污染物的能力。4）球磨改性，一般指采用球磨机对生物炭进行物理研磨，以减小其固体颗粒的尺寸，从而改变生物炭结构，提高生物炭整体性能的方法。由于球磨生物炭经过精细的研磨处理，其颗粒尺寸显著减小，这使得其比表面积大幅提升，生物炭表面暴露的活性位点数量随之增多，从而有利于增加对有机和无机离子的潜在吸附位点。这些增加的吸附位点使得球磨生物炭在吸附过程中能够更有效地捕获和固定目标物质，进而展现出优异的整体吸附性能。

2.1.2化学改性

化学改性法是最常用的改性方法，主要包括酸、碱、氧化剂、金属/非金属掺杂和有机化合物改性。化学改性可以在提高生物炭亲水性的同时改变生物炭的孔径和结构，然后使其对极性吸附物的吸附能力提升。常见的化学改性方法包括：1）金属盐或金属氧化物改性，即主要是将生物质材料浸泡在金属盐溶液中，然后经热解后负载纳米金属离子，也可以通过共沉淀法将金属元素负载在生物炭表面。为了进一步提升生物炭的性能，两种或两种以上金属改性的生物炭越来越受到关注，它们可以在生物炭表面形成多种金属氧化物。例如，在Mn-Ce改性生物炭表面形成MnO₂和CeO₂，显著改善了生物炭的静电吸附、氧化还原和表面络合。2）氧化剂改性，在生物炭的氧化剂改性过程中，通常使用过氧化氢（H₂O₂）和高锰酸钾（KMnO₄）作为改性剂。与其他氧化剂相比，高锰酸钾改性的生物炭不仅能够增加官能团的种类和数量，还能在生物炭的表面形成氧化锰层。因此，KMnO₄通常被用于生物炭改性。通过引入氧化剂进行表面改性，可以显著增加生物炭表面含氧官能团的数量，从而提升其对环境污染物的去除效率，但进行此改性时必须精确控制氧化剂的用量，因为氧化剂的用量不同，会使生物炭去除污染物的效果产生显著差异。在选择氧化剂的过程中，还需考虑目标污染物的特性，这是因为不同的氧化剂可能对特定污染物展现出不同的去除效果。3）酸改性，即主要利用酸性物质对生物炭进行改性。生物炭的比表面积、孔隙结构和灰分含量很容易被酸改性（硝酸、磷酸、硫酸等）改变。同时，通过酸改性也可以改善生物炭官能团的种类和含量。因此，酸改性被认为是生物炭最常用的改性策略之一。使用硝酸改性可以将N=O基团引入生物炭中，硫酸改性生物炭中出现H基团，而磷酸改性生物炭表面可以形成新的官能团（P=O和=POOH）。4）碱改性，即主要利用碱性物质对生物炭进行改性。碱改性是生物炭改变比表面积、含氧官能团和表面碱度的有效策略，也可以去除生物炭中的灰分和凝结有机物。因此，通过碱改性可以有效增强生物炭的性能。氢氧化钾（KOH）和氢氧化钠（NaOH）是碱改性生物炭的常用试剂。然而，它们对生物炭的物理和化学性质的影响不同。KOH改性生物炭的比表面积高于NaOH改性生物炭，而NaOH改性生物炭的—OH含量高于KOH改性生物炭。

2.1.3生物改性

生物改性是将吸附剂固定在生物炭上，使其在吸附过程中表现出环境友好且无污染的特点。通过生物改性，生物炭不仅具有高度的吸附专一性，还具有吸附广泛性的优势。生物改性的生物炭在环境治理和污染控制方面具有巨大潜力，可以有效地清除废水和废气中的有害物质。吴梦莉等选取花生壳生物炭（BC）作为试验的基底材料，对比了吸附法和包埋法将微生物固定在生物炭表面的效果差异，发现吸附法能够显著提升生物炭的比表面积和微孔容积，但介孔和大孔的容积则有所减少。而包埋法虽然能够引入新的官能团，如羰基和亚甲基，但这种方法会导致生物炭的比表面积大幅下降，微孔几乎完全被堵塞。在实际应用中，吸附法在提高生物炭对氨氮的吸附量和吸附效率方面表现得更好。

2.2生物炭成肥工艺

2.2.1团粒法

该方法是将生物炭与一种或者多种肥料粉碎后，形成粒度接近的粉状颗粒后混合造粒。团粒法造粒的基本原理是依靠肥料盐类溶解产生的溶液以及额外加入的黏结剂，将一定颗粒细度的基础肥料黏聚成粒，再通过转动使黏聚的颗粒在重力作用下运动，相互挤压、滚动使其紧密成型。生物炭颗粒粗糙、孔隙丰富、脆而易碎，而团粒法主要依靠自身重量和颗粒间的挤压而成型，所以生产的炭基肥颗粒往往强度不高。转鼓水汽造粒和圆盘造粒（喷蒸汽或黏结剂）是两种常见的团粒方式，均需保证成粒所需的液相量，属于湿法造粒，需要接续进行烘干操作，以降低水分含量，防止结块。

2.2.2挤压造粒法

挤压法主要是利用机械外力的作用使粉体基础肥料成粒，黏结剂种类与添加量、模孔孔径、炭肥比以及成型温度等因素对生物炭基肥料颗粒的抗压强度、抗渗水性、成型率和缓释性能等均有显著影响。适度增加炭肥比，肥料结构会更紧密，肥料养分缓释效果更好，但过量的生物炭的添加会造成肥料粒径不均匀、抗压强度不达标。

