張繼寧，周勝，孫會峰，張鮮鮮

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所/上海低碳農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201403）

生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在限氧或無氧條件加熱分解而獲得的含碳量豐富的固態(tài)物質(zhì)[1-3]。眾多的研究結(jié)果表明生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。國內(nèi)外的研究涵蓋了生物質(zhì)炭提高作物產(chǎn)量[4]、改良土壤性質(zhì)[5]、提高發(fā)酵產(chǎn)物肥效[6-7]、固定重金屬在土壤中遷移[8]和減少溫室氣體減排[9]等方面的研究。

蔬菜地是特殊的旱地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，其具有高施肥量、高復(fù)種指數(shù)、高經(jīng)濟(jì)效益、高頻度農(nóng)事操作等特點。針對我國蔬菜地土壤出現(xiàn)的退化現(xiàn)象，研究表明生物質(zhì)炭能夠增加蔬菜地土壤有機(jī)碳含量，有效減少N2O排放[9]；也可作為改良劑對酸化土壤、黏重土壤以及鹽漬化土壤進(jìn)行改良[4]。生物質(zhì)炭在蔬菜地生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益受到關(guān)注，有必要成為改良蔬菜地土壤的措施之一。本文從生物質(zhì)炭對蔬菜地土壤環(huán)境的影響及其作用機(jī)制兩個方面出發(fā)，重點闡述了近年來我國蔬菜地應(yīng)用生物質(zhì)炭的研究進(jìn)展，總結(jié)和分析了生物質(zhì)炭在提升蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)、減緩溫室氣體排放、削減面源污染和鈍化重金屬遷移等方面的機(jī)理機(jī)制，以期為改良蔬菜地土壤性質(zhì)、提高氮肥利用率、削減菜園面源污染和減緩溫室氣體提供理論基礎(chǔ)。

1 生物質(zhì)炭的性質(zhì)及其影響因素

生物質(zhì)炭含有穩(wěn)定的碳元素，其中碳主要由芳香烴、單質(zhì)碳或具有類石墨結(jié)構(gòu)的碳構(gòu)成。這樣的表面結(jié)構(gòu)特性決定了它具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和生物學(xué)穩(wěn)定性[1-3]。生物質(zhì)炭具有豐富的表面微孔結(jié)構(gòu)，比表面積較大，吸附能力較強(qiáng)，對重金屬、無機(jī)物、有機(jī)污染物具有較高的親和性，能較強(qiáng)地吸附它們并影響其在土壤中的遷移、降低其在土壤中的生物可利用性或減少其流失[10]。生物質(zhì)炭可為作物生長提供養(yǎng)分補(bǔ)充，在農(nóng)田土壤改良[5]，發(fā)酵調(diào)控[6-7]等方面具有改善作用。

不同的炭化原料、炭化工藝產(chǎn)生的生物質(zhì)炭性質(zhì)差異較大，而生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)方面的效應(yīng)與其特性密不可分。生物質(zhì)炭特性的影響因素，主要包括炭化原料、熱解溫度和熱解停留時間。

1.1 炭化原料

同樣的熱解溫度條件下，不同的炭化材料制備的生物質(zhì)炭性質(zhì)不同。600 ℃條件制備的木質(zhì)生物質(zhì)炭、草稈生物質(zhì)炭、棉花秸稈生物質(zhì)炭和葡萄藤生物質(zhì)炭產(chǎn)量相比，木質(zhì)生物質(zhì)炭和草稈生物質(zhì)炭的產(chǎn)量16.1%（wt/wt）較高，而葡萄藤生物質(zhì)炭的產(chǎn)量8.5%（wt/wt）較低[11]（表1）。生物質(zhì)炭的產(chǎn)量指風(fēng)干生物質(zhì)熱解炭化后的干重，主要與生物質(zhì)中的纖維素和木質(zhì)素含量有關(guān)。同樣的溫度條件下，不同來源生物質(zhì)炭的灰分含量變化較大，秸稈類生物質(zhì)炭的灰分含量較高22.2%～35.1%（wt/wt），而木炭和竹炭的灰分含量較低3.8%～5.0% （wt/wt）[11-12]。一般來說，木本科的生物質(zhì)炭含碳量較高，礦質(zhì)養(yǎng)分較少；畜禽糞便和草本植物生產(chǎn)的生物質(zhì)炭含碳量較低，礦質(zhì)元素含量較高。

表1 600 ℃熱解溫度條件下不同原料生物質(zhì)炭的產(chǎn)量與灰分含量Table 1 The biochar’s yield and ash contents from different biomass under pyrolysis temperature 600 ℃

