在阅读文章前，辛苦您点下“关注”，方便您讨论转发。作者定会不负众望，持续创作更优质的作品！

中国酸性土壤主要分布于长江以南的热带与亚热带地区。土壤酸化是土壤退化的类型之一，会对土壤环境质量造成重大破坏，进而对作物生产和食品安全产生不利的影响。

在其湿润气候条件下，降雨使土壤发生强烈淋溶作用，随着碱阳离子的浸出，导致土壤酸化，使得土壤肥效下降，限制了植物与土壤微生物群落的生长。

同时有毒重金属的有效态和碳酸盐结合态随着土壤酸化程度的加强而增加，提升了重金属对作物积累的潜在毒害风险。地区的花岗岩砖红壤是这类典型的酸性土壤，易受重金属污染。

目前酸性土壤常用的修复方式有以下几种，如施用农作物秸秆、粪肥、石灰和碱渣等防止土壤酸化和减轻酸性土壤铝毒性。近年来，鉴于生物炭优异的土壤改良能力和碳封存潜力，已用于酸性土壤改良。

生物炭施用可有效改善土壤的理化性质、生物特性、土壤养分、持水能力、pH值缓冲能力、土壤肥力和植物生产力。此外，生物炭还可以降低可交换态金属铝的毒性，并控制环境污染物流动性。

部分研究结果显示，生物炭可减少农业温室气体排放，缓解人为因素导致的气候变化。壳聚糖含有大量的氨基和羟基，可通过络合土壤中的重金属离子，减少植物对其的吸收，从而提高土壤pH值、酶活性和植物中的营养成分，是极具潜力的生物炭改性材料。

但壳聚糖在水中溶解度差、机械强度低，在自然环境的淋溶下极易流失，限制了其在土壤环境中应用。壳聚糖改性生物炭与充分结合了两者的优点，表现出稳定的理化性质和优异的吸附性能，为土壤修复提供了新的可行方案。

本文选用常见的农业废弃生物质为原料，在500C下缺氧热解2h以制备生物炭，再用壳聚糖对其进行化学改性。

通过材料表征技术分析和盆栽试验，研究不同生物质生物炭及壳聚糖改性生物炭的施用对酸性红壤理化性质、有机质、酶活性、CEC等指标的作用效果，以期筛选出适用于酸性红壤的改性生物炭，为壳聚糖改性生物炭的应用提供科学依据和理论支撑。

实验材料与方法

实验药品及仪器

实验方法

取0-20cm耕作层土，将土样平铺置于阴凉处自然风干后，剔除土壤中的植物根系及碎石等杂物，过2mm筛子备用。

供试土壤pH值为4.85，电导率为6.59us/cm，有效磷为48.24mg/kg，速效钾为161.62mg/kg，铵态氮为29.90mg/kg，阳离子交换量为6.13cmol/kg，脲酶为552.67u/g，蔗糖酶为51.83mg/g/d，有机质为12.50g/kg。

采用盆栽试验方法设9个处理：不添加材料的对照处理、添加稻壳生物炭处理、添加壳聚糖改性稻壳生物炭处理、添加玉米芯生物炭处理、添加壳聚糖改性玉米芯生物炭处理、添加甘蔗渣生物炭处理；

添加壳聚糖改性甘蔗渣生物炭处理、添加香蕉假茎生物炭处理、添加壳聚糖改性香蕉假茎生物炭处理，每个处理3个重复，考虑供试土壤自身已有较高含量养分，因此不再施用底肥。

供试的每个盆称取1.8kg经预处理供试土壤，并将四种生物炭和四种壳聚糖改性生物炭按土壤干重的1%添加到土壤中，均匀混合，于室温静置培养7d，盆口覆盖A4纸以减少灰尘落入。

培养期间，根据土壤干湿情况和质量变化及时补充去离子水，以保持土壤含水量为田间持水量的70%。

培养过程中，分别于第20d、40d、60d和70d采集所有盆中的土壤样品，自然风干，研磨过2mm筛后用于后续试验指标的测定，以判断生物炭及壳聚糖改性生物炭对酸性红壤的改良效果。

检测与分析方法

土壤pH值采用HJ962-2018水浸提法测定。

土壤EC采用HJ802-2016水浸提法测定。

土壤养分：有效磷采用HJ704-2014磷钼蓝法测定；铵态氮采用HJ634-2012水杨酸钠法测定；速效钾使用全自动间断化学分析仪并采用NY1848--2010四苯硼钠法测定。