生物炭基肥料的制备是一个致密化的过程，需要消耗能量，因此成型耗能是很多生产技术人员关注的重要问题之一。参照秸秆、木屑等生物质成型技术的研究结果，较小的粒径往往在挤压过程中需要较高的能耗，黏结剂、成型压力、压缩量、压缩频率、含水率等是需要考虑的关键因素。相对于团粒法而言，挤压造粒对物料含水量的要求较低，因此后期烘干所需能耗也较低。

包括团粒法与挤压造粒法在内，混合造粒具有生产效率高、操作简便等特点，尤其便于生物炭与化学肥料紧密结合，更有利于养分利用率的提高，是目前生物炭基肥料生产的主要方式。原鲁明等认为，由于团粒法生产的肥料不抗压、返料多、生产成本高，而挤压法生产的肥料投资少、干燥成本低、肥料抗压性好，所以挤压法造粒是目前炭基肥造粒的较优选择。

2.2.3掺混法

在生物炭基肥料发展的早期，曾有将成型生物炭颗粒与单质肥料或复合肥料掺混的做法。在确保对应的最终产品符合相关标准要求的前提下，掺混法简便易行，有助于控制生产成本。但是这类产品中生物炭和肥料没有紧密结合，生物炭在添加量有限的情况下难以充分发挥持肥缓释作用，进而也难以通过提高养分利用效率来弥补化学养分含量下降的空缺，在应用中可能会出现作物生长后期脱肥等不良现象。近年来，掺混法已十分少见。

2.2.4吸附法

吸附法主要是利用生物炭的多孔性与吸附性，将肥料溶液中的一种或数种组分吸附于表面，或在表面发生反应，进而实现生物炭与养分的复合。在此类方法中，生物炭的原料占比大，如何在常见的肥料用量下确保总养分投入量是需要解决的问题。

2.2.5包膜/包裹法

主要是用细粉状生物炭颗粒包裹速效化肥颗粒，以减少因分解、挥发、冲蚀等造成的养分损失，从而提高肥料利用率。在制备方法上，通常采用一步包膜法和两步包膜法。一步包膜法，即将包膜材料和粘结剂混合后，喷涂到肥料颗粒表面；两步包膜法，即先向肥料颗粒喷涂粘结剂，待粘结剂均匀附着于肥料表面后，再投放足量的包膜材料形成包膜层。该方法在思路上与前述工艺有所不同，但同样可以取得良好效果。由于生物炭的结构疏松，力学性能差，生物炭含量太高会造成肥料成型比例和抗压能力下降。对包膜肥而言，炭壳越厚、成膜剂干燥后拒水能力越强缓释效果越好，但膜层厚度的提升会导致膜层易碎、养分比例降低的问题。徐佳锋分析了包膜量与生物炭基包膜肥机械性能的关系，发现生物炭基包膜肥的抗压强度为18.69～29.37N，比纯尿素的抗压强度提高了68.23%～164.36%。

2.2.6其它加工技术

在《生物炭基肥料》（NY/T3041—2016）标准中，肥料的形状与粒度要求与复合肥料标准保持一致，以求尽可能贴近使用者对传统化肥的经验认知。但是，这种考虑也在很大程度上限制了产品中生物炭的添加量，其持肥缓释、改土培肥作用难以充分发挥。因此，如果不考虑粒度限制，仅从肥效的角度思考，提高生物炭添加量不失为一条可行途径。也有学者开展了炭基肥料棒研究，此类产品虽然形状特殊，但在配方、生产工艺方面仍属于复混。

3炭基产品农业应用

3.1土壤培肥与改良

炭基产品的土壤改良性能突出，它优化了生物炭的功能，提升了对土壤的靶向培肥和调理能力，相比于传统的大量直接施炭方式更为轻简易行，是生物炭在农业领域应用的主要技术载体。

炭基产品孔隙发达、密度低，含有羟基、羧基等亲水基团，有利于调节土壤容重，改善土壤孔隙结构，增加土壤的总孔隙度、毛管孔隙度和通气孔隙度，改善土壤的通气性和持水能力。有研究表明施用生物炭能够降低可排水孔隙的分布比例，增加中等孔径孔隙的分布比例，而中等孔隙的增加会提高土壤的保水能力。

良好的土壤酸碱度是作物高产的基础，炭基肥有助于提高土壤的缓冲能力，有效地调节土壤pH值，特别是对于酸性土壤，可以明显提高其pH值，使土壤呈中性或微碱性。由于生物炭大多呈碱性，尤其是秸秆类生物炭的灰分含量较高，因此经常会直观地认为其不利于降低盐碱土pH和盐离子浓度，所以利用生物炭改良盐碱土尚存在一些争议。然而，炭基肥却有所不同，制备工艺和应用技术的优化使其在盐碱土改良方面可以发挥重要作用，其优良的结构特征、高有机碳含量、较高的阳离子交换量（CEC）及吸附能力，均可在改善盐碱土物理结构、提高有机质含量和有效养分含量以及降低作物根系受Na离子盐害等方面发挥作用。

