生物炭改性及其在農田土壤重金屬修復中的應用研究進展

孫家婉 張振華 趙玉萍 樊廣萍 高巖 盧信

摘要：當前農田土壤重金屬污染現象十分嚴重，給農產品與食品安全帶來嚴重威脅。生物炭因其特殊的結構及表面活性，加之原材料來源廣、制備簡單且環保，故在農田土壤重金屬修復中受到越來越多的關注及應用，但初始生物炭對土壤重金屬的固持效果還未達到理想狀態。因此，對生物炭進行各種改性以提高其對重金屬的固持效率已成為土壤污染修復領域的一個研究熱點。綜述國內外在生物炭熱解前、共熱解和熱解后（化學浸漬、物理球磨和輻照）等多種改性方法與吸附、絡合反應、沉淀等修復重金屬機制方面的研究進展;并從改性生物炭的應用對農田土壤中重金屬及其他理化性質、生物性狀和農作物生長的影響等方面來詮釋改性生物炭的研究意義;最后提出了可將生物炭磁性改性與共裂解、球磨改性等技術有機結合，在未來實踐中利用磁性技術將施用時間較長、吸附飽和的生物炭進行回收，實現改性生物炭安全、高效、靈活應用，為改性生物炭的后續研究和應用提供理論基礎和技術支撐。

關鍵詞：生物炭;農田應用;土壤;重金屬;改性;修復

中圖分類號：X53 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）10-0009-07

我國是以種植業為主的農業大國，而當前農田土壤重金屬污染現狀不容樂觀，并對農產品與食品安全產生一定的威脅。污染農田土壤的重金屬主要以鎘（Cd）、砷（As）、汞（Hg）、鉛（Pb）和鉻（Cr）這5種元素為主，其中Cd污染風險及危害最大[1]。農田土壤中污染重金屬來源主要為污水排放、大氣沉降、固廢傾倒、農資過度施用等，土壤中重金屬含量超標對農作物成分、人體健康和生態系統都會產生嚴重危害[2]。因此，關于農田土壤中重金屬污染的修復研究已成為當前土壤污染修復領域的研究熱點之一，常用的修復方法主要可以分為物理、化學和生物修復。其中，以生物炭作為鈍化劑的化學修復方法因其原材料種類多、來源廣且有助于“碳達峰、碳中和”而倍受關注。

生物炭是指以稻稈、玉米稈等農林生產廢棄物以及動物糞便及淤泥等為原料，在極度缺氧、高溫條件（300～900 ℃）下熱解形成的一種多孔富炭類的固體材質。大多的生物炭pH值呈堿性并且擁有較大的比表面積、孔隙度和豐富的官能團，對土壤中的重金屬元素具有很好的吸附、固定效果。此外，生物炭含有大量的含碳、氮、鉀等的有機物和無機物，施入土壤中既能提高營養元素的比例，促進農作物更好的生長，又能改善其物理、化學和生物性質[3]。生物炭由于生產制備簡單易行、成本低廉、修復土壤效果顯著等優良特性，已逐漸成為農田土壤污染修復和改良的熱門材料，對降低土壤重金屬的生物有效性和重金屬的遷移性都有一定的效果[4-5]。但目前的研究發現，生物炭在簡單制備后的吸附效果并沒有達到理想水平，還有較大的提升空間。研究表明，化學、物理和生物改性能夠極大地提高生物炭的利用率和吸附效果，原因是改性生物炭具有新結構和表面性質，能夠提高其修復效果和增加環境效益[6]。因此，關于改性生物炭的制備及應用等已成為當前的研究熱點。本文通過綜述改性生物炭的多種改性方法、重金屬修復機制及其在農田土壤應用中的影響等方面來詮釋改性生物炭的作用及未來研究方向，以期為改性生物炭的后續研究和應用提供參考。

1 生物炭改性方法

生物炭改性是指將生物質或生物質炭經化學、物理、生物等方法處理以增加其比表面積、孔隙度和表面官能團，從而提高其對重金屬的吸附固持效果的方法。改性方式可以分為熱解前、共熱解和熱解后改性處理，熱解前改性就是對生物質材料進行化學處理后烘干再熱解;共熱解大多為物理處理，將改性劑混合生物質或者熱解時通入改性氣體;熱解后則是將制備好的未改性生物炭進行物理、化學等處理。