土壤阳离子交换量使用酶标仪并采用HJ889-2017三氯化六氨合钴浸提法测定。

土壤有机质采用NY/T85-1988重铬酸钾稀释热法测定。

土壤酶活性：脲酶采用苯酚钠次氯酸钠比色法测定，土壤蔗糖酶采用二硝基水杨酸比色法测定。

结果与讨论

土壤pH的变化

土壤pH是表示土壤酸碱度的指标。反映了四种生物炭和壳聚糖改性生物炭对土壤pH值的影响，与对照相比，四种生物炭和壳聚糖改性生物炭改良后土壤pH值均不同程度提升，不同处理土壤pH值由大到小依次为BB-C、BS-C、BC-C、BR-C、BS、BB、BC、BR、CK。

培养70d后，四种生物炭材料使土壤pH值提升0.42-1.35，其中BR.BC、BS、BB分别增加了0.42、0.61.1.35、1.20个单位，这是由于生物炭中的碱性*能官**团和阳离子形成碱性物质所致，如-OH、-COOH、氧化和碳酸盐。

Dai等认为生物炭形成的碱性物质可以中和土壤中的H+和Al3+，从而缓解土壤酸度。

壳聚糖改性生物炭中壳聚糖丰富的碱性*能官**团-NH2在土壤中释放，可使土壤pH值显著提升1.48-2.10，其中BR-C、BC-C、BS--C、BB-C分别增加了1.48、1.60、2.08、2.10个单位。四种壳聚糖改性生物炭中BB-C使土壤pH值提升增幅最大，提升了49%。

Lopez等发现壳聚糖中-NH2基团的pKa值为6.3，因此NH2基团在酸性环境中容易发生质子化，从而增加酸性土壤的pH缓冲能力。此外，BR处理pH值提升了13%，相对较小，可能是BR中挥发性物质和灰分含量高，且在土壤淋溶的过程中易流失所致。

土壤电导率的变化

土壤电导率是土壤溶液中可溶性盐含量的总和，是土壤中一个重要的综合指标。与对照相比，四种生物炭和壳聚糖改性生物炭改良后土壤电导率值均不同程度提升，反映不同处理土壤EC的提升水平，依次为BC-C、BB-C、BSC、BRC、BC、BB、BR、BS、CK。

在70d的培养过程中，土壤EC值变化不大，但是在不同生物炭作用下，土壤EC值增幅差异显著，培养70d后，四种生物炭材料使土壤EC值提升27%-123%，其中BR、BC、BS、BB处理分别增加了15.64、71.37、16.84和50.97us/cm。

不同壳聚糖改性生物炭可使土壤EC值显著提升205%-280%，BR-C、BC-C、BS--C、BB-C处理分别增加了119.27、163.17、137.14、152.87us/cm。

生物炭能够提高土壤EC是因为生物炭的石灰效应和灰分等组分对土壤EC值的提高也起到促进的作用，同时还可能是生物炭的高比表面积和多孔结构可以为土壤盐基离子提供附着点。

而壳聚糖改性后的生物炭表现出更好的土壤EC提升效果，是因为壳聚糖具有很好的导电性，当壳聚糖分子填充于生物炭的孔隙中，增加了材料的导电通路以及增强了界面粘附力，同时壳聚糖丰富的表面*能官**团有效的加强了材料的吸附性能，促进对土.壤盐基离子的吸附。

土壤养分的变化

土壤植物养分的有效性与pH值密切相关。生物炭会改变土壤的pH值，进而会改变养分有效性。添加生物炭与壳聚糖改性生物炭后，土壤中N、P、K等养分均得到了很好的提升。

Nielsen等研究发现，生物炭独特的多孔特性及其异质表面*能官**团可以参与元素的扩散、控制、吸附、表面络合和配体交换反应，进而控制土壤中的植物有效养分动态。

添加不同生物炭和壳聚糖改性生物炭后显著提升了土壤铵.态氮含量，且随着土壤培养时间的增加呈上升的趋势，培养70d后，增幅由大到小依次为BB-C、BS-C、BR-C、BS、BC-C、BB、BC、BR、CK，与CK相比分别增加了15.69、12.82、12.39、10.03、9.82、8.32、7.76、3.65mg/kg。

其中，BB-C的增幅最大，铵态氮提升了43%；BR的增幅最小，提升了10%。壳聚糖改性生物炭改良土壤的增幅均高于生物炭改良土壤。这是因为壳聚糖属于氨基多糖类聚合物，其含有丰富的C和N，施用于土壤时可被微生物缓慢分解利用，进而形成可供植物生长的N素。

此外，Spokas等研究发现，生物炭疏松多孔结构可以改善土壤通气性，有效降低了厌氧细菌的活性，从而抑制硝化反应，减少氮氧化物向空气中排放。通过施加生物炭改变了土壤N素的转化和持留，提高了土壤中N的有效性，还显著增强了作物根系的固氮能力。