土壤氧化还原特性是驱动矿质养分循环和有机物质转化过程的重要影响因子，炭基肥具有发达的官能团结构和丰富的可变电荷载体，在土壤氧化还原过程中可起到显著的电子传递作用，进而参与到土壤养分转化、释放、吸附、络合等一系列过程，有利于土壤—作物系统间的物质流通。炭基肥可以通过控制植物根膜的离子电势，促进养分向植物迁移，从而提高养分利用效率。

阳离子交换量是反映土壤持肥能力的重要指标。炭基肥具有较高的阳离子交换量、发达的孔隙，因此有很强的吸附特性，对养分具有持留功能，能促进土壤中养分的固定，延缓了肥料在土壤中的释放和淋失，对养分起到缓释作用，减少肥料和土壤养分的损失，从而提高肥料利用率。有研究发现炭基肥能有效增加土壤有机质含量，减少硝酸盐氮、交换性钙和镁的淋失，并有效提高氮的利用效率。炭基肥制备的过程增加了羧基等官能团的数量，提高了单位表面积的电荷密度，从而提高土壤阳离子交换量，这对于减缓土壤中氮素的流失，增加土壤中磷素的生物有效性有重要意义。

土壤微生物是土壤生态系统重要的组成部分，在土壤有机碳矿化、养分转化和固定中起着至关重要的作用，是土壤评价必不可少的指标之一。炭基肥可以为微生物提供适宜生存的微环境，对土壤微生物丰度、多样性、群落结构和功能产生影响。从材料特性的角度来看，炭基肥表面粗糙度、表面形貌、自由能、表面电荷和疏水性是影响微生物定殖的主要因子。炭基肥有利于维持土壤微生物对碳源底物的利用能力，从而增强代谢活性。

3.2作物高产高效栽培

近年来，生物炭基肥料在作物高产高效栽培方面的研究与应用越来越受到人们的关注，主要聚焦于作物增产提质、养分利用、生理调控、防病抗逆等方面。

作物增产提质是施肥的首要目标，Melo等基于2011-2021年的相关文献进行了荟萃分析，对炭基肥和传统肥料的增产效果进行比较，发现与常规施肥相比，施用炭基肥作物平均增产10%以上，与直接施用15～30 t/hm²生物炭的效果相当，就养分高效利用和作物增产而言，大大节约了成本，也更易于轻简化推广应用。Zonayet等在盐碱地上施用炭基肥，缓解了土壤盐胁迫，显著提高了番茄产量与品质。

根系是衔接土壤与作物的枢纽，根生理功能和根际微生态环境对作物生长具有举足轻重的作用。炭基肥含有丰富的氮、磷、钾、硫、钙、镁等营养元素，为作物根系形态建成和组织发育提供了重要的物质基础，同时通过对土壤水气条件的协调优化，为促进根系生理结构及形态发育提供良好的生态环境。炭基肥具有明显的吸热属性，施入土壤后可提高土壤温度，减轻低温冷害，为根系生长发育提供有利条件。光合作用是植物物质合成与代谢的核心过程，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，是作物生长发育的基础。

在作物栽培过程中，除了养分高效供应之外，提升防病抗逆能力也是重中之重。国内外在炭基肥对作物病害抑制、缓解作物干旱和盐碱胁迫等方面开展了诸多研究。Liu等[92]认为生物炭对植物病害的控制效果有限，因为它不能特异性地杀死病原体，而生物炭（BC）与微生物接种剂（MI）的结合是一种抑制植物病害的有效方法。BC–MI可以促进MI在根系或根际的定殖，从而改变根系分泌物的组成并上调防御相关基因的表达。

3.3农田环境污染治理

炭基土壤调理剂不仅能改善土壤基础理化性状，在修复污染土壤方面同样效果显著，其作用机制主要包括表面吸附、络合、还原、共沉淀、离子交换、电子传递、孔隙填充、π键共轭作用、氢键和范德华力等。生物炭碱性和吸附能力较强，常作为重金属污染土壤调理剂，以生物炭为核心制备成炭基肥或炭基调理剂进行场地重金属污染土壤修复，已成为我国生物炭研究与应用的标志性成果之一。

近年来，新出现的污染物，如抗生素耐药基因（ARGs）的传播引起了科学界的关注，这在堆肥中尤为显著。除了传统的有机无机污染之外，炭基调理剂对污染气体排放、环境微塑料迁移转化的影响和调控机制也成为近年来的研究热点。研究发现，多孔的生物炭改善了氧气的扩散，并且气体前体物质被吸附到生物炭表面上。

4结论与展望

发展生物炭产业是突破资源环境约束、提升农业生产能力、消减面源污染、促进节能减排、支撑低碳循环可持续经济发展的重要举措。以多元化炭基产品研发与应用为抓手，从政策支持与激励机制、技术研发与创新、产业链构建和商业模式创新、示范项目与推广应用、国际合作与交流以及公众教育与意识提升等方面全方位推进生物炭产业化进程，将为绿色经济发展和生态环境保护作出重要贡献。

