综述：生物炭和水热炭作为土壤碳封存技术：对温室气体减排的影响

《Journal of Plant Nutrition and Soil Science》：Biochar and Hydrochar as Soil-Based Carbon Sequestration Technologies: Implications for Greenhouse Gas Mitigation

　　

生物炭和热解水热炭已成为有前景的碳基改良剂，用于增强土壤碳封存和减轻温室气体排放。本综述综合并批判性地比较了当前关于生物炭和热解水热炭的生产技术、物理化学性质、稳定机制、碳持久性以及生命周期气候性能的知识，强调了它们作为负排放技术（NETs）的比较作用。生物炭，通过热解生产，其特征在于高度芳香化和缩合的碳结构，赋予其在土壤中的长期稳定性，通常产生从数世纪到数千年的平均停留时间（MRT）。热解水热炭，通过水热碳化（HTC）生成，为处理湿原料和废物资源化提供了更高效的路径，但通常表现出较低的内在稳定性和更大的矿化速率变异性。本综述表明，碳持久性不仅受分子难降解性控制，还受土壤介导机制的影响，包括有机-矿物相互作用、团聚体封闭和微生物反馈。对CO₂、N₂O和CH₄通量的影响强烈依赖于环境，反映了炭性质、土壤质地、气候和管理实践之间的相互作用。生命周期评估（LCA）表明，生物炭系统更能持续地提供净气候效益，而热解水热炭的性能取决于能源来源和工艺集成。除气候减缓外，两种材料还提供农艺和环境协同效益，包括改善土壤肥力、保水性和废物回收。然而，大规模部署仍受到方法异质性、监管不确定性和经济障碍的制约。本综述得出结论，生物炭和热解水热炭是气候智能型土地管理系统的互补组成部分。未来进展取决于标准化方法、长期田间实验验证以及协调一致的碳核算框架，使其能够可靠地贡献于全球净零路径。政策对齐将对负责任和公平的全球部署具有决定性作用。

1 引言
气候变化加剧已将减缓议题从单纯减排转向迫切需要部署能够主动从大气中去除二氧化碳（CO₂）的负排放技术（NETs）。这一转变反映了当前减缓轨迹不足以实现《巴黎协定》下设定的温度阈值，特别是在延迟或不完全脱碳情景下的认识。在此框架内，土壤碳封存已成为一条具有战略重要性但科学复杂的路径，原因是土壤碳库的规模及其对管理和环境变化的敏感性。

土壤构成了最大的陆地有机碳库，储碳量超过大气和陆地植被总和。然而，这一碳库并非固有稳定。土地利用变化、耕作、侵蚀和气候变暖已导致广泛的土壤碳损失，有效将许多土壤从长期碳汇转变为CO₂净源。尽管传统管理实践（如减少耕作、覆盖作物和有机改良剂）可增强土壤有机碳（SOC），但其封存潜力常受限于碳饱和、矿物表面限制以及生物可利用有机质的快速周转。这些约束凸显了需要从根本上改变碳输入土壤的化学性质和停留时间的方法。

生物炭和热解水热炭代表了这样一种方法。通过热化学转化生物质，这些材料能够将短寿命的生物源碳转化为化学改性的形态，可能在土壤中持续数十年到数世纪。生物炭，在限氧条件下通过热解生成，通常以高度芳香缩合和结构复杂性为特征，这些性质与强抗微生物分解能力相关。热解水热炭，通过水热碳化（HTC）在水相环境中生成，提供了一条互补路径，特别适用于湿原料和有机废物流。这些材料共同提供了一种将碳储存与快速生物循环解耦的潜在机制，同时实现生物质残渣的资源化。

除直接碳封存外，生物炭和热解水热炭还能影响土壤的更广泛温室气体（GHG）平衡，包括CO₂、氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）的排放。通过改变土壤物理化学性质、微生物群落组成和氧化还原条件，炭改良剂可能抑制或增强特定的生物地球化学途径。重要的是，这些效应高度依赖于环境，随炭性质、土壤质地和矿物学、气候以及管理方式而变化。因此，报告的气候结果范围从大幅减缓到中性甚至不利影响。

本综述旨在提供一份全面、基于机制且批判性的综合，阐述生物炭和热解水热炭在土壤碳封存和GHG减缓中的作用。具体而言，本综述整合了（1）生产技术和材料性质，（2）碳稳定化和周转机制，（3）对CO₂、N₂O和CH₄通量的影响，（4）生物炭和热解水热炭在环境梯度上的比较性能，以及（5）生命周期评估（LCA）以评估净气候效益和剩余不确定性。通过跨尺度整合证据，本综述旨在阐明炭基策略在气候减缓组合中作为稳健NETs的条件。