1.2 熱解溫度與熱解停留時間

一般來說在熱解過程中隨著溫度的升高，生物質(zhì)炭的產(chǎn)量會逐漸降低、生物質(zhì)炭的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)會變得更加豐富。已有研究表明，污泥生物質(zhì)炭的產(chǎn)量由300 ℃時的64.3%（wt/wt）下降到900 ℃時的 42.2%（wt/wt）；而比表面積由300 ℃時的4.9 m2/g增加到900 ℃時的34.2 m2/g[3]（表2）。生物質(zhì)炭表面的-COOH、-COH和-OH等含氧官能團(tuán)逐漸增多，由此產(chǎn)生的表面負(fù)電荷使得生物質(zhì)炭具有較高的陽離子交換量（CEC）。熱解溫度越高，生物質(zhì)炭的pH越高，這是由于熱解過程中會產(chǎn)生大量灰分，其中的礦質(zhì)元素溶于水后呈堿性所致。

生物質(zhì)炭具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔徑大小決定其比表面積。而生物質(zhì)炭的孔徑大小與熱解停留時間也有關(guān)系。當(dāng)熱解停留時間為20～30 min時，生物質(zhì)炭的平均孔徑相對于停留時間10 min時的孔徑尺寸提高了4.8%～8.5%[11]（表3）?；曳趾恳矔S著熱解停留時間的延長而增加。Tan等[11]分析結(jié)果表明熱解停留時間為20 min，生物質(zhì)炭的灰分含量為7.0%；停留時間為60 min，其灰分含量增加至15.7%。這是由于熱解停留時間長，易于有機(jī)物質(zhì)揮發(fā)而殘留更多的灰分。

表2 不同熱解溫度對生物質(zhì)炭性質(zhì)的影響Table 2 Effect of pyrolysis temperature on the biochar’s characteristics

表3 不同熱解停留時間對生物質(zhì)炭性質(zhì)的影響Table 3 Effect of different pyrolysis retention time on biochar’s characteristics

2 我國蔬菜地存在的問題

我國蔬菜的播種面積和產(chǎn)量分別占世界的43%和49%[13]。2015年我國蔬菜的播種面積為2.2×107hm2，占我國耕地總面積的13.2%，其中設(shè)施蔬菜種植面積達(dá)到5.8×106hm2[13]。蔬菜地氮肥施用量通常是蔬菜生長所需量的6～8倍，是常規(guī)大田的幾倍甚至10倍以上[14]，氮素的高投入導(dǎo)致低下的氮肥利用率和大量的土壤氮素殘留。如曹兵等[15]對番茄菜地進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示番茄地的氮素利用率為16.4%～28.8%，氮素在土壤中的殘留率為37.0%～37.5%，損失率為34.2%～46.0%。

設(shè)施蔬菜地環(huán)境封閉、缺少降雨的自然淋溶，施用的大量礦質(zhì)肥料殘留在土壤耕層。設(shè)施菜園溫度較高，土壤水分蒸發(fā)量較大，土壤上層水分消耗快、下層水分和地下水向上運(yùn)移致使鹽分被水帶至表層，加速了鹽分在土壤表層的積累。設(shè)施蔬菜地濕度也較大，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)易被破壞，通透性變差、不利于鹽分向下滲透。此外，設(shè)施土壤溫度高，也會加速原生礦物的風(fēng)化、促進(jìn)鹽基離子的釋放，最終加劇了設(shè)施蔬菜地的土壤次生鹽漬化[16]。土壤在物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為耕作層變淺、土壤板結(jié)、透水透氣性下降；在化學(xué)性質(zhì)方面表現(xiàn)為土壤酸化、Ca2+和NO3-含量顯著增加[16]。對于蔬菜來說，土壤次生鹽漬化使植株矮小、發(fā)育遲緩、產(chǎn)量降低。蔬菜地土壤中過多的硝酸鹽使蔬菜積累大量硝酸鹽，人類食用這些蔬菜會對健康產(chǎn)生危害。

蔬菜地的氮素通過徑流遷移和N2O排放進(jìn)入環(huán)境，引發(fā)蔬菜地的面源污染和溫室效應(yīng)等環(huán)境問題。曾招兵等[17]研究表明廣州市郊菜地總氮的年徑流損失量高達(dá)321 kg/hm2，占氮肥投入量的14.0%。據(jù)統(tǒng)計，我國設(shè)施蔬菜地土壤的N2O排放占農(nóng)田土壤N2O總排放的20%[18]。因此，降低蔬菜地的氮素以地表徑流遷移、滲漏、N2O排放途徑而損失，已經(jīng)成為我國蔬菜地生產(chǎn)亟需解決的重大問題。