1.1 熱解前預處理改性

熱解前預處理改性是指在生物質材料熱裂解前，采用化合物溶液浸漬生物質，干燥后再熱解成最終的改性生物炭的方法。此法可以在生物炭表面引入大量的化合物，增加生物炭與重金屬的反應活性。趙敏等將花生殼浸漬于硅酸鈉溶液中再熱解后，花生殼生物炭表面引入了二氧化硅，更有助于Ca2+與PO3-4反應生成羥基磷酸鈣，提高了生物炭與金屬離子的反應活性[7]。胡龍龍將蘆葦秸稈與磷按一定質量比例混合后，將秸稈分別在磷酸二氫鉀、羥基磷灰石溶液浸漬后再熱解制成磷酸鹽改性生物炭，其對溶液中Pb2+的吸附能力較原生物炭增加了25%[8]。Chu等研究表明，通過H3PO4預處理后，H3PO4中的H+通過H+催化過程促進生物炭微孔的生成;有機磷酸橋通過磷酸根的交聯保護碳骨架免受微孔塌陷，因此改性后的生物炭的比表面積是未經預處理的80～120倍，孔隙結構更豐富[9]。張明明將水葫蘆生物質用FeCl3溶液浸泡后熱解制成磁性水葫蘆生物炭，其對Cr6+的吸附能力是原始生物炭的4倍，并且具備磁性能，可作為水處理回收工程中的凈化劑材料[10]。Zhang等將稻草浸漬于硫酸亞鐵溶液后再熱解成為生物炭，其結構分析結果表明，與原生物炭相比，改性生物炭帶有特殊的含鐵結構和礦物晶體結構，施加到土壤后生物炭中富集的鎘含量達到25.5 mg/kg，是未改性的179倍[11]。

1.2 共熱解改性

共熱解改性法是將改性劑與粉碎后的生物質充分混合熱解或者在裂解燃燒時通入某種氣體來實現對生物炭性質改變的方法。氣體改性是在生物質熱解過程中通入氣體，氣體分子與炭表面物質結合轉化，使得生物炭得到有利于與吸附物反應的物質而達到改性的目的。通入的氣體主要有水蒸氣、CO2、O3及NH3等一系列具有活化作用的氣體[12-13]。夏靖靖等將六亞甲基四胺和CO2用于廢棄松木屑生物炭的共裂解改性中，結果表明，改性生物炭對鎳離子和銅離子的吸附率都超過了95%，高于原生物炭的43.47%[14]。張越等通過氨氣對生物質進行共裂解改性，發現改性后的生物炭較未改性的比表面積、孔隙結構和表面官能團都有顯著優化，對鎘的吸附較其他改性方法優勢更大[15]。王申宛等以椰殼和方解石為原料（質量比為2 ∶1）采用共熱解法制備復合生物炭，發現椰殼和方解石在熱解溫度為400～700 ℃的緊密結合，改善了生物炭的比表面積、官能團等性質[16]。高瑞麗將油菜秸稈和磷礦粉按比例進行共熱解，結果表明，與未改性生物炭相比，加入低比例磷礦粉制成的改性生物炭施入土壤中可以顯著提高土壤的pH值和土壤速效磷的含量，對土壤中重金屬的鈍化效果也較未改性生物炭更為顯著[17]。CB1C51C2-AF4C-4777-B4F7-36A3BE12D894

1.3 熱解后改性

1.3.1 化學浸漬

王申宛等通過浸漬的方式在生物炭表面引入大量的官能團，增加其比表面積、表面官能團數量和種類、金屬陽離子以增加表面官能團陽離子交換能力[18]。趙明靜的研究表明，將生物炭用堿液改性處理后，其對Pb2+的吸附率由原本的13%提高至98%[19];通過NaOH改性稻殼生物炭，改性后的生物炭對Cd2+的吸附是未改性前的3倍左右[20]。程婉藝采用錳、鐵、鈦和硅等4種元素對玉米秸稈生物質進行改性，發現改性后的生物炭表面形貌與未經改性的初始生物炭相比更加疏松多孔，高倍放大下可見顆粒物附著，比表面積均有所提高[21]。吳福飛等研究發現，經過鐵元素改性的棉花秸稈生物炭，可有效降低土壤深層As的含量，有利于土壤中As可遷移態向穩定態轉變[22]。王曦通過氧化物H2O2對生物炭進行改性，發現生物炭氧含量得到增加，較磷酸改性生物炭表面含氧官能團數量增多，且比表面積也要大很多，孔隙更為發達;鈍化試驗結果表明，H2O2改性生物炭在吸附固持污染土壤中的鉻具有相對穩定的優勢[23]。