生物炭源于农作物秸秆等废弃生物质，富含稳定性有机碳，孔隙丰富、吸附能力强，将其返还农田，可同时实现秸秆利用、农田培肥、化肥减量、固碳减排等多重目标。但生物炭中一般矿质养分含量较低，可直接提供给作物的养分有限，且生物炭质量轻，脆而易碎，占空间大、运输和储存的成本较高，在实际农业生产中施加生物炭存在飘扬、粉尘污染等问题，限制了其在农业中的推广和利用。在此背景下，以生物炭作为载体材料或特定功能组分开发土壤培肥改良产品及其配套应用技术，将是实现肥料高效利用、土壤障碍消减和农田环境治理，进而推动可持续农业发展的重要途径。因此，沿循“以农林废弃物为原料、以生物炭为基质，通过养分的合理组配实现缓释、改土等功能复合”的技术路线，将生物炭制备为生物炭基肥料和土壤改良剂，日趋成为我国生物炭农业应用技术的主要发展方向。受不同地域、生态、气候条件等因素的影响，我国中低产田种类繁多、性质各异、等级不同。炭基土壤培肥与调理产品的设计、生产与作用机理等多个方面，就构成了生物炭应用技术的内涵。本文从生物炭基产品类型、制备工艺、性能评价及改土培肥应用等方面展开论述。

1生物炭基产品类型与功能

随着应用场景和需求的不断发展，生物炭基改土培肥产品从早期的原始生物炭，逐步发展到各类改性生物炭、生物炭基复合/复混肥、生物炭基包膜肥、生物炭基（生物）有机肥、生物炭基微生物肥料（菌剂）、生物炭基土壤调理剂、生物炭基肥料增效剂等多种类型，其设计原理、制备工艺、产品特性、功能和应用技术等也不断迭代发展，相关研究日趋深入。

1.1改性生物炭

生物炭改土培肥效果显著，但由于土壤障碍的多样性、作物需求的特殊性和农田环境的复杂性不同，在实际应用中可能存在效能不突出、成本偏高、实施困难等问题。为了提高生物炭的靶向调理功能，实现精准、高效和绿色应用，开发各类工程化的改性生物炭基材料，提高炭基材料性能就成了必然选择。研究发现，通过采取特定的调控手段和优化炭化工艺及制备方法，可以有效地调控生物炭的结构和理化性质。这不仅有助于弥补生物炭在某些方面的不足，还能引导其结构特性和性能发生特定的、优化的改变。通过这样的调控，可以使生物炭更好地满足预期的应用需求，从而实现其在农业生产、环境、能源等领域的高效应用。

1.2生物炭基复合肥/复混肥

生物炭基复合/复混肥料一般是将生物炭与化肥（氮、磷、钾肥料等），有机肥（如畜禽粪便、秸秆等）以及可能包含的其他成分（如微量元素、生物活性物质等）按一定比例，采用化学方法和（或）物理方法混合制成的肥料。它结合了生物炭的环境友好特性和化肥或有机肥的高效肥效，不仅能改善土壤质量，提升作物产量，还能在一定程度上减少长期过量施用化肥对环境造成的负面影响。

生物炭基复合/复混肥具备较强的养分缓释功能。有研究表明，生物炭孔隙结构丰富，其保留的细胞分室结构可减少其中嵌入的养分与水和土壤环境的接触，即通过物理隔离延缓养分释放。新制备生物炭的疏水表面可能进一步增强了其物理隔离能力。将生物炭和化学肥料混合造粒后，部分生物炭孔隙结构中结晶状物质增多，化肥中的氮、磷、钾养分不仅附着在生物炭表面，也可以进入生物炭的孔隙中，说明生物炭发挥了化肥载体作用。生物炭比表面积大，加之丰富的羟基、羧基和羰基等官能团，表现出强大的吸附性。当把生物炭与硝酸铵结合制备生物炭基肥料后，通过红外光谱图分析可发现，硝酸铵中NH⁴ 的N—H吸收峰弱化并移向高波数，说明羟基和NH⁴ 形成了强烈的氢键作用。此外，生物炭对磷也具有一定吸附作用，能够减少磷的淋溶损失，保持较长时间的供肥能力。生物炭基肥料与其它肥料的最大区别在于，当养分为当季作物利用后，生物炭仍在土壤中长期存在且持续发挥作用。随着炭基肥的逐年施入，土壤中的生物炭含量将越来越多，其还田改土效果也将不断累加。1.3生物炭基包膜肥

生物炭基包膜肥料是一种新兴的农业投入品，它结合了生物炭的优点和包膜肥料的技术，旨在提高肥料效率，减少养分流失。生物炭基包膜肥料一般有两种包膜形式：一种是将生物炭与化肥（如尿素、磷酸二铵等）进行混合后，再通过特定工艺将其包裹在一层或多层材料（如聚合物、生物降解材料等）中制成缓/控释型肥料；另一种是将生物炭作为膜材料组分与其他功能制剂复配成膜，再进一步对其他肥料核芯进行包膜处理。近年来，研究热点主要集中在炭基膜材料和包膜技术的研发等方面。由于生物炭具有很强的疏水特性，将生物炭配比粘结剂负载在肥料颗粒表面可以起到屏障作用，有效地阻碍水分子快速进入肥料内核，从而达到减缓养分释放的效果。

