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我国以土壤养分下降为代表的土壤退化问题日益严重,土壤质量面临巨大的挑战。生物炭作为一种新兴的环境友好型炭基生物材料在退化土壤修复问题中有着十分广阔的应用前景。本研究中将生物炭作为缓释肥料用于土壤调理过程中。通过数据统计、模型构建和土壤养分化学计量平衡计算确定不同土壤的个性化施肥方案,进而指导肥料的合理施用,为退化土壤养分补偿提供一定的理论基础。通过产率计算和元素分析确定出最佳的制炭温度,并对生物炭的固碳量以及养分资源总量进行估算,展现其田间应用前景。结果表明:生物炭的产率、亲水性、极性均和裂解温度呈负相关,芳香化程度和裂解温度呈正相关。2017年我国玉米秸秆生物炭(Maize straw biochar,MBC)和鸡粪生物炭(Chicken manure biochar,CBC)的年养分资源(N、P、K)总估算值高达6.76×107吨。通过释放动力学实验分析生物炭可溶性养分释放情况,并结合准一级和准二级动力学模型对生物炭自身养分释放机制进行探讨。结果表明:玉米秸秆生物炭和鸡粪生物炭可溶性氮和可溶性钾的释放动力学研究中,准二级动力学模型拟合得到的R2更接近于1,这表明该反应过程为化学反应,伴随着化学键的变化,且反应速率常数小于1,说明反应为快速反应。两种材料生物炭中可溶性磷的准一级动力学模型拟合效果更佳,表明反应主要以物理过程为主,是生物炭中磷酸盐的一个溶解过程。生物炭可以作为肥料补充土壤所缺乏的N、P、K养分含量。本文通过构建土壤养分化学计量平衡模型,结合土壤基础肥力以及生物炭所能提供的养分含量给出不同土壤的个性化施肥方案,并对其进行土壤重金属污染风险评估。结果表明:在单一元素调理规划中,配施生物炭补充三种土壤氮元素匮乏时,大部分方案均造成了土壤P元素超标,存在环境风险;配施生物炭补充三种土壤的磷元素匮乏时,需额外补充氮肥,可实现氮肥减施13.06%～92.24%、磷肥和钾肥100%减施;配施生物炭调理土壤钾元素时,三种土壤需要额外投加化学肥料补充N、P元素,此时土壤中实现氮肥减施4.56%～62.19%、磷肥减施32.17%～67.42%、钾肥100%减施。同时生物炭的田间应用并未发现潜在重金属污染风险。