1.3.2 機械球磨

機械球磨法是指通過外部機械力的作用，使硬質研磨球等研磨介質對原生物炭或其他改性劑進行強烈的撞、碾磨和攪拌的改性方式[24]。球磨技術運用在生物炭改性中，與其他改性方式相比，更加簡單易行且環保，不需要大量化學試劑浸泡后反復清洗、晾曬等復雜步驟，改性效果良好且穩定性強，對于環境的可持續發展和解決污染問題具有廣闊的前景[25]。梁婷研究發現，苧麻熱解制備原始生物炭后再經球磨制備改性生物炭，球磨前后的生物炭元素未發生變化，生物炭表面官能團的種類未變，但是數量明顯增多，比表面積也成倍增加[26]。馬少強研究發現，通過球磨粒徑逐漸變細直至成納米顆粒，納米生物炭的比表面積和孔容積較原生物炭顯著增加，故提高了生物炭對土壤中銅離子的固定效果[27]。

1.3.3 輻照

輻照改性是指利用波長范圍在 100～400 nm 之間的紫外光照射生物質炭的一種改性方式。紫外光能量比可見光強，輻照的效果比較溫和，容易進行量化控制。紫外光輻射會引起物質本身發生結構變化，一定波長下會導致生物炭表面積增大，含氧官能團增多，孔隙結構發生改變，生物炭的吸附性能得以提高[13]。李橋等通過紫外輻射改性椰殼生物炭的研究表明，紫外輻照改性可以顯著提高生物炭的酸性官能團和比表面積，對土壤中Cd的鈍化修復效果是未經輻照的3.2倍[28]。

2 改性生物炭對重金屬的固定機制

生物炭對重金屬的固定機制決定了生物炭鈍化重金屬的效率，生物炭對重金屬的鈍化從來不是單一的機制。改性會增大生物炭對重金屬的固定能力，且增加生物炭對重金屬的固定機制種類，從而達到最終提升生物炭對重金屬的固定效果。生物炭的固定機制是由生物炭的表面理化性質決定的，生物炭從原料的選擇、制備的條件、改性的方法不同決定了生物炭的表面理化性質的差異，因此生物炭的固定機制也大有不同，大致可分為吸附、絡合反應、共沉淀和離子交換等機制。

2.1 吸附機制

生物炭是由多層石墨烯堆積而成，具有豐富的表面官能團和孔隙結構[29]，這些性質使生物炭與重金屬離子之間產生范德華力以此去除重金屬[30]。生物炭表面電荷性質對其吸附性產生作用，具有高度芳香化，分布高度密集的π電子，通過π鍵作用吸附重金屬。暴露d軌道的金屬，生物炭表層結構的π電子可作為電子供體與其接觸的電子受體發生π-π電子作用[29]。甘超通過氯化氫改性在原生物炭中引入了Zn后，改性生物炭較原生物炭表征中羥基（—OH）、羧基（—COOH）的數量有明顯的提高，2個基團與氫離子作用形成了—OH2+、—COOH2+ 正電官能團，再與六價鉻產生靜電吸附形成 HCrO-4、Cr2O2-7陰離子，使得改性生物炭對六價鉻的吸附量是未改性的2倍[31]。

2.2 絡合反應

生物炭表面含有種類豐富的含氧官能團，例如—COOH、—OH和CO等，這些官能團與重金屬絡合反應形成穩定態的金屬配合物依附于生物炭表面，由此降低了重金屬的可遷移性和生物有效性[29，32]。王志樸等以污泥與棉桿共熱解制備污泥基生物炭，發現該生物炭可促進土壤中Cr由弱酸可提取態、可還原態向可氧化態、殘渣態轉化，并降低了Cr的浸出毒性。原因是污泥基生物炭表面的有機含氧官能團，如羧基、羥基等，能通過絡合作用與土壤中的Cr形成金屬配合物，實現對Cr的吸附固定[33]。通過改性的方式可以增加生物炭的含氧官能團，促進生物炭對重金屬的鈍化效果。張蘇明用鐵基改性椰殼生物炭，改性后的生物炭表面較未改性新增了—COOH，促進了表面絡合作用，對砷的鈍化效果提高了238倍[32]。

