《Biochar》：Soil health response to biochar combined with other amendments: a review
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本文综述了生物炭（Biochar）与其他有机或无机改良剂联合施用对土壤物理、化学和生物学性质的田间影响。基于截至2024年9月的28篇同行评议研究，综述系统评价了联合施用相较于单独施用生物炭的效果，指出其在多数情况下能更有效地改善土壤结构、保水能力、阳离子交换能力（CEC）、有机质浓度及部分养分和微生物指标，并探讨了影响其效益的关键因素。为优化生物炭联合施用策略以促进可持续土壤管理提供了见解。
土壤健康的多维度挑战与生物炭的潜力
土壤健康是生态系统福祉、农业生产力和环境可持续性的关键决定因素。然而，集约化土地利用、气候变化和不合理的农业实践正威胁着土壤健康。生物炭（Biochar），一种在限氧条件下通过生物质热解产生的多孔富碳材料，因其高比表面积、阳离子交换能力（CEC）和长期稳定性等特点，被认为是一种能改善土壤物理结构、增强养分保持和支持微生物活动的有前景的土壤改良剂。然而，其效果受到原料类型、热解条件、施用量、土壤质地、pH和气候等多种因素的影响，表现出不一致性，这凸显了通过协同实践优化其使用的必要性。
联合施用：一种增效策略
将生物炭与有机或无机改良剂联合施用是一种潜在的增效策略。这种方法旨在结合生物炭的稳定性和吸附潜力与堆肥、粪肥或矿物肥料的养分丰富性，以期协同提升短期土壤肥力和长期土壤功能，特别是在退化或沙质土壤中。尽管之前有综述关注生物炭-堆肥混合物，但尚无研究系统评估生物炭与广泛有机及无机改良剂联合施用的效果。本研究旨在填补这一知识空白。
研究方法：基于田间试验的系统综述
本研究综述了截至2024年9月30日关于生物炭联合施用对土壤性质影响的文献。通过设定严格的纳入与排除标准（如必须是田间试验、需包含对照、生物炭单独、改良剂单独及生物炭+改良剂处理等），最终筛选出28篇符合条件的同行评议论文进行系统分析。研究采用比较计数法评估生物炭联合施用对各项土壤指标的影响，并计算了相对于单独施用生物炭的相对百分比变化。
对土壤物理性质的改善
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容重：在30次比较中，生物炭联合施用使土壤容重在47%的情况下降低，平均降低12%，但在53%的情况下无显著影响。这表明显著改善仅出现在约半数案例中，效果受土壤质地、改良剂类型及用量等多因素制约。
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湿团聚体稳定性：在9次比较中，联合施用使该指标在56%的情况下提高，平均提高45%。这表明联合施用能更有效地促进土壤团聚，增强抗侵蚀能力。
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饱和导水率：在6次比较中，联合施用使该指标在83%的情况下提高，平均提高17%。这有利于水分入渗，减少地表径流和水涝。
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田间含水量：在14次比较中，联合施用使该指标在57%的情况下提高，平均提高20%。这主要归因于土壤结构改善和生物炭与有机改良剂协同增强的持水能力。
对土壤化学性质的影响
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土壤碳与有机质：对于土壤碳浓度，联合施用仅在41%的比较中显示增加，52%无影响，甚至7%减少，效果不一。然而，对于土壤有机质浓度，联合施用（尤其是与堆肥/粪肥）在56%的比较中提高了其含量。这凸显了稳定碳（来自生物炭）和活性碳（来自有机改良剂）输入在影响不同碳库动态上的差异。
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土壤pH：在60%的比较中，联合施用对土壤pH无显著影响。在发生变化的案例中，在酸性土壤（初始pH≤6.5）中观察到pH平均升高0.6个单位，而与无机氮肥联用则可能因肥料酸化作用导致pH降低。这表明联合施用并非可靠的土壤pH调控通用方案。
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阳离子交换能力：在53%的比较中，联合施用提高了CEC，平均增幅达58%。这主要得益于生物炭和有机改良剂共同增加了土壤表面的负电荷和可交换性阳离子，增强了土壤保肥能力。
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氮、磷、钾浓度：联合施用分别使土壤N、P、K浓度在54%、63%和50%的比较中增加，平均增幅分别为33%、76%和64%。这主要得益于改良剂本身富含这些养分，同时生物炭的高表面积和CEC有助于减少养分淋失。
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电导率：在70%的比较中，联合施用对土壤EC无显著影响。在导致EC升高的案例中，多与施用堆肥等有机改良剂有关，因其会贡献可溶性盐分。
对土壤生物学性质的促进
尽管相关研究数量有限，但数据显示生物炭联合施用倾向于增强部分土壤生物活性：
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微生物量碳：在71%的比较中增加。
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磷酸酶活性：在60%的比较中增加。
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脲酶和脱氢酶活性：仅在50%的比较中增加，响应不一致。
这些提升可能与生物炭为微生物提供了有利的微栖息地，以及联合施用改善了底物质量和养分有效性有关。
影响联合施用效果的关键因素
多项因素调控着生物炭联合施用的效果，包括：
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施用速率：总体上，增加生物炭与改良剂的联合施用量，对改善多数土壤物理、化学和部分生物性质有积极趋势。例如，容重降低、饱和导水率、田间含水量、C、N、P、K浓度及CEC均随施用量增加而提升。初步数据表明，要改善土壤理化性质，可能需要至少25 Mg ha-1生物炭配施5 Mg ha-1堆肥/粪肥，或至少5 Mg ha-1生物炭配施约200 kg ha-1无机改良剂。
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改良剂类型：分析表明，生物炭与有机改良剂（如堆肥、粪肥）联用，比与无机改良剂（如NPK肥料）联用，对土壤物理化学性质（如容重、C、N、P、K）的改善更为一致和有效。例如，在增加土壤有机质方面，与有机改良剂联用效果更佳。
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土壤初始性质：土壤质地和初始pH值显著影响效果。例如，生物炭的“石灰效应”（提升pH）在酸性土壤中更为明显。土壤的空间异质性（质地、结构、矿物学、有机质分布）也会影响水分运动、改良剂保留和微生物响应。
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生物炭特性：生物炭的原料和热解温度决定了其孔隙结构、表面积和养分含量，进而影响其与改良剂的相互作用及对土壤的改良效果。
结论与展望
本综述表明，与单独施用生物炭相比，生物炭与改良剂（尤其是有机改良剂）联合施用能更有效地改善多项土壤健康指标，包括土壤结构、保水性、养分保持和部分微生物活性。然而，其对容重、pH、电导率及某些酶活性的影响仍不一致。联合施用的效益随着施用量的增加而增加。未来需要在不同土壤和气候条件下开展更多长期（>5年）的田间研究，以进一步阐明其作用机制，优化联合施用策略，从而实现可持续的土壤健康管理。
