综述：生物炭在气候智能型农业中可持续性的研究进展：最新进展、新兴趋势和未来方向

这篇综述系统评价了生物炭（biochar）在气候智能型农业（CSA）中的多重效益，包括提升土壤肥力（增产马铃薯达340%）、固碳潜力（年减排2.56×109吨CO2-eq）及调控土壤微生物组等，同时指出其经济可行性和长期生态效应仍需跨学科研究。

　　

摘要

全球农业正面临气候变化与土壤退化的双重威胁，亟需可持续解决方案。本研究通过文献计量分析与系统评价相结合的方法，评估了生物炭在气候智能型农业（CSA）中的应用潜力。基于Scopus数据库180篇文献（2010-2023年）的分析显示，中国贡献了18%的出版物，印度（13%）和巴基斯坦（6%）紧随其后。主题图谱将生物炭定位为与CSA紧密关联的"核心主题"，其多重效益包括：改善土壤结构、提高作物产量（马铃薯增产高达340%），以及每年封存2.56×10⁹吨CO_2-eq，相当于2023年全球温室气体排放量的4.7%。然而，长期施用对土壤微生物组和养分循环的影响仍需深入探究。

引言

气候智能型农业（CSA）作为应对粮食安全与气候变化的综合策略，其三大支柱——增产、适应与减排，与生物炭的特性高度契合。生物炭是生物质在300-700°C缺氧条件下热解的产物，具有多孔结构、高阳离子交换容量等特性。最新研究表明，稻秆生物炭与丛枝菌根真菌联用可降低豌豆籽粒重金属含量，而"设计型生物炭"（designer biochar）能针对特定土壤问题定制功能。生命周期评估显示，生物炭的减排效果受土壤类型和气候条件显著影响，移动式热解设备等技术创新正推动其规模化应用。

研究方法

采用PRISMA框架整合文献计量与系统评价方法。数据源自Scopus数据库，使用R语言Bibliometrix包进行国家贡献度、关键词共现和主题演化分析。系统评价部分筛选80篇文献，重点解析生物炭对土壤-作物系统的多维影响。

结果与讨论

土壤健康与作物生产
生物炭通过增加土壤孔隙度（提升12-35%）和持水能力（提高15-20%），显著改善边际土地的作物表现。在重金属污染土壤中，改性生物炭与微生物联合修复可使作物重金属吸收量降低40-60%。

气候减缓潜力
生物炭的稳定性碳结构可实现百年尺度的碳封存，其减排效果在稻田甲烷（CH₄）抑制方面尤为突出，某些案例中减排率达30-50%。

可持续性挑战
经济分析显示，小农户系统的生物炭应用成本回收期需3-5年，而长期监测发现，20年后土壤pH可能回落至初始水平，提示需动态调整施用策略。

未来方向

建议重点研究：

1. 生物炭-微生物互作机制
2. 区域特异性施用方案
3. 基于区块链的碳信用体系
4. 政策激励（如热解设备补贴）

结论

生物炭作为CSA的关键技术，其"土壤改良-碳封存-污染修复"三位一体功能已获实证支持，但实现规模化应用仍需解决技术标准化与政策协同问题。将生物炭纳入循环经济框架，结合精准农业技术，可能成为应对全球农业挑战的破局之道。