通过生物质热解制成的生物炭( biochar) 已日益被视为增加土壤碳截留、缓解温室效应的潜在有效措施。研究还表明生物炭具有较大比表面积、表面官能团和微孔结构，施入土壤后对养分保持、水分利用、土壤性质、重金属和有机污染物生物有效性均产生重要影响，在农业生产上具有广阔的应用前景。生物炭的特性由原料和制备条件所决定，不同原料、制备条件下形成的生物炭结构性质存在很大差异。目前，研究制备生物炭的原料主要包括阔叶树、牧草、树皮、作物残余物、柳枝、稷、有机废物等。研究表明生物炭产率、碳含量、氮含量和生物炭吸水能力等均随裂解温度升高而降低，不同材料制备的生物炭性质有显著差异; 研究发现棉秆炭中全磷、全钾、速效钾、钙、镁含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加，全氮和碱解氮则相反。中国为世界第1 产茶大国，统计资料显示2013年全国茶园面积257. 93 万hm2，茶叶产量189 万t。定期修剪保持茶树采摘面积是茶叶丰产的重要措施，每年产生大量的废弃修剪枝叶。由于茶树聚铝特性，修剪枝叶直接还园易加速茶园土壤酸化，同时影响茶园耕作，对茶园生态造成负面影响。如果将修剪后的茶树枝就地转化为生物炭回园利用，一方面可利用生物炭的稳定性达到固碳增汇的目的，为减缓全球气候变化做出贡献; 另一方面可利用生物炭的多孔性、亲水性、吸附性等特性改善茶园土壤。目前采用茶树修剪枝作为原料制备生物炭的研究尚鲜见报道。据此，笔者利用茶树修剪枝为原料，研究炭化条件( 温度和时间) 对生物炭理化性质的影响，以期为茶树修剪枝的资源化利用提供新方法。

材料与方法

试验材料

  生物炭制备原材料为茶树修剪枝，粉碎过5 mm孔径筛。采用常规方法302 － 316测定茶树枝性质，w( 灰分) 为2. 78%，w( 有机碳) 为49. 82%，w( 全氮)为9. 59 g·kg － 1，w( 全钾) 为3. 56 g·kg － 1，w( 全磷)为2. 75 g·kg － 1，pH 值为6. 83，C/N 比为51. 96。

试验设计

试验设置生物炭烧制最高温度( 炭化温度) 和最高温度稳定时间( 炭化时间) 2 个因素，其中炭化温度设置300、450 和600 ℃ 3 个水平，炭化时间设置1 和3 h 2 个水平，共6 个处理，3 次重复。采用OTF － 1200X 真空管式高温烧结炉( 合肥科晶材料技术有限公司生产) 进行生物炭烧制，升温速率为5 ℃·min － 1，达到预设最高温度后按试验设计稳定1 或3 h，之后自然降温到室温; 在升温程序启动前对炉管进行抽真空处理，保证茶树枝无氧炭化。

生物炭性质测定

  采用日本电子JEOL 触控扫描电镜JSM －6010LV 扫描观测生物炭形貌特征; 灰分含量参照植物粗灰分测定方法( 干灰化法) 测定; pH 值采用m( 生物炭) ∶ V( 去离子水) = 1∶ 10 搅拌后用玻璃电极( 德国Sartorius，PB － 21) 测定［18］; 有机碳含量采用高温外加热重铬酸钾氧化－容量法测定; 全氮含量采用浓H2SO4-H2O2 消化，凯氏定氮法测定;全磷含量采用钼锑抗比色法测定; 全钾含量采用火焰光度法测定;钙、镁含量采用原子吸收分光光度法测定302 －324。

数据处理

  采用DPS 6. 85 和Microsoft Excel 2003 软件进行统计分析，所有数据进行双因素方差分析，采用邓肯新复极差法( SSＲ) 进行多重比较。图表中的数据均采用平均值±标准误差表示。

结果与分析

  炭化温度和时间对生物炭形貌特征的影响由不同炭化温度和时间条件下制备的茶树枝生物炭400 倍电镜扫描图片可知，茶树枝生物炭呈多孔、高比表面积结构，较完整保留了茶树枝的组织结构且形成的碳架结构更为清晰、明显;随着炭化温度的升高和时间的延长，茶树枝结构组成物质损耗、收缩，形成更为致密、均匀的孔度结构。