2.3 沉淀作用

生物炭灰分中含有礦物成分，比如PO3-4、CO2-3、 SO2-4、Cl-等，這些礦物成分與土壤中的重金屬離子反應形成沉淀，以此來減少重金屬在土壤中的生物有效性和遷移性。生物炭改性可通過引入礦物成分與重金屬產生沉淀作用使其增加對重金屬的鈍化效果。采用溶磷菌對稻殼和淤泥生物炭進行改性，得到的改性生物炭中發現了碳酸鹽和磷酸鹽的存在，原因是溶磷菌可分泌酸和酶等物質，釋放環境中的C、P等元素，使得改性生物炭處理中含有大量的溶解性C源和P源，最終與土壤重金屬形成碳酸鹽和磷酸鹽沉淀，從而達到修復的目的[34]。

2.4 離子交換

離子交換的本質是生物炭表面帶負電基團與溶液中的正電荷發生靜電作用，由基團表面與離子間的庫侖力引起，這種交換是可逆或近于可逆的，屬于非專性吸附，吸附能力較低。離子交換反應進行得很快，主要受鹽濃度的影響。不同金屬離子的交換能力取決于本身的吸持力，所以當多種金屬離子共存時，生物炭對各種離子的吸附能力不同[35]。王申宛等采用NaOH 改性稻殼生物炭時發現，與未改性生物炭相比，氫氧化鈉改性生物炭表面堿性含氧官能團增多，使得生物炭與 Cd2+之間的離子交換和沉淀作用增強，吸附能力提高[16]。CB1C51C2-AF4C-4777-B4F7-36A3BE12D894

3 改性生物炭應用對農田土壤的影響

3.1 對農田土壤中重金屬的影響

3.1.1 直接作用 按國際通用的土壤重金屬形態分布法，將土壤中的重金屬分為酸可提取、可還原、可氧化和殘渣等4種形態[36]。中低污染農田土壤重金屬修復的目標是通過一定的修復手段將具有遷移性和生物有效性的酸可提取態、可還原態、可氧化態轉化為穩定、不具有生物有效性的殘渣態[37-38]。生物炭的理化性質決定了其對重金屬的吸附作用，改性生物炭與生物炭相比，表面性質更豐富，吸附效果更好[39]。通過對錳改性后的玉米秸稈生物炭進行紅外光譜分析可知，改性生物炭更具有芳構化，富含羧基，可以與Cd反應形成配位化合物[40]。劉書四將鹽酸改性棕櫚生物炭施入土壤中，并對土壤中重金屬鎘和砷的賦存形態進行監測，發現添加改性生物炭較未添加生物炭的土壤鎘和砷的酸提取態含量分別降低了51.2%、23.6%，鎘和砷含量分別降低了18.8%、71.4%，減輕了土壤重金屬污染危害[41]。梁婷將鈰錳改性麥稈炭施用到砷污染土壤中，研究發現砷的遷移性減弱，土壤中的砷由有效態向穩定態轉化;同時，高毒性三價砷也逐漸氧化為低毒性五價砷，毒性減弱，土壤重金屬As的危害降低[26]。

3.1.2 間接作用 生物炭對土壤中的重金屬不僅有直接鈍化作用，還可以通過改變土壤中的某些性質來達到對重金屬的間接固定作用。例如，生物炭經過改性，微孔和比表面積都有很大的增加，有利于土壤中微生物的生存與繁殖[34]。雖然微生物并不能直接降解重金屬，但是通過對微生物群落的調節，可以間接改變土壤的物理化學性質，從而改變重金屬的存在形態，使其有效性下降[42-43]。喬鑫通過NaOH+Mg2+聯合改性稻殼生物炭，發現改性后的生物炭pH值提高、比表面積和孔容增加，堿性官能團增多，可以增加生物炭對微生物的吸附固定量，以達到生物炭與重金屬協同優化吸附的作用[44-45]。

3.2 對農田土壤理化性質的影響

3.2.1 酸堿度 常見的酸性土壤伴隨的都是肥力低下，鉀、鈣和鎂等鹽基離子含量較低，保肥力下降，對作物的生長產生負面效應[46]。金修寬研究表明，土壤中長期施入氮、磷、鉀肥會降低土壤的pH值，使其加速酸化[47]。生物炭灰分中含有大量的鉀、鈣、鎂等以氧化物、碳酸鹽等形式存在的礦質元素，使得生物炭通常呈堿性，是天然的酸性土壤改良劑[48]。大量研究表明，將改性生物炭施入土壤后，土壤中交換性酸總量與未添加生物炭相比顯著降低，可見生物炭的添加可以有效提高土壤pH值，改善酸性土壤的理化性質，最終提高作物產量[41，49];酸性較強的土壤中施入堿性生物炭效果更佳，將生物炭與有機肥混合施用，既能改善土壤pH值，又可提高作物的品質[50]。

