《Scientific Reports》：Transforming extracted cashew nut shell into biochar and its application as soil amender for jute mallow (Corchorus olitorius L.) cultivation
编辑推荐：
本研究针对腰果壳液体提取后产生的二次废弃物(ECNS)的环境挑战，提出通过热解转化制备生物炭并应用于长蒴黄麻(Corchorus olitorius L.)栽培的可持续方案。研究人员系统评估了450-650°C热解温度对生物炭理化特性的影响，并通过盆栽实验证实ECNS生物炭与禽粪协同施用可显著提升土壤磷、硝酸盐及有机质含量，促进植株生长（叶片数增加~50%），同时降低植酸、皂苷等抗营养因子，提高作物蛋白质含量。该研究为农业废弃物资源化利用与可持续土壤管理提供了技术路径。
在全球推进循环经济的背景下，农业废弃物的高效资源化利用成为可持续发展的重要课题。腰果加工过程中产生的腰果壳(CNS)常通过溶剂萃取获取腰果壳液(CNSL)，用于生产生物基化工原料，但提取后残留的腰果壳提取物(ECNS)占原壳质量的60-85%，其大量堆积仍构成环境压力。长蒴黄麻作为非洲地区广泛消费的绿叶蔬菜，其栽培依赖充足的氮、磷、钾等营养元素，而化学肥料的过度使用易导致土壤退化与环境污染。因此，开发基于废弃物的土壤改良剂对促进可持续农业具有重要意义。
本研究通过流化床快速热解反应器在450°C、550°C和650°C下将ECNS转化为生物炭，系统评价其作为土壤改良剂对长蒴黄麻生长、土壤肥力及作物营养品质的影响。关键方法包括：使用自制热解装置在氮气氛围下制备生物炭；通过元素分析仪、热量分析仪等测定生物炭理化性质；设置包含单施生物炭（SB450、SB550、SB650）及生物炭-禽粪配施（SBM450、SBM550、SBM650）的盆栽实验，以未改良土壤为对照；对收获期植株进行农艺指标、营养成分及抗营养因子分析，并对土壤进行理化性质与矿物质含量测定。
2.1 ECNS的热解特性
热解产物分布显示，生物炭产率随温度升高而下降（450°C时48.03%，650°C时39.83%），挥发性产物则相应增加，符合生物质热解的一般规律。
2.2 ECNS生物炭的特性
生物炭具有低水分（<0.5%）、低挥发分（1.25-4.09%）和高固定碳（约90%）的特点，其灰分含量（5.68-9.26%）低于许多常见生物质源生物炭。元素分析显示碳含量随温度升高而增加（41.80-44.29%），高位热值(HHV)最高达40.30 MJ·kg-1，表明其兼具土壤改良与能源化潜力。
2.3 生物炭作为土壤改良剂对长蒴黄麻农艺性状的影响
生物炭单施使茎长增加29.7-60.3%，叶片数最高增加47.2%（SB550）。与禽粪配施后，叶宽和叶片数进一步显著提升，其中SBM550处理叶片数较对照增加88.2%。550°C生物炭因具备适宜的孔隙结构与阳离子交换容量(CEC)，表现出最优的促生效果。
2.4 生物炭施用对土壤质量的影响
生物炭改良后土壤磷含量提升102.0-217.7%，硝酸盐增加35.4-79.8%，有机质提高72.1-148.4%。土壤pH由6.8升至7.0-7.4，更适宜作物生长。尽管CEC未显著改变，但养分保留能力明显增强。
2.5 生物炭对收获长蒴黄麻品质的影响
作物蛋白质含量最高提升67.6%（SBM550），脂肪和粗纤维分别增加43.0%和14.6%，碳水化合物和灰分则下降。原子吸收光谱(AAS)分析表明，生物炭处理提高了植株对钙、钾、锌的吸收，同时显著降低植酸（82.4%）和皂苷（81%）等抗营养因子，尤以SBM450处理效果最为突出。
2.6 ECNS生物炭与禽粪的协同作用机制
生物炭通过高比表面积和孔隙结构吸附养分、延缓释放，禽粪提供速效营养并激发微生物活性，二者协同改善土壤结构、促进养分循环，从而增强作物生长与抗营养因子降解。
本研究证实ECNS生物炭可作为高效的土壤改良剂，其与有机肥配施能显著提升长蒴黄麻的产量与营养品质，降低抗营养因子，为农业废弃物高值化利用与绿色农业提供了可靠策略。论文发表于《Scientific Reports》，对推动可持续土壤管理和循环农业发展具有重要参考价值。