1.4生物炭基（生物）有机肥

生物炭基有机肥一般是指生物炭与来源于植物和（或）动物的有机物料混合发酵腐熟，或与来源于植物和（或）动物的经过发酵腐熟的含碳有机物料混合制成的肥料，按照其来源和制备工艺可以划分为：1）直接混合型，即将生物炭与有机物料直接物理混合，然后通过堆肥化处理使有机物质进一步矿化和腐熟；2）发酵型，即先将有机物料进行微生物发酵，产生的有机肥与生物炭混合，通过后续处理增加肥效和稳定性；3）复合型，即不仅包括生物炭和有机物，还可能添加一些无机肥料成分，如氮、磷、钾等，以提高肥效。在炭基有机肥的基础上，加入特定的功能性微生物（如固氮菌、解磷菌、解钾菌等），可制备成炭基生物有机肥，从而进一步增强肥效或病害防治能力等。与传统堆肥相比，生物炭基（生物）有机肥具有生产周期短、温室气体和氨排放少、养分含量高、腐殖化程度高、重金属和抗生素生态风险低等优点。自2015年以来，基于生物炭的有机肥料研究处于快速发展阶段，研究热点包括氮素转化利用、温室气体排放、堆肥产品质量和土壤肥力提升等。

在制备生物炭基有机肥料时，以下几点需要关注：1）生物炭添加量，在一定用量范围内，生物炭可通过多孔表面增加曝气和微生物活性进而促进产热，还可填补堆肥物料颗粒之间的空隙以减少热量损失，促使堆体迅速升温进入高温期。当生物炭用量过大（如40%，w/w）时，可能会降低易降解化合物的利用率，并可能导致较低的温度。2）生物炭粒度，添加颗粒炭能够增加堆体孔隙，改善堆体传质，延长堆肥高温期时间，能够有效促进堆体中微生物对溶解性碳氮的利用，促进腐殖质生成并且提高持水能力。添加粉末炭能够加快前期升温但会促进水分挥发，降低含水率。3）翻堆，生物炭的添加导致堆料曝气增加，微生物数量和活性提高，有可能暂时出现局部氧水平降低，延缓降解过程，因此，需要增加翻堆次数，保证堆肥内部温度的均匀性。4）温度监测，生物炭的添加缩短了堆体进入嗜热阶段的时间，提前进入高温期，添加生物炭还可以将嗜热期延长1～6天，有利于使堆肥达到更高的无害化水平。5）水分控制，一般建议将最佳含水量设为50%～60%，因为水分含量太低会抑制微生物活性，而水分含量过高会影响堆肥曝气。生物炭的微孔结构有利于吸收堆肥中多余的水分，从而防止渗滤液形成，还可以防止嗜热阶段水分蒸发导致的堆肥过度干燥。1.5生物炭基微生物肥料（菌剂）

生物炭是一种优良的生物相容多孔材料，有利于微生物的繁殖和栖息，可以增加微生物的数量以及活性。基于这一特性，将生物炭/微生物菌剂复合体进行混合接种扩繁形成生物炭基微生物肥料（菌剂），不仅有利于保持微生物菌剂的生物活性，也可以强化生物炭的土壤调理功能。

在制备炭基微生物肥料时，需要确保微生物群体在扩繁过程中保持高活性和稳定性，以便使最终产品具有良好的增产效果，改善土壤结构和增加土壤肥力。高效菌株的筛选，生物炭材料表面改性与营养负载，生物炭材料的选择以及功能菌的添加比例、发酵条件控制、产品保存条件等都是影响肥料中有效活菌数的重要因素。生物炭可负载多种不同类型菌株，例如用于负载固氮菌属、芽孢杆菌属、梭菌属、弗兰克氏菌属、假单胞菌属和根瘤菌属等植物根际促生菌。

1.6生物炭基土壤调理剂

生物炭基土壤调理剂主要利用生物炭的多孔结构、较高的比表面积、稳定的碳框架等特性，对土壤进行物理、化学和生物学调节，通常以生物炭作为主体，辅助添加其他有益于植物生长和土壤改良的成分，如有机肥料、微生物制剂等。生物炭基土壤调理剂具备多效复合功能，其应用场景非常广泛，可以调节土壤酸碱度，减少养分流失，改善土壤的通气性和保水性，促使土壤形成良好的团粒结构，提高土壤微生物多样性和活性，减轻土壤污染等。

1.7生物炭基肥料增效剂

生物炭作为肥料增效调节剂的研究由来已久，主要集中在堆肥过程调控和化肥养分减损增效方面。其增效机制主要体现在：调控堆体酸碱度和碳氮比，强化有机质和养分转化的生物和非生物驱动过程，加速纤维素降解，促进腐殖化和养分活化，利用其对养分离子的高代换和强吸附能力实现肥料增效。调控腐殖化过程是生物炭作为堆肥增效剂的核心目的，生物炭促进堆肥腐殖化的过程包含生物和非生物路径。生物炭可通过改变碳水化合物、氨基酸代谢、芽孢杆菌目、梭菌目和乳杆菌目微生物之间的相互作用模式，与腐殖酸（HA）和富里酸（FA）一起改善堆肥过程中的腐殖化作用，这对于理解生物炭在堆肥过程中对腐殖化的影响机制具有重要意义。总体而言，生物炭基肥料增效剂前景可期，但是目前以研究居多，标准化产品仍较为缺乏。