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量重金屬污染物通過各種途徑進(jìn)入土壤，從而引起蔬菜地土壤重金屬超標(biāo)。土壤重金屬污染主要與施入化肥和畜禽糞便有機(jī)肥等密切相關(guān)。何夢媛等[19]報道，連續(xù)4年施用豬糞顯著增加了耕層土壤中Cu和Cd含量，與對照相比，增幅分別為43.9%～118.6%和28.2%～44.9%。重金屬污染成為影響人類生活質(zhì)量、威脅人類健康的環(huán)境和社會問題。程家麗等[20]報道了我國各主要大中城市郊區(qū)的蔬菜均存在重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，包括Pb、Cd、Hg、Cu和As。井永蘋等[21]研究表明，設(shè)施蔬菜地土壤重金屬含量隨著蔬菜地的使用年限的增加而加重，棚齡16～20年和21～25年的土壤Cu含量較棚齡1～5年的Cu含量增加19.2%和25.4%；棚齡16～20年和21～25年的土壤Cd含量較棚齡1～5年的Cd含量增加2倍?？偠灾耘嗄晗?、輪作方式和土壤特性均對土壤中重金屬的積累產(chǎn)生影響。因此，如何在保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)并改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的前提下對重金屬中輕度污染蔬菜地土壤進(jìn)行修復(fù)從而實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的高效、安全和可持續(xù)發(fā)展也是當(dāng)前亟待解決的課題之一。

3 生物質(zhì)炭在我國蔬菜地的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 生物質(zhì)炭對土壤理化性質(zhì)和蔬菜品質(zhì)的影響

生物質(zhì)炭的添加緩解了土壤酸化。如酸化菜地土壤種植小白菜，小麥秸稈生物質(zhì)炭的添加減緩了土壤pH下降[22]；紅壤中施加10%的稻殼生物質(zhì)炭栽培芥藍(lán)，紅壤pH有所提高[23]。設(shè)施蔬菜地土壤次生鹽漬化的主要離子為NO3-和 Ca2+[16]，生物質(zhì)炭的混施改善了土壤的次生鹽漬化。農(nóng)明英等[24]以生菜為供試作物，與不施肥不施生物質(zhì)炭的對照處理相比，小麥秸稈生物質(zhì)炭的添加有效降低了土壤的全鹽、NO3-和Ca2+含量，降低幅度分別為23.9%、45.2%和23.9%。杜衍紅等[23]研究表明稻殼生物質(zhì)炭的添加相對于施肥而不施生物質(zhì)炭的對照處理，土壤速效氮含量呈10%的降低趨勢。

生物質(zhì)炭的添加改善了土壤的物理性質(zhì)。由于生物質(zhì)炭密度小，可降低土壤容重和調(diào)節(jié)土壤孔隙度。劉玉學(xué)等[25]研究表明水稻秸稈生物質(zhì)炭和竹炭的添加均降低了菜地土壤的容重。生物炭表面的官能團(tuán)具有親水性，可以提高土壤持水量。何飛飛等[26]研究表明蕹菜盆栽試驗結(jié)束后、土壤持水量隨生物質(zhì)炭的施入量增加而增大。當(dāng)生物質(zhì)炭的投加比例為干土重的2%～10%，土壤持水量可增加5.0%～36.5%。生物質(zhì)炭的添加也改善了土壤的化學(xué)性質(zhì)。杜衍紅等[23]在紅壤中施加10%的稻殼生物質(zhì)炭，栽培芥藍(lán)后土壤CEC提高了214.3%，土壤中有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量也有顯著提高。程效義等[27]以連作15年的設(shè)施土壤為研究對象，以黃瓜為供試作物，施加40 t/hm2的玉米秸稈生物質(zhì)炭可顯著改善土壤中脲酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性。