2 生物炭和热解水热炭的生产技术
生物炭和热解水热炭的气候减缓潜力从根本上由其生产的热化学途径塑造。生物炭通过热解生成，这一过程在300°C至700°C的限氧条件下进行。随着热解温度升高，生物质经历逐步脱挥发分、脱水和芳构化，产生碳富集固体，其H/C和O/C原子比降低。高温热解通常增强化学稳定性和抗氧化性，但以降低质量和碳产率为代价。

热解水热炭通过水热碳化（HTC）生产，在180–250°C的中等温度下在水相环境中运行，并利用自生高压。HTC在加速时间尺度上模拟自然煤化过程，特别适用于湿原料（如污水污泥、粪便和食物垃圾），因为它消除了对能源密集型干燥的需求。然而，所得热解水热炭通常保留较高比例的脂肪族和含氧碳，反映了相对于热解衍生生物炭的不完全芳构化。

原料选择对炭性质施加首要控制。富含纤维素和木质素的木质纤维素残渣通常产生具有较高结构稳定性的炭，而富含蛋白质和灰分的原料（如粪便或生物固体）产生具有较高营养和矿物含量的材料。尽管营养丰富的炭可能根据原料来源和加工条件提供农艺效益，但它们也引入了GHG响应的更大变异性和与微量元素相关的潜在环境风险。

工艺参数，包括停留时间、加热速率、压力和反应器配置，进一步调节表面化学、孔隙度和碳产率。从气候角度来看，这些参数不仅决定所得炭的稳定性，还决定生产系统的能源效率和排放强度。能够回收合成气和生物油用于热或发电的热解系统可能实现实质性的化石燃料抵消，而HTC系统常面临与能源需求和管理富含溶解有机碳的工艺水相关的挑战。

因此，生物炭和热解水热炭的净气候性能不能独立于其生产系统进行评估。生产阶段排放、副产品利用和系统集成强烈影响这些技术是作为真正的NETs还是仅重新分配生物质供应链各阶段的排放。

3 与碳封存相关的物理化学性质
生物炭和热解水热炭衍生碳在土壤中的持久性与其内在物理化学性质密切相关，这些性质决定了对生物和非生物降解的敏感性。在这些性质中，碳芳香性是决定稳定性的核心因素。在较高热解温度下生产的生物炭表现出高度缩合的多环芳烃结构、低H/C比和低密度不稳定官能团，赋予其强抗酶攻击和氧化过程的能力。相比之下，热解水热炭通常显示更高的O/C比和更高比例的脂肪族碳，表明相对于生物炭更易受微生物矿化影响。

表面积和孔隙度进一步影响稳定化途径。生物炭通常具有发达的微孔和中孔结构，创造广泛的内部表面积，可物理保护碳、吸附溶解有机质并影响土壤水和气体动态。热解水热炭虽孔隙度较低，但常富含含氧官能团，如羧基和羟基，增强了与土壤矿物和有机化合物的反应性。

表面化学在调节有机-矿物相互作用中起关键作用。官能团促进对黏土矿物和金属氧化物的吸附，促进形成矿物结合态有机碳（MOC）库，这些碳库不易被微生物利用。这些相互作用可能部分补偿较低的内在难降解性，特别是在热解水热炭中，通过增强土壤介导的稳定化机制。

其他性质，包括营养含量、pH和灰分组成，通过改变土壤生物地球化学条件间接影响碳封存。碱性生物炭可提高土壤pH，影响微生物群落组成和酶活性，而富含矿物质的炭可能改变氮有效性和氧化还原敏感过程。这些间接效应使仅将观察到的碳持久性归因于化学稳定性复杂化，并强调需要整合评估炭-土壤-微生物相互作用。

4 土壤中碳稳定化机制
生物炭和热解水热炭衍生碳在土壤中的稳定化源于内在材料难降解性与土壤介导保护机制之间的复杂相互作用。早期概念框架强调化学抗性作为持久性的主导控制；然而，越来越多的证据表明，长期稳定化不能仅通过分子结构完全解释。相反，稳定化源于炭性质、土壤矿物学、团聚体结构和微生物活性之间的动态相互作用。