3.2.2 持水能力 土壤水分含量是評價土壤生產力的重要指標之一。土壤中施加生物炭可以增加土壤孔隙，從而起到對土壤保水的作用，并且生物炭自身豐富的孔隙結構、強大的吸附性能使其加入土壤后能夠使土壤變得疏松且具有團聚力。生物炭保水性的效果大小取決于生物炭的類型、施加量與土壤質地[51]。通過氯化鎂對花生殼生物炭進行改性，將改性生物炭以1%的施入量添加至土壤中，發現土壤保水能力比未改性的生物炭處理增加了8.7%[52];鐵和聚丙烯酰胺復合改性生物炭與較單一鐵改性相比，吸水性增加了7.73%，疏水基團更多，對土壤中的持水能力更強[53]。

3.2.3 土壤養分 生物炭中富含各類植物生長所需的礦質營養元素，如磷、鉀、鈣、鐵等，施加至土壤中可有效增加土壤養分從而提高作物產量。此外，生物炭本身還具有高度羧酸酯化、芳香化結構和脂肪族鏈狀等典型有機結構特征，施入土壤后可以顯著增加、豐富土壤有機基團種類及含量，利于土壤的養分保留，避免養分流失[54]。Gao等研究表明，將鐵錳改性生物炭施加于污染土壤后，小麥產量提高，并且小麥籽粒中淀粉、蛋白質含量及鐵、錳、鉀、鈣等礦物質的含量也有所提高[55]。

近年來，我國化肥施用量逐年增加，然而農田土壤對氮、磷肥的利用率最高僅能達到50%左右，肥料利用方式的不合理不僅造成資源浪費，更造成土壤板結、環境污染等。陳領等研究表明，施用氯化鎂改性的生物炭可以增強土壤的固肥作用[48];Li等用聚丙烯酰胺改性生物炭替代化肥中30%的化學磷（PSB）處理顯著降低了雙季稻、稻麥輪作和蔬菜種植徑流中磷組分的濃度，分別減少了41.1%、297%、37.8%的總磷損失[56];高海英等進行長期定位試驗發現，與常規施肥相比，連續4年施用炭基復合肥的土壤中有機碳含量提高了27.6%，全氮含量提高了75.6%[57]。土壤中施入改性生物炭，增加了土壤中氮磷的含量，有助于植物對土壤中營養成分的吸收[58]。

3.3 對農田土壤中生物性狀的影響

由于生物炭本身特殊的物理化學性質，施用到土壤中可降低土壤的容重和通氣性，促進微生物生長。原因是豐富的孔隙為微生物提供了生存場所，生物炭本身富含碳源、微量元素等，可為微生物生長提供各類養分，從而提高微生物群落多樣性，改變土壤中本來的微生物群落構成[59]。在土壤中施入一定量的生物炭，給微生物創造了較好的生存條件，微生物有助于將有機磷轉化為更容易被農作物吸收和利用的無機磷。李振偉用MgCl2改性花生殼生物炭，發現改性后的生物炭較未改性處理表面酸性官能團數量增加，施入土壤后微生物的固定量、生命活力和數量較其他改性方法好[60]。

3.4 對農田土壤中農作物生長的影響

生物炭通過鈍化土壤重金屬、阻斷營養元素流失來改善土質，促進植物生長，增加作物的產量并減少農作物對重金屬的吸收和累積，最終降低農產品污染風險。王瑞峰研究表明，土壤中添加NaOH改性的木屑生物炭，小白菜的鮮質量較未添加生物炭的處理增加了25.3%，提高了小白菜的產量[61]。與未改性生物炭相比，酸洗改性生物炭更有利于玉米植株的生長及其體內有機物的積累[62];土壤中分別施用未改性生物炭與胱胺改性生物炭，結果表明，改性生物炭可以通過降低土壤中鎘的有效性，緩解鎘向生菜體內轉移，從而促進生菜的生長;與未施生物炭處理對比，施用生物炭處理生菜的鮮質量、根系長度、直徑、表面積、總體積及根尖數均有所增加，生菜的光合作用增強，抗氧化活性和還原酶活性有所提高[63]。CB1C51C2-AF4C-4777-B4F7-36A3BE12D894