生物質(zhì)炭對蔬菜產(chǎn)量的影響，涵蓋了葉菜類、茄果類和塊根類等蔬菜；生物質(zhì)炭的類型包括了秸稈生物質(zhì)炭（小麥秸稈生物質(zhì)炭、水稻秸稈生物質(zhì)炭和玉米秸稈生物質(zhì)炭等）、稻殼炭、竹炭以及幾種生物質(zhì)配比制備的混合生物質(zhì)炭。劉玉學(xué)等[25]研究表明水稻秸稈生物質(zhì)炭和竹炭對小青菜的生長均有促進(jìn)作用，以配施氮肥不施生物質(zhì)炭的處理為對照，當(dāng)生物質(zhì)炭施加量為40 t/hm2時，小青菜的總糖含量分別提高31.2%和19.5%；青菜中硝酸鹽含量分別降低15.0%和16.4%。黃連喜等[28]連續(xù)16個月定位多茬蔬菜（上海青—油麥菜—生菜）輪作的田間試驗結(jié)果表明，與施等量復(fù)合肥而不施生物炭的對照處理而言，5 t/hm2的小麥秸稈生物質(zhì)炭促進(jìn)蔬菜增產(chǎn)15.6%～124.3%。武春成等[29]通過黃瓜桶栽試驗表明，與施肥而不施生物質(zhì)炭的對照相比，5%的玉米秸稈生物質(zhì)炭促進(jìn)黃瓜增產(chǎn)25.0%，黃瓜的可溶性糖含量提高了23.8%、硝酸鹽含量降低了23.1%。這些研究表明，正是由于合理地添施生物質(zhì)炭增加了土壤孔隙度和土壤持水性、改善了土壤物理性狀，促進(jìn)了蔬菜根系生長[25]；降低了氮素在土壤中的淋失、提高了土壤中有效磷、鉀、鎂和鈣含量，促進(jìn)了蔬菜對土壤養(yǎng)分的吸收利用[25-29]；提高了原生菌、真菌等的活性，為微生物群落的生存提供了較大空間[27]；生物質(zhì)炭表面豐富的羧基和酚羥基等含氧官能團(tuán)，使陽離子交換活動更加活躍，土壤CEC得以提高[23]。因此，生物質(zhì)炭的添加在改善土壤性質(zhì)的同時，促進(jìn)了蔬菜增產(chǎn)和品質(zhì)提升。

3.2 生物質(zhì)炭對蔬菜地溫室氣體排放的影響

目前，生物質(zhì)炭添加對蔬菜地CO2排放的影響沒有一致的定論，有研究表明促進(jìn)CO2排放，也有研究認(rèn)為抑制CO2排放。何飛飛等[26]在紅壤中栽培蕹菜，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭（水稻秸稈和花生殼混合制備的生物質(zhì)炭）促進(jìn)了土壤中CO2的排放，增加幅度為4.1%～85.1%。賈俊香和熊正琴[30]以玉米秸稈生物質(zhì)炭和菜心為研究對象，也得出了生物質(zhì)炭促進(jìn)CO2排放的結(jié)論，累計CO2排放量增加了74.8%～109.2%。陸扣萍等[31]研究表明，一次性施入20 t/hm2豬骨生物質(zhì)炭可使空心菜—小青菜輪作的土壤中CO2排放量增加12.9%～13.3%，而一次性施入20 t/hm2竹炭，致使土壤CO2排放量減少了9.2%～15.7%。這可能由于豬骨生物質(zhì)炭、秸稈生物質(zhì)炭含有較多的灰分，向土壤中帶入了較多的易分解有機(jī)碳以及無機(jī)養(yǎng)分，為微生物提供了碳源，所以增加了土壤中CO2的釋放[31]。由此可見，生物質(zhì)炭的炭化原料對CO2的排放產(chǎn)生出不同的結(jié)果：木本科來源的生物質(zhì)炭（木炭、竹炭）由于碳含量較高而灰分含量較低，在土壤中的固碳能力優(yōu)于禾本科炭化原料制備的生物炭（秸稈生物質(zhì)炭、稻殼生物質(zhì)炭等）[32]。實際上，即便生物質(zhì)炭促進(jìn)土壤中CO2的排放，排放的CO2僅占生物質(zhì)炭總量的0.1%～0.8%[33]。添加生物質(zhì)炭并未對蔬菜地的CH4排放產(chǎn)生影響[29-31]。