内在难降解性主要与炭基质内芳香缩合度和结构无序性相关。高度芳香化的生物炭表现出有限的酶可及性和对氧化裂解的降低敏感性，赋予其抗快速矿化的能力。然而，即使高度缩合的结构也不是惰性的，表面氧化过程可逐步引入官能团，随时间增加反应性。热解水热炭以较不缩合的碳结构为特征，比生物炭更依赖土壤介导机制来实现持久性。

在这些机制中，有机-矿物相互作用起关键作用。炭表面可吸附溶解有机质并与黏土矿物和金属氧化物（如Fe和Al氧化物）结合，形成复合结构，从物理和化学上屏蔽碳免受微生物攻击。这些相互作用在具有高矿物反应性的细质地土壤中尤为重要，其中矿物结合态有机碳代表主导稳定库。吸附相互作用还可能降低酶可及性并减缓底物和氧化剂的扩散。

团聚体形成和物理保护进一步促进稳定化。炭颗粒可作为微团聚体形成的成核位点，促进有机质在团聚体内部的封闭。这种物理隔离限制了氧气扩散和微生物接触，从而降低分解速率。团聚体介导保护的有效性取决于土壤结构、扰动制度和炭颗粒的空间分布。

微生物过程对稳定化施加双重且依赖于环境的影响。尽管一些微生物能定殖炭表面并部分氧化不稳定组分，但整体可及性仍受孔隙结构和化学组成限制。重要的是，炭改良剂可诱导激发效应，改变原生SOC的矿化。负激发效应，常归因于不稳定底物的吸附或微生物碳利用效率的转变，增强了净碳储存，而正激发效应可能抵消封存收益。厘清这些相反效应仍是评估长期气候效益的主要挑战。

5 生物炭和热解水热炭衍生碳的持久性和周转
炭衍生碳的持久性和周转是评估生物炭和热解水热炭作为NETs有效性的核心标准。持久性通常表示为平均停留时间（MRT）或半衰期，来源于实验室培养、田间实验或同位素示踪研究中观察到的分解动力学。报告的生物炭MRT范围从数十年到数千年，而热解水热炭衍生碳通常表现出较短的停留时间，反映了化学结构和稳定化途径的差异。

炭衍生碳的分解动力学常偏离简单的一级模型，表现出多相行为，特征为初始不稳定组分的损失，随后是更顽固组分的长期稳定化。这种动力学异质性使从短期实验外推至百年时间尺度复杂化。此外，实验室条件因优化水分、温度和微生物活动常高估分解速率，强调了田间证据的重要性。

环境控制对周转率施加强烈影响。土壤质地和矿物学调节稳定化效率，富含反应性矿物的细质地土壤通常通过吸附和团聚体介导机制增强持久性。气候施加额外控制：温暖湿润条件加速微生物活动和氧化过程，可能缩短MRT，而寒冷或干燥环境有利于更长的持久性。土地管理实践，包括耕作和施肥，通过改变土壤结构和微生物动态进一步与这些因素相互作用。

来自长期田间实验的证据，包括时间序列研究和历史炭输入（如野火或古代人为土壤中的木炭）分析，提供了对百年尺度持久性的关键见解。此类研究一致表明，部分炭衍生碳可保持可检测数世纪，支持长期封存的前提。然而，这一持久性组分的规模变化很大，强调了在碳核算框架中需要现实且依赖环境的持久性估计。

6 对温室气体通量的影响
除直接碳储存外，生物炭和热解水热炭改良剂可显著影响土壤GHG通量，从而塑造其净气候减缓潜力。对CO₂、N₂O和CH₄排放的影响源于土壤物理化学性质、微生物群落结构和生物地球化学途径之间的复杂相互作用，且高度依赖于环境背景。

土壤CO₂排放反映微生物呼吸和根系活动。炭改良剂可能通过增强碳稳定化、提高微生物碳利用效率或通过负激发效应抑制原生SOC分解来减少CO₂排放。相反，不稳定碳组分，特别是在热解水热炭中，可在施用后早期阶段刺激微生物呼吸并增加CO₂通量。净效应取决于这些相反过程之间的平衡以及所考虑的时间尺度。

生物炭和热解水热炭对氧化亚氮（N₂O）排放的影响因其高全球变暖潜力而受到特别关注。许多研究报告了生物炭施用后N₂O排放的减少，归因于机制如增加土壤通气性、增强pH缓冲、吸附铵和硝酸盐以及微生物氮转化途径的转变。然而，也观察到N₂O排放的增加，特别是在营养丰富或低温炭中，突出了炭性质和氮有效性的重要性。

