材料一

生物质炭是作物秸秆、果木修剪枝条、农产品下脚料、动物粪便等各种来源的废弃生物质在厌氧环境下发生热解反应生成的黑色固体。早在2006年，科学家提出将生物质炭施于土壤，以提高土壤肥力。这一思想源于亚马孙河流域黑色肥沃土壤的发现。南美洲的亚马孙河流域是世界上最大的热带雨林区，因高温多雨，该地区土壤有机质分解快，导致土壤快速退化而贫瘠。但就是在这样一个土地广泛贫瘠的地区，零星分布着非常肥沃的土壤。科学家研究发现，这种土壤的特征是存在大量的黑色炭颗粒。它是2500多年以前当地原住民将植被开垦后的林木废弃物土法炭化后混入土壤中的。21世纪以来，全球掀起了对这种人为黑色肥沃土壤的研究热潮，也拉开了农业生物质炭研究的序幕。

土壤健康是农业可持续发展的基石。健康的土壤拥有持续生产力，能够维持空气和水环境质量，并促进植物、动物和人类健康。中华五千年农耕文明孕育出了诸如秸秆养畜——畜粪肥田——土地生产的闭合循环农业管理模式，在这种模式下土壤地力得以持续。随着化肥工业兴起和我国城镇化快速推进，这一闭合循环模式被打破：化肥逐渐取代有机肥，规模化养殖取代分散式养殖，导致秸秆不再养畜和薪用，畜禽粪污产生集中、农牧脱节、种养分离，秸秆和粪污回田之路被阻断。秸秆和畜禽粪便变成了污染物，严重影响了农村生态环境和农业可持续发展。由于有机质得不到有效补充，土壤面临板结、结构变差、盐碱化等退化问题。设施农业中，大水大肥和高强度的土地利用模式，进一步加剧了连作障碍、土壤微生物菌群失衡等问题，土壤健康状况令人担忧。尽管各级政府一直引导和推动秸秆与畜禽粪污的回田利用，但收效甚微，农业废弃物利用难和土壤退化的问题并没有从根本上解决。

因此我们提出了基于作物秸秆热裂解的生物质炭科技与工程构想，以此作为我国农业实现绿色和可持续发展的新途径。2017年，秸秆炭化还田被列入国家十大秸秆处理模式之一。2020–2021连续两年，秸秆炭化还田入围农业农村部重大引领性技术榜单。十多年的实践证明，生物质炭化还田是实现土壤改良、农业增产、农民增收、食物优质与环境友好的绿色农业科技，能够服务于国家农业可持续发展战略。

区别于生活和环境用途的木炭和活性炭，农业废弃物生物质炭最显著的功能是施用于土壤，提升耕地质量。生物质炭农业应用经历了直接施用和炭基肥施用两个重要阶段。将生物质炭直接施用到农田土壤中，可显著改良土壤结构，增加土壤孔隙度、降低容重、增强保水性能等，进而提高土壤肥力水平和作物产量。但对生产者来说，经济效益是生物质炭应用的关键，价格因素是限制生物质炭大范围推广应用的主要原因。目前，直接施用生物质炭仅限于经济作物（例如人参、三七等中药材和大蒜、山药等）生产中。因此，只有降低施用成本，才能发挥生物质炭的土壤改良与固碳效益。

生物质炭基肥是将生物质炭与氮、磷、钾等化学肥料按照一定比例混合后造粒制成，可以替代化肥施用，同时增施了有机质。生物质炭基肥的施用量等同于化肥，施用成本与普通复合肥相当，对消费者来说有很强的竞争力。但作为一种新型肥料，生物质炭基肥全面替代化肥尚需要解决市场机制问题。

（摘编自刘晓雨、潘根兴《生物质炭农业应用与碳中和》）

材料二

人类的农业生产活动以及其他措施大幅度影响土壤碳氮循环变化，其表现和影响之一就是大气中温室气体的含量不断增加，从而导致全球气候持续变暖等负面效应。如何减少在土地利用中温室气体排放、增加陆地生态系统碳汇是当前减缓气候变化研究的热点。土壤是陆地生态系统的主要碳库，而土壤碳库对土壤肥力以及作物产量等有重要的影响。碳、氮循环是农田生态系统最基本的生态过程，受到人为作用的影响和调控，同时对农田生态系统的稳定性、生产力及其环境效应具有关键性的影响。由于施肥量大、用地方式不合理等原因造成的土壤肥力退化、土壤酸化等情况，严重威胁着环境安全以及可持续发展的落实。因此，找到切实可行的减排固碳措施能够达到生产与环境的双赢。

为了应对土壤碳库以及气候变化，各类措施已经被广泛实施与应用，但是效果并不显著。例如秸秆还田虽然可以增加蔬菜产量，但是由于土壤的矿化作用等过程，并不能对土壤碳库产生持续的影响（短于30年），还会造成温室气体排放的增加。而生物炭由于其在土壤中的稳定性以及其碳负性固碳理念，在近些年来被作为一种良好的减排措施广泛应用于各类试验中。生物炭是指各种有机植物残体在无氧条件下高温热解或者气化后的固态产物的统称，能够有效减少农业生态系统中二氧化氮的排放，增加农业土壤有机碳含量并且不增加或者少量增加甲烷与二氧化碳气体的排放。同时，生物炭还能够改良土壤，提高作物的生产力，因而可以作为农业应对气候变化的增汇、增产的双赢途径。

（摘自《生物炭在农业生态系统中的运用》）

材料三

土壤中添加的生物炭，可以改善土壤理化性质，可以防治土壤中的重金属和一些污染物质沉积，有利于土壤改良与修复。相关研究发现，不同原料和裂解温度所生产的生物炭不同，故对土壤重金属修复的效果不同，不同类型的土壤重金属对于生物炭的响应也是十分复杂的，从而呈现出互不相同的土壤重金属修复效果。另外生物炭还田，由于生物炭几乎为纯碳，这等于把碳封存进了土壤中，减少了二氧化氮和甲烷等温室气体的排放，这有利于减轻现今地球的温室效应。因此，生物炭的综合利用有助于构建新型发展模式，追求低碳高效经济发展，对保障国家环境、能源、粮食安全等有十分重大的意义。目前，很多国家已经开展了与生物炭更广泛作用有关的系统深入的研究，在美国和英国有专门的“生物炭研究中心”，这些研究中心在关于生物炭方面的理论知识与操作技术研究方面都取得了一定进展。

（摘编自章明华、李婧姝、黄梦琦《生物炭对土壤性质的影响研究进展》）