生物炭因为其物理性质（疏松多孔结构，比表面积大），化学性质（富含稳定碳含量）和农学特性（pH碱性，矿质养分）等，被广泛用于土壤改良。然而，生物炭属性，土壤属性，和作物类型，三者之间的复杂关系往往不匹配。使得不同人的研究结果，往往不一致。基于此，本章收集了全球生物炭土壤改良野外试验数据，采取荟萃分析的方法，试图从宏观大尺度的角度，回答以下两个问题。（1）识别哪些生物炭属性或土壤属性对提高主要的作物类型产量最有效；（2）评估生物炭是否能提高不同土壤质量的关键指标。

目前，国内外关于生物炭土壤改良的研究，主要涵盖了六个方面。（1）生物炭施用对不同作物产量（植物生物量）的影响。（2）生物炭施用对土壤理化性质和生物特性的影响。（3）生物炭与化肥配施的效果。（4）生物炭施用对土壤炭库的影响。（5）生物炭施用对作物产量和土壤质量的空间异质性（空间尺度）的研究。（6）生物炭短期施用和长期施用（时间尺度）对作物产量和土壤的影响。其中，由于土壤类型在空间上，性质差异巨大，野外田间实验年限受限，生物炭土壤改良的空间异质性（空间尺度）和长期与短期效应（时间尺度），是出现争议性结果最多的两个方面。

本研究采用荟萃分析方法，利用来自全球田间试验的1011个配对数据，评估了生物炭对作物产量和土壤质量的影响。全球荟萃分析结果表明：从生物炭属性上看，全磷大于等于1.0%、全碳大于等于70%，比表面积大于等于50 m2 g-1的生物炭，在作物增产上效果较好。从生物炭原材料看，在提高作物产量方面，畜禽粪便制成的生物炭（效应值42%）优于木质（22%）和谷类作物（12%）制成的生物炭。从土壤类型和质地上看，具备多孔的、酸性的或发育比较年轻的土壤，施用生物炭增产效果最好；沙质土和粘土效果优于壤土。从土壤理化属性上看，生物炭施用在速效氮小于80 mg kg-1、速效磷小于10 mg kg-1、速效钾小于120 mg kg-1、pH值小于4.5和阳离子交换容量小于10 cmol kg-1的土壤，对作物增产更加有效。从作物类型上看，生物炭施用对经济作物（油料植物：37%、蔬菜：28%）的产量提升最大，其次是粮食作物（豆类：26%、玉米：20%、小麦：12%、水稻：6%），其中，对水稻产量的影响不显著（P=0.788）。生物炭施用通过提高土壤的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮和土壤pH值，降低土壤容重，来改善土壤质量，从而提高作物产量。

本研究加深了读者对“生物炭-土壤-作物”三者之间关系的理解。然而，在全球尺度和区域尺度上，生物炭土地利用的结果仍旧存在空间异质性。如何定量化“生物炭-土壤-作物”三者之间关系，实现依据不同土壤类型和作物类型定制生物炭，是未来研究的重点方向。

作者及团队介绍

徐志超（第一作者），中国科学院大学2019级博士研究生，研究方向生物炭土壤改良。

许国仁（通讯作者），入选中组部首批“国家高层次人才计划”；教育部“新世纪优秀人才”；国际水协（IWA）污泥专家委员会秘书长；国际标准化委员会（ISO）污泥专业委员会工作组召集人。国际水协(IWA)“全球创新荣誉奖”；国家技术发明二等奖等

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来源：【土壤生态学快报SEL】