对甲烷（CH₄）动态的影响主要与涝渍或厌氧土壤相关。生物炭改良剂已被证明通过改善通气性并为甲烷氧化菌提供栖息地来增强旱地土壤中的CH₄氧化。在淹水系统中，生物炭可能通过改变氧化还原条件或竞争电子受体抑制甲烷生成，但也报告了刺激效应。热解水热炭对CH₄的影响不太一致，常与其较高的不稳定碳含量相关。

总体而言，这些发现强调GHG减缓效益不能仅从碳封存指标推断。综合评价需要整合多气体响应，在相关时间和空间尺度上确定净气候结果。

7 比较评估：生物炭 vs. 热解水热炭
生物炭和热解水热炭的比较评估因它们不同的物理化学性质、生产途径和环境功能而日益相关，特别是在碳封存潜力、GHG减缓以及土壤-气候相互作用方面。尽管两种材料均被归类为源自生物质的碳质改良剂，但它们对比性的热化学转化过程——生物炭的热解和热解水热炭的HTC——导致显著不同的结构、化学和生态行为。

生物炭因其高芳香性、缩合环结构和低H/C和O/C原子比而被广泛认可具有优越的碳封存效率，这些性质赋予其在土壤中对微生物和化学氧化的强抗性。长期培养和田间研究一致报告MRT范围从数世纪到数千年，特别是对于在高温（>500°C）下生产的生物炭。这种难降解性使生物炭能够作为持久碳汇，显著贡献于负排放策略。

相比之下，热解水热炭表现出更高比例的不稳定碳组分、含氧官能团和脂肪族结构，导致较低的内在稳定性和一旦掺入土壤后的更快矿化速率。尽管热解水热炭可初始增加SOC库存，但其相当一部分碳在数月到数年内迅速分解。然而，热解水热炭可能通过促进有机-矿物关联和团聚体形成间接增强碳稳定化，特别是在细质地土壤中。因此，尽管生物炭在长期碳储存方面表现优异，热解水热炭可能在短期到中期土壤碳动态和养分循环中更有效。

重要的是，近期研究表明，后处理策略如堆肥、共热解或矿物富集可显著改善热解水热炭的稳定性，表明其碳封存潜力不应被忽视，而应在整合土壤管理系统中进行情境化。

生物炭和热解水热炭对GHG排放的影响因它们对比性的表面化学和与土壤微生物群落的相互作用而显著不同。生物炭施用常与N₂O排放减少相关，归因于改善土壤通气性、增强铵和硝酸盐的吸附以及反硝化活性的转变。此外，生物炭常通过刺激甲烷氧化活性和改善氧气扩散来减少涝渍或压实土壤中的CH₄排放。

热解水热炭则呈现更多变效应。由于具有较高不稳定碳含量，热解水热炭可能刺激微生物呼吸，在施用后短期内可能增加CO₂和某些条件下的N₂O排放。然而，热解水热炭也能增强微生物生物量和酶活性，这可能从长期上改善氮固定并减少硝酸盐淋溶。因此，热解水热炭的净GHG平衡强烈依赖于施用量、原料类型和土壤水分状况。

比较性荟萃分析表明，生物炭通常提供更一致的GHG减缓效益，而热解水热炭的效应更依赖于环境且随时间动态变化。这强调了在评估两种材料的气候减缓策略时采用生命周期视角的重要性。

生物炭和热解水热炭的性能强烈受土壤质地、矿物学、气候和土地利用系统调节。在高度风化的热带土壤中，生物炭倾向于改善阳离子交换容量、pH缓冲和团聚体稳定性，同时促进长期碳持久性。热解水热炭在这些环境中可能分解更快，但可增强短期养分有效性和微生物活性。

在温带和北方地区，较低温度限制微生物周转，热解水热炭稳定性增加，缩小了热解水热炭与生物炭之间的持久性差距。在沙质或粗质地土壤中，两种改良剂均改善保水性，但热解水热炭常显示更大的短期亲水性，而生物炭更有效地贡献于长期结构韧性。

气候也起关键作用：在湿润温暖条件下，热解水热炭矿化加速，而生物炭保持其难降解性。在干旱或半干旱气候下，两种材料均表现出增强稳定性，但生物炭仍是主导长期碳汇。

因此，生物炭和热解水热炭之间的选择不应被框定为二元替代，而应作为基于特定农艺、气候和环境目标的战略决策。生物炭更适合长期碳封存和气候减缓目标，而热解水热炭可优先应用于针对快速土壤肥力改善和生物质回收的系统。

