综述：耐火材料衍生煤焦作为半干旱农业生态系统土壤改良剂：增强土壤特性与生产力

本文综述了耐火材料衍生煤焦（烧结温度1000–1200°C）作为土壤改良剂的应用潜力，重点探讨其通过提升土壤有机碳（SOC）、持水能力（WHC）及抗剪强度等特性，改善半干旱区沙壤土质量并促进作物生长的机制，为可持续农业实践提供新思路。

　　

ABSTRACT

耐火材料衍生煤焦是生产隔热耐火砖过程中的副产品，其高温烧结特性（1000–1200°C）赋予其独特的物理化学性质。作为土壤改良剂，煤焦能显著提升半干旱区农业生态系统的土壤质量，为解决土壤退化问题提供了创新方案。

煤焦的生产与特性

煤焦源自烟煤烧结工艺，具有高比表面积和孔隙率。通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析显示，其微观结构包含丰富的蜂窝状孔隙，这种特性直接关联到其对土壤水分和养分的保持能力。

土壤改良机制

• 碳封存效应：煤焦富含稳定碳组分，施用后可使土壤有机碳（SOC）含量提升30–50%，同时实现大气CO₂的长期固定。

• 水力性能改善：田间试验表明，添加5%煤焦的沙壤土持水能力（WHC）增加2.3倍，显著延长干旱期作物存活时间。

• 力学增强：煤焦通过提高土壤内摩擦角（+15°）和凝聚力（+20 kPa），有效抑制风蚀和水蚀。

农业应用效益

在墨西哥北部半干旱区的玉米种植试验中，煤焦处理组产量较对照组提高22%。其作用机制包括：

1. 1.

   孔隙结构缓冲土壤温度波动（日温差降低4–6°C）；

2. 2.

   表面官能团（-COOH、-OH）促进氮磷缓释；

3. 3.

   导电性（10^-3 S/m）优化根际微电流环境。

未来展望

当前研究尚未明确煤焦中多环芳烃（PAHs）的长期生态风险，建议结合生物炭（biochar）进行复合改良。该技术特别适用于年降水量<500 mm的边际土地复垦，有望成为"碳负排放"农业的核心措施。