4 總結與展望

4.1 針對土壤性質和污染重金屬種類設計生物炭改性方案

我國土壤資源遼闊，地理、氣候、地貌復雜，污染物種類及污染程度各異，有針對性地選擇符合各地土壤性質和污染狀況的生物炭改性方式，有利于提高土壤污染修復效果和生物炭使用效益。開展修復工作前，應充分掌握修復目標土壤及周邊污染源信息，采用重金屬直接鈍化或通過改變其土壤理化性質間接作用于重金屬，以抑制或阻斷農作物對污染重金屬的吸收，達到污染修復的目的。生物炭的改性目標不應僅限于對重金屬的修復效果，更應當把農田土壤作為一個整體，通過對生物炭的改性使其在實現修復目標的基礎上，更有利于農作物的生長與生產[64]。

4.2 優化改性生物炭鈍化劑配方，在修復的同時改善土壤性質

生物炭中不僅含有碳、氮等有機成分，其中還存在較豐富的無機礦物質，對于生物炭功能的影響至關重要。將有機肥料與具有吸附性的生物炭及其他材料（如各種黏土礦物、納米材料、菌劑等）按比例復配成復合生物炭，合理施用既對農田土壤重金屬的污染修復有良好的效果，又可以減少化肥的使用;就優化土壤性質而言，土壤污染對微生物群落的影響非常大，改性生物炭可以在修復污染的同時對土壤微生物群落組成和多樣性進行調節，更可以通過對生物炭的生物改性來驅動土壤功能。

4.3 生物炭改性的方法要簡單實用，才能降低生產成本，推動產業化

選擇生物炭作為重金屬鈍化劑，除了它本身效果顯著，更是因為制備生物炭的原材料價廉且來源豐富，如秸稈、淤泥和廢棄物等，廢物利用的同時也可以起到固碳減排、環境保護的作用。從制備技術研發到推廣應用，成本是最需要考慮的問題。對生物炭進行改性，不僅要提高生物炭的吸附作用，還要求改性方法具有推廣價值。生物炭進行改性的各處理方法，均能夠在不同程度上改變生物炭孔隙結構及表面性質，進而提高生物炭對污染物的吸附、固持能力。然而，熱解前預處理改性、共裂解改性、化學浸漬改性等方法幾乎全都嚴重依賴于化學過程，這些方法普遍存在操作過程復雜、成本偏高且易產生有害廢物等缺點。相比之下，改性中的機械球磨法，具有操作簡單、成本低廉、無次生污染等優點，有利于工廠化操作與大規模的生產應用。將生物炭技術與納米技術相結合，可制造出具有更強環境應用能力的新型材料，不僅可以提高對生物質能源的利用，增加其經濟價值，又能避免化學改性帶來的污染危害。目前，有關球磨改性技術在生物炭改性中應用的研究仍處于起步階段，在后續研究中，可通過完善制備工藝，提高生物炭吸附性能，對于未來生物炭大規模應用于環境污染修復具有重要的意義。

4.4 在提高生物炭鈍化效果的同時，要避免和防止產生土壤的二次污染

生物炭施入土壤中會釋放本身自帶的有機和無機物質，也包括重金屬和多環芳烴。有些改性方式在提高生物炭重金屬鈍化效果的同時，其制備過程、產品等可能會給環境帶來新的污染。而且，生物炭施入土壤后難以回收，故當生物炭作為土壤的一部分供農作物生長時，生物炭的原料選擇就變得非常重要。因此，在對生物炭原材料進行嚴格把控的基礎上，采用合適的生物炭制備及改性技術，充分發揮生物炭功能性的同時，盡可能避免其可能產生的負面效應。

4.5 在追求高效益的基礎上，必須關注長期影響及效應

生物炭應用于農田土壤污染修復是非常高效、便捷的方案，但大多數研究僅報道其短期效應，生物炭施入后對土壤的長期影響還有待考證。比如，隨著施用時間延長，被生物炭所鈍化的重金屬是否會改變形態再次釋放？長期多次施用后生物炭的累積是否會嚴重降低土壤中碳的生物利用率？因此，在利用生物炭優勢的同時，也不能忽視其長期施用可能給土壤帶來的負面影響。尤其是改性生物炭，有些改性方法帶來的短暫效果是非常顯著的，但長期影響尚不明了。在未來的研究中，可將生物炭磁性改性與共裂解、球磨改性等技術有機結合，以期在未來修復實踐中利用磁性技術將施用時間較長、吸附飽和的生物炭進行回收，真正實現改性生物炭安全、高效、靈活應用。

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