在我國蔬菜地，關(guān)于生物質(zhì)炭對N2O排放影響的研究報道較多，空心菜、小青菜、番茄、黃瓜或茄子等蔬菜地施入竹炭或水稻秸稈生物質(zhì)炭后，土壤N2O累積排放量均呈減少趨勢[30-31,34]。生物質(zhì)炭減少土壤N2O排放的原因主要有：1）生物質(zhì)炭可能增加土壤對NH4+的吸附，減少硝化作用底物的濃度，從而抑制硝化過程中N2O的排放[35-37]；2）生物質(zhì)炭可能通過提高土壤中N2O還原酶（nosZ）相關(guān)基因的豐度，促進(jìn)N2O還原為N2釋放到大氣，直接減少了土壤N2O的排放[9,38]；3）也有研究認(rèn)為，生物質(zhì)炭的C/N比（7～400）較高, 容易引起土壤氮固持，抑制了土壤N2O排放[39]。在蔬菜地高硝態(tài)氮背景下，生物質(zhì)炭配施有機(jī)肥模式可大大降低菜地土壤N2O的排放。陳晨等[38]在莧菜、空心菜、菜秧和香菜輪作條件下，單施氮肥顯著增加了N2O的累計排放量，增幅為31.2%～116.4%；單施秸稈生物質(zhì)炭也增加了N2O排放。但綜合考慮了氮肥和秸稈生物質(zhì)炭（20～40 t/hm2）的協(xié)同作用后，蔬菜地土壤的N2O累計排放量減少了1.6%～24.4%。易瓊等[40]研究也表明在有機(jī)肥部分替代化肥氮的模式中，生物質(zhì)炭能有效抑制菜地土壤N2O的排放，降低幅度為38.8%。

3.3 生物質(zhì)炭對蔬菜地面源污染的影響

氮和磷是蔬菜所必需的大量養(yǎng)分元素。由于氮磷肥的大量施用，未被蔬菜利用的氮磷養(yǎng)分殘留于蔬菜地表層土壤，在降雨或灌溉條件下，氮磷養(yǎng)分易發(fā)生淋溶損失。例如，施入土壤的肥料中大約有30%～50%的氮素發(fā)生了淋溶損失，致使地下水中氮素含量超標(biāo)[41]。蔬菜地地表徑流中氮素遷移主要以硝態(tài)氮（NO3--N）和銨態(tài)氮（NH4+-N）為主。通過添施生物質(zhì)炭削減我國蔬菜地面源污染中氮、磷流失的研究相對較少。

土壤—水體中氮磷等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與遷移是造成蔬菜地面源污染的主要原因。生物質(zhì)炭進(jìn)入土壤后，微生物對其表面進(jìn)行氧化，促進(jìn)土壤中含氧官能團(tuán)的增加、CEC的提高、疏水性的降低，從而減緩了養(yǎng)分的流失[42]。對于氮素來說，生物質(zhì)炭能夠吸附土壤中未被作物利用的氮素，主要是NH4+和NO3，延緩其在土壤中的釋放。而土壤中磷素淋溶作用很小，一般情況下，土壤吸附固定磷的能力很大，磷素在土壤中很難移動。土壤中磷素的淋失主要與土壤類型、土壤富磷程度、施肥措施、農(nóng)業(yè)耕種、水文條件和土壤質(zhì)地有關(guān)。生物質(zhì)炭能否直接吸附磷，目前的研究結(jié)論并不統(tǒng)一[10,37,42]。而經(jīng)過改性處理（負(fù)載鐵或鎂）的生物質(zhì)炭可以顯著吸附磷[43]。生物質(zhì)炭可能促進(jìn)酸性土壤外源磷的有效性，增加土壤電導(dǎo)率，降低土壤磷酸酶活性；生物質(zhì)炭也可能提高土壤pH，直接吸附土體中的Al3+、Fe3+和Ca2+等離子，從而間接提高土壤磷素的有效性，最終影響土壤對磷的吸附和解吸。

3.4 生物質(zhì)炭對蔬菜和土壤中重金屬含量的影響

針對蔬菜中Cd累積程度而言，劉阿梅等[44]推薦栽種蘿卜的最佳松木生物質(zhì)炭的投加量為土壤干重的10%～20%。土壤中添加3.0 mg/kg重金屬Cd的背景下，不加生物質(zhì)炭處理中的蘿卜根中Cd含量為0.48 mg/kg；而添加生物質(zhì)炭處理的蘿卜根中Cd含量降低為0.28 mg/kg，降低幅度為41.7%。吳繼陽等[45]以污泥生物質(zhì)炭為改良劑，在污染土壤中種植小青菜，結(jié)果表明按照風(fēng)干土重5%的投加比例可使小青菜可食部位的Cd含量降低14.8%。劉沖等[46]將水稻秸稈生物質(zhì)炭（風(fēng)干土重的1.5%～3.0%）添加到污染土壤中，供試作物油麥菜的地下部Cd含量和地上部Cd含量分別降低了47.6%～57.2%和26.1%～31.9%。對于土壤中Cd累積程度而言，王艷紅等[47]在土壤中混入25 g/kg的稻殼生物質(zhì)炭栽培生菜，土壤中醋酸銨提取態(tài)Cd含量和弱酸提取態(tài)Cd含量分別比對照污染土壤降低了17.9%和10.4%。劉旭東等[48]在土壤中添加10 t/hm2的水稻秸稈生物質(zhì)炭栽培生菜，土壤中有效態(tài)Cd降低了45.0%～62.0%；添加20 t/hm2的水稻秸稈生物質(zhì)炭，土壤中有效態(tài)Cd降低幅度更為明顯，達(dá)66.0%～89.0%。

