综述：利用入侵植物生物质生产生物炭及煤矿石废弃地修复的潜力

《Bioresource Technology Reports》：Harnessing the potential of invasive plants biomass for biochar production and coal-mine spoil reclamation: A review

本综述聚焦煤矿开采导致的生态环境挑战，提出将入侵植物生物质转化为生物炭（Biochar）用于煤矿石废弃地（Coal-mine spoil）修复的创新策略。文章系统评述了入侵植物生物炭的理化特性、其对土壤容重（Bulk density）、持水能力及污染物固定化的改善作用，并分析了其在实现入侵植物管理与退化土地恢复双重目标中的应用潜力与当前研究的局限性。

　　

引言

煤炭开采业是全球经济的重要支柱，但露天开采活动产生了大量的煤矿石废弃物，导致严重的环境退化。这些废弃物通常具有酸性pH值、高容重和有毒污染物，严重阻碍植物生长。与此同时，采矿造成的逆境环境为入侵植物物种的繁殖和扩张提供了机会。它们具有强大的扩散能力和快速的世代更替，使其能够适应与采矿活动相关的恶劣环境条件。因此，将入侵植物转化为生物炭，为修复煤矿石废弃地提供了一种可持续的方法，同时也能应对入侵植物带来的环境挑战。

煤矿石废弃地的特性与挑战

煤矿石废弃地是采矿过程中产生的废料，其理化性质发生了显著改变。其特征包括土壤结构破坏、容重升高、大石块比例高（60%–80%）以及持水能力下降。此外，它们通常缺乏有机碳，并含有有机污染物、有毒元素，形成恶劣的气候条件，使得植被难以自然恢复。

入侵植物：主要特征、有害影响及有效控制措施

入侵植物是一个全球性现象，其通过竞争资源、改变生境等方式对生态系统造成严重危害。有效管理入侵植物需要了解其关键特性，如强大的繁殖力和适应性。将入侵植物生物质用于生产生物炭，不仅是一种有效的控制措施，还能变废为宝，为环境修复提供原材料。

入侵植物衍生生物炭

生物炭是一种碳含量丰富的产品，由农业副产品、入侵植物等多种原材料在厌氧条件下通过热解（pyrolysis）制成。入侵植物因其巨大的多样性和广泛的分布，被证明是生产生物炭的理想原料。不同的生产方法（如表1所示）和工艺参数（如温度）对生物炭的产率、pH值、比表面积、灰分和挥发分含量等理化性质有显著影响。与传统原料生产的生物炭相比，入侵植物衍生的生物炭在理化性质和污染物吸附能力上表现出明显差异。

入侵植物生物炭在污染土壤修复中的应用

利用入侵植物生物质生产生物炭具有独特优势，因其资源丰富，可作为低成本吸附剂去除各种污染物。其应用有助于降低入侵植物管理成本，同时为矿山废弃地改良提供可持续方法。研究表明，入侵植物生物炭能有效吸附有机和无机污染物，通过改善土壤容重、持水能力等方式，促进煤矿石废弃地的生态恢复。

入侵植物衍生生物炭在煤矿石废弃地修复中的局限性

尽管生物炭被广泛认为是一种有效的土壤改良剂，但其应用也存在局限性。例如，生物炭一旦施入土壤便难以分离，因此需事先评估其潜在毒性，以规避未来对土壤健康的风险。含有重金属的原料可能导致其在食物链中的富集。此外，入侵植物生物炭的有效性受其自身性质和环境条件的影响，其长期生态效应仍需进一步研究。

结论与未来展望

证据表明，将入侵植物生物质转化为生物炭，可为生物炭生产和煤矿石废弃地处理提供有前景的原料。本综述全面探讨了煤矿石废弃地的理化特性以及入侵植物衍生生物炭的性质。基于此，未来的研究应侧重于从实验室研究转向实地应用，深入评估生物炭的长期环境行为与生态风险，并探索其与其他修复技术的协同效应，以推动该策略的实际应用。