2生物炭基产品制备工艺

2.1生物炭改性工艺

2.1.1物理改性

物理法改性即通过物理方法对生物炭进行改性，这种方法可以改变生物炭的孔隙结构和表面官能团的性质，从而改变生物炭的化学性质和吸附性能。常见的物理改性方法包括：1）气体吹扫改性，主要是通过对热解的原料进行二氧化碳或氨气吹扫，从而达到对生物炭改性的效果。这种方法可以显著提升生物炭的表面积，从而增强了其去除水体中重金属污染物的能力。2）蒸汽改性，其主要过程包括原料的热解和蒸汽的气化。在蒸汽改性过程中，热解步骤会导致水分子中的氧原子与生物炭表面的自由活性位点发生交换。这种交换反应使得水分子中的氧元素数量减少，进而产生氢气，这些新生成的氢气会与生物炭表面的碳元素发生化学反应，形成表面氢络合物。3）微波改性，即通过微波辐射技术，改变生物炭表面的比表面积或孔隙大小等特性，从而提升其吸附污染物的能力。4）球磨改性，一般指采用球磨机对生物炭进行物理研磨，以减小其固体颗粒的尺寸，从而改变生物炭结构，提高生物炭整体性能的方法。由于球磨生物炭经过精细的研磨处理，其颗粒尺寸显著减小，这使得其比表面积大幅提升，生物炭表面暴露的活性位点数量随之增多，从而有利于增加对有机和无机离子的潜在吸附位点。这些增加的吸附位点使得球磨生物炭在吸附过程中能够更有效地捕获和固定目标物质，进而展现出优异的整体吸附性能。

2.1.2化学改性

化学改性法是最常用的改性方法，主要包括酸、碱、氧化剂、金属/非金属掺杂和有机化合物改性。化学改性可以在提高生物炭亲水性的同时改变生物炭的孔径和结构，然后使其对极性吸附物的吸附能力提升。常见的化学改性方法包括：1）金属盐或金属氧化物改性，即主要是将生物质材料浸泡在金属盐溶液中，然后经热解后负载纳米金属离子，也可以通过共沉淀法将金属元素负载在生物炭表面。为了进一步提升生物炭的性能，两种或两种以上金属改性的生物炭越来越受到关注，它们可以在生物炭表面形成多种金属氧化物。例如，在Mn-Ce改性生物炭表面形成MnO₂和CeO₂，显著改善了生物炭的静电吸附、氧化还原和表面络合。2）氧化剂改性，在生物炭的氧化剂改性过程中，通常使用过氧化氢（H₂O₂）和高锰酸钾（KMnO₄）作为改性剂。与其他氧化剂相比，高锰酸钾改性的生物炭不仅能够增加官能团的种类和数量，还能在生物炭的表面形成氧化锰层。因此，KMnO₄通常被用于生物炭改性。通过引入氧化剂进行表面改性，可以显著增加生物炭表面含氧官能团的数量，从而提升其对环境污染物的去除效率，但进行此改性时必须精确控制氧化剂的用量，因为氧化剂的用量不同，会使生物炭去除污染物的效果产生显著差异。在选择氧化剂的过程中，还需考虑目标污染物的特性，这是因为不同的氧化剂可能对特定污染物展现出不同的去除效果。3）酸改性，即主要利用酸性物质对生物炭进行改性。生物炭的比表面积、孔隙结构和灰分含量很容易被酸改性（硝酸、磷酸、硫酸等）改变。同时，通过酸改性也可以改善生物炭官能团的种类和含量。因此，酸改性被认为是生物炭最常用的改性策略之一。使用硝酸改性可以将N=O基团引入生物炭中，硫酸改性生物炭中出现H基团，而磷酸改性生物炭表面可以形成新的官能团（P=O和=POOH）。4）碱改性，即主要利用碱性物质对生物炭进行改性。碱改性是生物炭改变比表面积、含氧官能团和表面碱度的有效策略，也可以去除生物炭中的灰分和凝结有机物。因此，通过碱改性可以有效增强生物炭的性能。氢氧化钾（KOH）和氢氧化钠（NaOH）是碱改性生物炭的常用试剂。然而，它们对生物炭的物理和化学性质的影响不同。KOH改性生物炭的比表面积高于NaOH改性生物炭，而NaOH改性生物炭的—OH含量高于KOH改性生物炭。

2.1.3生物改性

生物改性是将吸附剂固定在生物炭上，使其在吸附过程中表现出环境友好且无污染的特点。通过生物改性，生物炭不仅具有高度的吸附专一性，还具有吸附广泛性的优势。生物改性的生物炭在环境治理和污染控制方面具有巨大潜力，可以有效地清除废水和废气中的有害物质。吴梦莉等选取花生壳生物炭（BC）作为试验的基底材料，对比了吸附法和包埋法将微生物固定在生物炭表面的效果差异，发现吸附法能够显著提升生物炭的比表面积和微孔容积，但介孔和大孔的容积则有所减少。而包埋法虽然能够引入新的官能团，如羰基和亚甲基，但这种方法会导致生物炭的比表面积大幅下降，微孔几乎完全被堵塞。在实际应用中，吸附法在提高生物炭对氨氮的吸附量和吸附效率方面表现得更好。

2.2生物炭成肥工艺

2.2.1团粒法

该方法是将生物炭与一种或者多种肥料粉碎后，形成粒度接近的粉状颗粒后混合造粒。团粒法造粒的基本原理是依靠肥料盐类溶解产生的溶液以及额外加入的黏结剂，将一定颗粒细度的基础肥料黏聚成粒，再通过转动使黏聚的颗粒在重力作用下运动，相互挤压、滚动使其紧密成型。生物炭颗粒粗糙、孔隙丰富、脆而易碎，而团粒法主要依靠自身重量和颗粒间的挤压而成型，所以生产的炭基肥颗粒往往强度不高。转鼓水汽造粒和圆盘造粒（喷蒸汽或黏结剂）是两种常见的团粒方式，均需保证成粒所需的液相量，属于湿法造粒，需要接续进行烘干操作，以降低水分含量，防止结块。