生物質(zhì)炭對土壤中重金屬Cd的鈍化機(jī)制主要包括提高土壤pH和對Cd的固持作用。生物質(zhì)炭進(jìn)入土壤后可增加土壤pH，從而會影響土壤中重金屬的水解平衡。當(dāng)土壤中的重金屬離子以金屬氫氧化物、碳酸鹽或磷酸鹽的沉淀形式存在，即降低了其在土壤中的移動性[46]；生物質(zhì)炭的表面官能團(tuán)在土壤中與重金屬離子結(jié)合，形成的金屬配合物會固持與特定配位體有較強(qiáng)親和力的重金屬[45]。生物質(zhì)炭進(jìn)入重金屬污染的土壤后，主要通過調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)以及與重金屬發(fā)生靜電、沉淀、絡(luò)合等作用，促進(jìn)土壤中重金屬失活。最終，生物質(zhì)炭的添加降低了重金屬在土壤中的生物有效性和可遷移性，阻控了重金屬由土壤向蔬菜的可食部分運(yùn)移富集，降低了蔬菜產(chǎn)品中的重金屬含量，減弱了重金屬污染的危害[48]。

4 展望

生物質(zhì)炭為提高蔬菜品質(zhì)、減少蔬菜地污染排放提供了可靠途徑和有效措施。為加深生物質(zhì)炭對蔬菜生產(chǎn)影響機(jī)制的理解、推廣其在我國蔬菜生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，今后需要進(jìn)一步加強(qiáng)以下幾個方面的研究方向。

1）明確生物質(zhì)炭在不同蔬菜土壤環(huán)境條件下的適用性。由于生物質(zhì)炭種類的多樣性和不同地域氣候條件和耕作制度多樣化等因素，生物質(zhì)炭的應(yīng)用效果存在差異。加強(qiáng)各因素間的相關(guān)性研究，了解生物質(zhì)炭在蔬菜地環(huán)境的影響機(jī)制，進(jìn)行區(qū)域間橫向?qū)Ρ妊芯?，對生物質(zhì)炭的合理化應(yīng)用具有重要意義。

2）開展生物質(zhì)炭在蔬菜地應(yīng)用的長期定位監(jiān)測。生物質(zhì)炭應(yīng)用技術(shù)實施的不同年限對蔬菜地環(huán)境的影響程度不同，將短期與長期定位試驗相結(jié)合進(jìn)行縱向比較研究，對于揭示生物質(zhì)炭在蔬菜地環(huán)境的長期影響效果、探索生物質(zhì)資源化利用有效方式以及建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式有重要意義。

3）降低生物質(zhì)炭的生產(chǎn)成本。目前國內(nèi)關(guān)于生物質(zhì)炭的理論研究基礎(chǔ)逐漸加強(qiáng)，制備生物質(zhì)炭的設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用正在陸續(xù)大面積地推廣。降低生物質(zhì)炭的生產(chǎn)成本，可以有效促進(jìn)生物質(zhì)炭的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣。此外，也應(yīng)該綜合考慮生物質(zhì)炭應(yīng)用與配肥技術(shù)、生物技術(shù)、耕作措施等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)，對優(yōu)化蔬菜地生態(tài)環(huán)境、增加社會效益具有重要意義。

4）識別生物質(zhì)炭的潛在風(fēng)險。施加生物質(zhì)炭導(dǎo)致土壤C/N失調(diào)、鹽基離子含量過高，而且生物質(zhì)炭中含有的有毒物質(zhì)會釋放，這些負(fù)面效果可能會影響土壤生物區(qū)系，最終致使蔬菜減產(chǎn)。應(yīng)加強(qiáng)生物質(zhì)炭的生態(tài)毒理學(xué)研究，對客觀評價生物質(zhì)炭的作用、提高蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)、促進(jìn)設(shè)施蔬菜地的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。