从系统视角来看，生物炭和热解水热炭应被视为互补而非竞争性技术。它们的组合或顺序应用，以及与堆肥、矿物改良剂或微生物接种剂的整合，代表了优化碳稳定化和土壤功能的有前景途径。未来研究应优先考虑长期田间试验、标准化稳定性指标和综合生命周期评估，以完善这些材料在不同农业生态系统中的比较可持续性。

8 生命周期评估（LCA）与净气候效益
LCA已成为评估生物炭、热解水热炭和其他碳基土壤改良剂真实气候减缓潜力的基本方法框架。通过核算从原料获取到寿命结束的排放和能量流，LCA实现了对这些材料是否提供净气候效益或仅沿价值链转移排放的整体理解。

生物炭生产的碳足迹强烈受原料类型、水分含量、热解温度、能量回收效率和运输距离影响。高温热解通常导致更大的碳稳定性但需要更高的能量输入，如果使用化石能源，这可能抵消部分气候效益。相反，回收合成气和生物油用于热或发电的现代热解系统可显著减少净GHG排放，常导致碳负平衡。

通过HTC生产热解水热炭通常在较低温度下运行，但需要加压反应器和大量能量输入用于水加热和脱水。因此，相对于优化的生物炭系统，热解水热炭系统每固定碳单位常表现出更高的工艺相关CO₂排放。然而，热解水热炭生产可利用湿原料而无需预先干燥，减少预处理排放，使其对残渣如污水污泥、食物垃圾和动物粪便特别有吸引力。

在施用阶段，生物炭和热解水热炭均贡献与运输、撒播和可能的土壤扰动相关的额外排放。然而，这些排放通常相对于碳稳定化潜力较小，特别是在采用本地生物质源和分散式生产系统时。

LCA的核心挑战是平衡土壤中封存的碳与生产和施用过程中产生的排放。生物炭通常表现出更高的净碳封存效率，因其更高的碳保留率和土壤中长期稳定性。许多LCA研究报告净封存效率范围为原始生物质碳的30%至70%，取决于系统边界和假设。

热解水热炭相比之下显示较低的净封存效率，主要由于较低的固体碳产率和土壤掺入后更高的矿化速率。在某些情景下，特别是在HTC中使用化石能源时，整体气候平衡可能接近中性甚至略微正排放。然而，当采用可再生能源、废热回收或副产品资源化策略时，热解水热炭系统也能实现净气候效益。

重要的是，两种材料通过减少肥料需求、改善氮利用效率和缓解N₂O排放提供间接气候效益。当这些协同效益纳入综合LCA模型时，可显著改善整体气候平衡。

对于生物炭，整合到碳核算框架的进展迅速，方法已纳入自愿碳市场和新兴国家GHG清单。标准化协议现允许量化稳定碳组分、持久性和泄漏风险，使生物炭被认可为合法的负排放技术（NETs）。

然而，热解水热炭因其较低且更多变的稳定性面临方法论挑战。由于缺乏足够的长期持久性数据，当前碳核算框架常排除或惩罚热解水热炭。尽管如此，加速老化测试、同位素示踪和长期田间监测的近期进展正逐步提高对热解水热炭稳定性估计的信心，为其未来纳入碳市场铺平道路。

为确保稳健的气候声明，未来框架必须协调稳定性评估方法，定义清晰系统边界，并纳入不确定性分析。此外，区域差异化至关重要，因为气候、土壤类型和管理实践显著影响碳持久性和GHG通量。

9 农艺、环境和社会经济协同效益
除碳封存和气候减缓作用外，生物炭和热解水热炭提供广泛的农艺、环境和社会经济协同效益，显著影响其实际采用和长期可持续性。这些协同效益在气候智能型农业、循环经济策略和可持续土地管理背景下尤为相关。

生物炭和热解水热炭均通过物理、化学和生物机制展示了改善土壤肥力的显著潜力。生物炭通常增强阳离子交换容量、pH缓冲和养分保留，特别是在酸性和高度风化的热带土壤中。其多孔结构增加土壤通气性并为有益微生物提供微栖息地，促进养分循环和根系发育。因此，生物炭施用常与改善氮磷利用效率、减少养分淋溶和更高作物生产力相关。

热解水热炭，因其较高含量的含氧官能团和不稳定有机组分，倾向于刺激微生物活性和短期养分有效性。这可加速土壤生物过程并增强早期植物生长响应。然而，这些效益常是短暂的，可能需要重复施用或与堆肥或矿物改良剂整合以维持长期肥力改善。