2.2.2挤压造粒法

挤压法主要是利用机械外力的作用使粉体基础肥料成粒，黏结剂种类与添加量、模孔孔径、炭肥比以及成型温度等因素对生物炭基肥料颗粒的抗压强度、抗渗水性、成型率和缓释性能等均有显著影响。适度增加炭肥比，肥料结构会更紧密，肥料养分缓释效果更好，但过量的生物炭的添加会造成肥料粒径不均匀、抗压强度不达标。

生物炭基肥料的制备是一个致密化的过程，需要消耗能量，因此成型耗能是很多生产技术人员关注的重要问题之一。参照秸秆、木屑等生物质成型技术的研究结果，较小的粒径往往在挤压过程中需要较高的能耗，黏结剂、成型压力、压缩量、压缩频率、含水率等是需要考虑的关键因素。相对于团粒法而言，挤压造粒对物料含水量的要求较低，因此后期烘干所需能耗也较低。

包括团粒法与挤压造粒法在内，混合造粒具有生产效率高、操作简便等特点，尤其便于生物炭与化学肥料紧密结合，更有利于养分利用率的提高，是目前生物炭基肥料生产的主要方式。原鲁明等认为，由于团粒法生产的肥料不抗压、返料多、生产成本高，而挤压法生产的肥料投资少、干燥成本低、肥料抗压性好，所以挤压法造粒是目前炭基肥造粒的较优选择。

2.2.3掺混法

在生物炭基肥料发展的早期，曾有将成型生物炭颗粒与单质肥料或复合肥料掺混的做法。在确保对应的最终产品符合相关标准要求的前提下，掺混法简便易行，有助于控制生产成本。但是这类产品中生物炭和肥料没有紧密结合，生物炭在添加量有限的情况下难以充分发挥持肥缓释作用，进而也难以通过提高养分利用效率来弥补化学养分含量下降的空缺，在应用中可能会出现作物生长后期脱肥等不良现象。近年来，掺混法已十分少见。

2.2.4吸附法

吸附法主要是利用生物炭的多孔性与吸附性，将肥料溶液中的一种或数种组分吸附于表面，或在表面发生反应，进而实现生物炭与养分的复合。在此类方法中，生物炭的原料占比大，如何在常见的肥料用量下确保总养分投入量是需要解决的问题。

2.2.5包膜/包裹法

主要是用细粉状生物炭颗粒包裹速效化肥颗粒，以减少因分解、挥发、冲蚀等造成的养分损失，从而提高肥料利用率。在制备方法上，通常采用一步包膜法和两步包膜法。一步包膜法，即将包膜材料和粘结剂混合后，喷涂到肥料颗粒表面；两步包膜法，即先向肥料颗粒喷涂粘结剂，待粘结剂均匀附着于肥料表面后，再投放足量的包膜材料形成包膜层。该方法在思路上与前述工艺有所不同，但同样可以取得良好效果。由于生物炭的结构疏松，力学性能差，生物炭含量太高会造成肥料成型比例和抗压能力下降。对包膜肥而言，炭壳越厚、成膜剂干燥后拒水能力越强缓释效果越好，但膜层厚度的提升会导致膜层易碎、养分比例降低的问题。徐佳锋分析了包膜量与生物炭基包膜肥机械性能的关系，发现生物炭基包膜肥的抗压强度为18.69～29.37N，比纯尿素的抗压强度提高了68.23%～164.36%。

2.2.6其它加工技术

在《生物炭基肥料》（NY/T3041—2016）标准中，肥料的形状与粒度要求与复合肥料标准保持一致，以求尽可能贴近使用者对传统化肥的经验认知。但是，这种考虑也在很大程度上限制了产品中生物炭的添加量，其持肥缓释、改土培肥作用难以充分发挥。因此，如果不考虑粒度限制，仅从肥效的角度思考，提高生物炭添加量不失为一条可行途径。也有学者开展了炭基肥料棒研究，此类产品虽然形状特殊，但在配方、生产工艺方面仍属于复混。

3炭基产品农业应用

3.1土壤培肥与改良

炭基产品的土壤改良性能突出，它优化了生物炭的功能，提升了对土壤的靶向培肥和调理能力，相比于传统的大量直接施炭方式更为轻简易行，是生物炭在农业领域应用的主要技术载体。

炭基产品孔隙发达、密度低，含有羟基、羧基等亲水基团，有利于调节土壤容重，改善土壤孔隙结构，增加土壤的总孔隙度、毛管孔隙度和通气孔隙度，改善土壤的通气性和持水能力。有研究表明施用生物炭能够降低可排水孔隙的分布比例，增加中等孔径孔隙的分布比例，而中等孔隙的增加会提高土壤的保水能力。

良好的土壤酸碱度是作物高产的基础，炭基肥有助于提高土壤的缓冲能力，有效地调节土壤pH值，特别是对于酸性土壤，可以明显提高其pH值，使土壤呈中性或微碱性。由于生物炭大多呈碱性，尤其是秸秆类生物炭的灰分含量较高，因此经常会直观地认为其不利于降低盐碱土pH和盐离子浓度，所以利用生物炭改良盐碱土尚存在一些争议。然而，炭基肥却有所不同，制备工艺和应用技术的优化使其在盐碱土改良方面可以发挥重要作用，其优良的结构特征、高有机碳含量、较高的阳离子交换量（CEC）及吸附能力，均可在改善盐碱土物理结构、提高有机质含量和有效养分含量以及降低作物根系受Na离子盐害等方面发挥作用。