添加不同生物炭和壳聚糖改性生物炭后提高了土壤有效磷含量，且随着土壤培养时间增加呈上升的趋势，增幅由大到小依次为BB、BB-C、BS、BC-C、BC、BS-C、BR、BR-C、CK，与CK相比分别增加了17.02、12.66、11.19、10.88、9.98、6.50、6.08、4.31mg/kg。

其中，BB的增幅最大，有效提升了34%；BR-C的增幅最小，提升了8%。在有效磷的改良中，发现生物炭改良效果普遍高于壳聚糖改性生物炭，这可能与生物炭自身磷含量高有关。

Xu等1911研究发现，生物炭中含有相当比例的不稳定磷，可能会将磷酸盐直接释放于：土壤中。

在酸性土壤中，有效磷含量还受土壤pH值制约，酸性土壤中的铁、铝等金属活性高，易与磷形成难溶性的金属磷盐，使土壤中绝大部分磷转化为固定态磷，进而使植物可利用磷降低。这与本文中不同生物炭和壳聚糖改性生物炭对土壤pH值的影响一致。

添加不同生物炭和壳聚糖改性生物炭后显著地提高了土壤速效钾，增幅由大到小依次为BR、BB、BC、BR-C、BS、BC-C、BB-C、BS-C、CK，与CK相比分别增加了124.49、79.27、63.95、50.57、49.38、42.30、33.38、26.77mg/kg。

其中，BR的增幅最大，速效钾提升了77%；BS-C的增幅最小，提升了17%。BR能大幅提升速效钾，其原因在于稻壳自身含有大量可生物利用形式的钾元素并在土壤中释放。另外Singh等通过能量色散光谱仪分析，表明稻壳生物炭中含有丰富的钾元素。

生物炭疏松多孔的结构，也可以增强对Kt吸附。由不同生物炭的孔径可知，生物炭具有更多的微孔，且这些微孔可以减缓水分的淋溶，增强土壤对液态中易淋失K+的吸附能力。因此生物炭对土壤速效钾的促进作用比壳聚糖改性生物炭更好。

壳聚糖改性生物炭对土壤养分的促进作用，主要表现为壳聚糖分子结构中含有丰富的氨基。Li等研究发现氨基能与微量元素铜、锌、铁、锰、钼等产生整合作用，使土壤中的微量元素有效态养分增加。

此外，壳聚糖丰富的表面*能官**团，还能为土壤中溶解态的NH+、NO3-和PO43-等离子提供附着点，能够有效降低土壤中氨的挥发，减少N、P等营养元素的流失。

土壤阳离子交换量的变化

土壤CEC是表示土壤肥力的重要指标之一。酸性土壤中铝的交换量占土壤阳离子总量的20%-80%，使得土壤中Ca2+、Mg2+、K+等阳离子易于流失，导致土壤缺乏营养元素，肥效降低，进而影响作物的产量。

生物炭的施加，其自带的盐基阳离子能与土壤交换性铝发生置换反应，从而向土壤环境释放交换性盐基阳离子，特别是K+和Ca2+。生物炭和壳聚糖改性生物炭的添加使土壤CEC均有所提升。

经70d培养后，土壤CEC提升效果由大到小依次为BB、BB-C、BC、BR、BS-C、BS、BC-C、BR-C、CK，不同生物炭材料使土壤CEC提升了3.01-5.17cmolkg，其中BR、BC、BS、BB分别提升了3.17、3.29、3.00、5.17个单位。

四种壳聚糖改性生物炭材料使土壤CEC提升了1.51-3.77cmol/kg，其中BR-C、BC-C、BS-C、BB-C分别提升了1.50、2.72、3.13、3.77个单位。

本文发现生物炭对土壤CEC的改良效果优于壳聚糖改性生物炭，其中以BB处理增幅最大，土壤CEC提升了89%，BR-C处理增幅较小，提升了26%。

这是因为以生物质为原材料热解生成的生物炭，其生物质在生长发育阶段吸收了土壤中大量的K、Ca、Mg、S等营养元素，缺氧热解很好地保留了这些物质，因此生物炭的施加会将营养元素释放于低CEC含量的土壤中。

而壳聚糖改性生物炭中，壳聚糖使生物炭单位质量内阳离子的含量降低。壳聚糖改性生物炭改良土壤CEC主要归因于带负电荷的表面*能官**团，其次为生物炭表面吸附高度氧化的有机物，以及生物炭基质中残留挥发性物质。

参考文献

[1] Mian M M, Alam N, Ahommed M S, et al. Emerging applications of sludge biochar-basedcatalysts for environmental remediation and enengy storage: A review[J]. Cleaner Production,2022(360): 101121.

[2] Zhang C, Zhang L, Gao J, et al. Evolution of the functional groups/structures of biochar andheteroatoms during the pyrolysis of seaweed[]. Algal Research, 2020(48): 10 1900.