在水动态方面，两种材料均改善土壤持水能力，特别是在粗质地土壤中。生物炭贡献于长期结构稳定性和孔隙连通性，而热解水热炭表现出更大亲水性，增强快速吸水。这些性质增加植物有效水并减少干旱胁迫。在极端降水事件下，改善的团聚体和入渗能力减少径流和侵蚀，从而增强土壤对气候极端事件的韧性。

从循环经济角度看，生物炭和热解水热炭提供了资源化农业、林业、工业和城市残渣的有效途径。其生产将低价值或问题性废物（如作物残渣、污水污泥、食物垃圾和动物粪便）转化为具有农艺和环境功能的增值产品。

生物炭系统常产生副产品如合成气和生物油，可用于能源生产，改善整体工艺效率和经济可行性。热解水热炭生产对湿原料特别有吸引力，避免能源密集型干燥步骤，并实现废水处理和固体废物管理系统的整合。

这些材料在土壤中的应用闭合了养分循环，减少了垃圾填埋，并缓解了生物质不受控分解产生的甲烷排放。因此，生物炭和热解水热炭技术不仅贡献于土壤改良，还贡献于区域废物管理优化和循环生物经济框架内的GHG减缓。

尽管有已证明的效益，若干障碍限制了生物炭和热解水热炭技术的广泛采用。高初始投资成本、有限的生产基础设施获取以及产品质量变异仍是主要挑战。在许多地区，农民缺乏技术知识和经济激励来采用这些改良剂，特别是在短期产量效益不确定时。

监管不确定性和缺乏标准化质量标准进一步约束市场发展。对于热解水热炭，特别是来自污水污泥的产品，关于稳定性、潜在植物毒性和重金属含量的担忧限制了其在农业系统中的接受度。

可扩展性还取决于原料可用性、物流以及与现有农业和工业系统的整合。分散式小型生物炭系统可能增强农村地区的可及性，而集中式水热碳化（HTC）工厂更适合城市和工业废物流。因此，可扩展部署需要区域特定策略，将技术选择与当地资源概况和社会经济条件对齐。

生物炭和热解水热炭的农艺、环境和社会经济协同效益突显了它们作为可持续发展多功能工具的潜力。然而，实现这一潜力需要在研究、政策和市场发展方面协调努力。激励措施如碳信用、废物管理补贴和可持续农业计划可显著提高采用率。

未来研究应侧重于通过长期田间实验、社会经济影响评估以及涉及农民和利益相关者的参与式方法进行验证。只有通过此类综合策略，生物炭和热解水热炭技术才能从利基应用过渡到可扩展的解决方案，能够有意义地贡献于全球粮食安全、气候韧性和循环经济目标。

10 结论
生物炭和热解水热炭代表了负排放和气候智能型土地管理技术组合中科学稳健且战略相关的选项。本综述表明，它们的气候减缓潜力源于内在碳难降解性、土壤介导稳定化机制以及对GHG通量的间接效应的组合。生物炭，因其高度芳香化和缩合的碳结构，在不同土壤-气候背景下一致表现出优越的长期持久性和更可靠的净气候效益。热解水热炭，虽通常较不稳定，但在废物资源化和循环经济整合方面提供重要优势，并在适当管理框架内施用时可有意义地贡献于土壤碳动态和养分循环。

证据进一步表明，碳封存结果不能脱离土壤质地、矿物学、气候制度和土地利用实践进行孤立评估。同样，GHG对炭改良剂的响应本质上依赖环境，反映了土壤物理、化学和生物过程的复杂相互作用。生命周期评估确认，生产效率、能源来源和副产品利用决定性地决定了炭系统是否实现碳负性能。除气候减缓外，生物炭和热解水热炭提供实质性的农艺、环境和社会经济协同效益，包括改善土壤肥力、保水性、对气候极端事件的韧性以及废物回收。然而，大规模部署仍受到方法异质性、监管不确定性和经济障碍的制约。

总体而言，生物炭和热解水热炭应被视为整合可持续转型中的互补而非竞争性技术。它们对全球净零策略的有效贡献将取决于标准化评估方法、长期田间验证、协调一致的碳核算框架以及认可直接和间接气候效益的政策工具。当嵌入连接农业、废物管理和能源系统的系统级方法时，炭基技术可在推进韧性、低碳和循环生物经济路径中发挥有意义的作用。