土壤氧化还原特性是驱动矿质养分循环和有机物质转化过程的重要影响因子，炭基肥具有发达的官能团结构和丰富的可变电荷载体，在土壤氧化还原过程中可起到显著的电子传递作用，进而参与到土壤养分转化、释放、吸附、络合等一系列过程，有利于土壤—作物系统间的物质流通。炭基肥可以通过控制植物根膜的离子电势，促进养分向植物迁移，从而提高养分利用效率。

阳离子交换量是反映土壤持肥能力的重要指标。炭基肥具有较高的阳离子交换量、发达的孔隙，因此有很强的吸附特性，对养分具有持留功能，能促进土壤中养分的固定，延缓了肥料在土壤中的释放和淋失，对养分起到缓释作用，减少肥料和土壤养分的损失，从而提高肥料利用率。有研究发现炭基肥能有效增加土壤有机质含量，减少硝酸盐氮、交换性钙和镁的淋失，并有效提高氮的利用效率。炭基肥制备的过程增加了羧基等官能团的数量，提高了单位表面积的电荷密度，从而提高土壤阳离子交换量，这对于减缓土壤中氮素的流失，增加土壤中磷素的生物有效性有重要意义。

土壤微生物是土壤生态系统重要的组成部分，在土壤有机碳矿化、养分转化和固定中起着至关重要的作用，是土壤评价必不可少的指标之一。炭基肥可以为微生物提供适宜生存的微环境，对土壤微生物丰度、多样性、群落结构和功能产生影响。从材料特性的角度来看，炭基肥表面粗糙度、表面形貌、自由能、表面电荷和疏水性是影响微生物定殖的主要因子。炭基肥有利于维持土壤微生物对碳源底物的利用能力，从而增强代谢活性。

3.2作物高产高效栽培

近年来，生物炭基肥料在作物高产高效栽培方面的研究与应用越来越受到人们的关注，主要聚焦于作物增产提质、养分利用、生理调控、防病抗逆等方面。

作物增产提质是施肥的首要目标，Melo等基于2011-2021年的相关文献进行了荟萃分析，对炭基肥和传统肥料的增产效果进行比较，发现与常规施肥相比，施用炭基肥作物平均增产10%以上，与直接施用15～30 t/hm²生物炭的效果相当，就养分高效利用和作物增产而言，大大节约了成本，也更易于轻简化推广应用。Zonayet等在盐碱地上施用炭基肥，缓解了土壤盐胁迫，显著提高了番茄产量与品质。

根系是衔接土壤与作物的枢纽，根生理功能和根际微生态环境对作物生长具有举足轻重的作用。炭基肥含有丰富的氮、磷、钾、硫、钙、镁等营养元素，为作物根系形态建成和组织发育提供了重要的物质基础，同时通过对土壤水气条件的协调优化，为促进根系生理结构及形态发育提供良好的生态环境。炭基肥具有明显的吸热属性，施入土壤后可提高土壤温度，减轻低温冷害，为根系生长发育提供有利条件。光合作用是植物物质合成与代谢的核心过程，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，是作物生长发育的基础。

在作物栽培过程中，除了养分高效供应之外，提升防病抗逆能力也是重中之重。国内外在炭基肥对作物病害抑制、缓解作物干旱和盐碱胁迫等方面开展了诸多研究。Liu等[92]认为生物炭对植物病害的控制效果有限，因为它不能特异性地杀死病原体，而生物炭（BC）与微生物接种剂（MI）的结合是一种抑制植物病害的有效方法。BC–MI可以促进MI在根系或根际的定殖，从而改变根系分泌物的组成并上调防御相关基因的表达。

3.3农田环境污染治理

炭基土壤调理剂不仅能改善土壤基础理化性状，在修复污染土壤方面同样效果显著，其作用机制主要包括表面吸附、络合、还原、共沉淀、离子交换、电子传递、孔隙填充、π键共轭作用、氢键和范德华力等。生物炭碱性和吸附能力较强，常作为重金属污染土壤调理剂，以生物炭为核心制备成炭基肥或炭基调理剂进行场地重金属污染土壤修复，已成为我国生物炭研究与应用的标志性成果之一。

近年来，新出现的污染物，如抗生素耐药基因（ARGs）的传播引起了科学界的关注，这在堆肥中尤为显著。除了传统的有机无机污染之外，炭基调理剂对污染气体排放、环境微塑料迁移转化的影响和调控机制也成为近年来的研究热点。研究发现，多孔的生物炭改善了氧气的扩散，并且气体前体物质被吸附到生物炭表面上。

4结论与展望

发展生物炭产业是突破资源环境约束、提升农业生产能力、消减面源污染、促进节能减排、支撑低碳循环可持续经济发展的重要举措。以多元化炭基产品研发与应用为抓手，从政策支持与激励机制、技术研发与创新、产业链构建和商业模式创新、示范项目与推广应用、国际合作与交流以及公众教育与意识提升等方面全方位推进生物炭产业化进程，将为绿色经济发展和生态环境保护作出重要贡献。