木质生物炭添加对液态有机肥田间施用氨挥发的影响：多地点田间试验评估

为解决农业氨(NH3)排放导致的生态富营养化和氮利用效率低下问题，研究人员探讨了木质生物炭(biochar)与液态有机肥（如牛粪浆(cattle slurry)和沼气残渣(anaerobic digestate)）混合对田间施用后NH3挥发的影响。通过德国南部多地点田间试验，发现生物炭添加未减少排放，反因干物质(DM)含量增加和渗透率降低而升高排放。结果挑战了生物炭作为减排策略的假设，强调优化施肥实践对实现欧盟减排目标的重要性。

　　

农业氨(NH₃)排放是环境领域的隐形杀手——它不仅导致水体富营养化，威胁生态系统平衡，还通过形成大气颗粒物危害人类健康。在欧洲，农业贡献了94%的NH₃排放，而液态有机肥（如牛粪浆和沼气残渣）的田间施用占德国总排放的39.5%。为应对欧盟2030年减排29%的目标，科学家们将目光投向了生物炭(biochar)——这种多孔碳材料因吸附铵离子(NH₄⁺)的潜力被视为“绿色解决方案”。但实验室里的理想结果能否在风吹日晒的农田中复现？现实远比想象复杂：生物炭的碱性可能升高肥料pH值，而其物理特性又可能阻碍肥液渗入土壤。这些矛盾让农民陷入两难——投入成本添加生物炭，真能换来更清洁的空气吗？

为回答这一难题，德国慕尼黑工业大学（Technical University of Munich）的研究人员联合多家机构，展开了一项严谨的多年度、多地点田间试验。他们发现，木质生物炭的添加非但未能抑制NH₃排放，反而在多数情况下加剧了挥发。这一反直觉的结论发表于《Nutrient Cycling in Agroecosystems》，不仅颠覆了传统认知，更揭示了农业减排策略中隐藏的物理陷阱。

研究采用三大关键技术：首先，利用动态室Drager-Tube Method（DTM）原位测量NH₃通量，结合气象站数据校准排放值；其次，在德国南部三个试验点（Thalhausen、Burghausen、Baierlach）开展多年度田间试验，涵盖耕地与草地系统，模拟真实农作场景；最后，将生物炭与液态有机肥提前混合储存四周，测试两种热解工艺的生物炭（热解炭PB与热解-气化炭PGB）及添加剂（乳清whey和风化煤leonardite）的影响，通过分析肥料性质（如干物质DM、总铵态氮TAN）关联排放机制。

Thalhausen试验点：生物炭加剧耕地NH₃排放

在四年期耕地试验中，牛粪浆施用后未掺生物炭的处理NH₃-N排放占TAN比例介于6.7%~45.1%，而添加生物炭（500或1000 kg ha^-1）的处理显著升高至13.8%~51.7%。例如，2022年冬小麦季，生物炭添加使排放比例从35.6%增至43.9%（p<0.05）。关键归因是生物炭提高肥料干物质含量（如从6.3%升至9.2%），降低土壤渗透率，延长肥液暴露时间。

Burghausen试验点：沼气残渣排放因生物炭增加

沼气残渣施用试验显示，添加热解-气化生物炭（PGB）后，2024年排放比例从26.1%升至29.8%（p<0.05），而风化煤(leonardite)处理无显著差异。生物炭的碱性（pH 9.5~10.0）轻微升高肥料pH，打破NH₄⁺:NH₃平衡，且深色生物炭减少地表反照率，可能升高肥带温度。

Baierlach试验点：乳清中和无效，草场排放上升

有机管理的永久草地中，2023年牛粪浆添加高剂量生物炭（1000 kg ha^-1）使排放比例从29.1%飙升至39.8%。乳清(whey)预酸化处理（pH 4.8）未能抵消排放增长，因肥料缓冲能力中和了酸性。试验突显草场因植被阻隔，肥液渗透更差，生物炭加剧表面残留。

研究结论尖锐指出：木质生物炭的田间应用未能实现NH₃减排承诺，反而因物理干扰（干物质增加、渗透受阻）和化学作用（pH升高）成为排放“帮凶”。这一发现通过ALFAM2模型验证，强调实验室结论与田间现实的鸿沟——减排策略必须兼顾环境变量与肥料物理特性。意义深远：为政策制定者敲响警钟，提示单纯依赖生物炭可能适得其反；为农民提供实操指南，优先选择浅层注入或酸化等已验证技术。未来研究需转向高吸附容量材料或协同工艺，让“绿色炭”真正守护蓝天。