综述：烘焙生物质（Biotorr）在农业应用中潜力的综述

《Waste Management》：Torrefied biomass (Biotorr) potential for agricultural applications. A review

本综述系统评述了烘焙生物质（Biotorr）作为新型土壤改良剂的潜力。文章指出，相较于高温热解产生的生物炭（biochar），烘焙技术（torrefaction，200–300 °C）能以更高产率（mass yield）将作物残体转化为富含碳（C）、磷（P）、钾（K）的稳定产物。Biotorr在改善土壤健康、促进碳固存（C sequestration）及影响养分动态方面展现出独特优势，但其实际农用价值仍需通过田间试验进一步验证，尤其是在土壤养分生物有效性（bioavailability）和温室气体（如N2O）排放方面。

　　

引言

近年来，作物残体管理因其在增加土壤有机质和改善农业系统土壤健康方面的潜力而受到关注。除了生产生物炭（biochar）的热解（pyrolysis）技术外，烘焙（torrefaction，200–300 °C）作为一种温和的热化学转化过程，为生产土壤改良剂提供了一种有前景的替代方案。烘焙生物质（biotorr）具有更高的质量产率和更低的生产成本，使其可能成为一种易于获取且成本效益高的土壤调理剂。这篇综述旨在综合当前关于烘焙对biotorr特性影响的知识，并评估其作为土壤改良剂的潜力。

数据收集

为了解烘焙参数对不同原料来源的biotorr特性的影响，研究通过Web of Science平台进行了系统的文献检索和数据收集。数据主要集中于biotorr的产率、碳、氮、磷、钾含量等理化性质，并根据烘焙温度将其分为轻度（200–235 °C）、中度（235–275 °C）和重度（275–300 °C）三个等级进行分析。同时，也收集了关于biotorr对土壤性质和作物生长影响的现有研究数据。

烘焙生物质的性质及其对土壤的潜在影响

烘焙条件对biotorr产率的影响

数据分析表明，biotorr的产率随烘焙强度的增加而降低。轻度烘焙的平均产率为86.2%，中度烘焙为72.5%，而重度烘焙则降至59.5%。产率的变化强烈依赖于原料类型。例如，木质生物质（如松木）在轻度烘焙下碳含量显著增加（从48%到56%），而质量损失较小（11%）；相反，富含半纤维素的原料（如柳枝稷）在相同条件下则表现出较低的产率（51.9%）但较高的碳含量（62.3%）。这表明原料的化学组成（如木质素、纤维素、半纤维素的比例）是决定biotorr产率和最终特性的关键因素。

烘焙条件对biotorr碳含量的影响

与产率趋势相反，biotorr的碳含量随烘焙强度的增加而显著增加。原料的平均碳含量为46.9%，经轻度、中度和重度烘焙后，碳含量分别增至52.0%、55.2%和60.6%。碳含量的提升归因于热不稳定组分（主要是半纤维素）的降解和挥发，导致碳的相对富集。这种碳富集效应对于提升土壤有机碳库和改善土壤结构具有积极意义。

烘焙参数对biotorr分子组成的影响

烘焙过程选择性地降解了生物质中的不同组分。半纤维素在200–300 °C范围内大量降解，纤维素在较高温度下开始分解，而木质素则在整个温度范围内表现出较高的稳定性。因此，烘焙后的biotorr其木质素相对含量增加。此外，烘焙还会提高产物的pH值（通常介于4-6之间），并增加其疏水性，这可能会短期内影响土壤的润湿性。与高温热解产生的具有高比表面积的生物炭不同，biotorr的比表面积通常较低。

烘焙强度对biotorr养分含量和有效性的影响

烘焙对biotorr的氮（N）含量影响不显著，但磷（P）和钾（K）的浓度随烘焙强度增加而增加。例如，重度烘焙后，P含量从原料的0.18%增至0.39%，K含量从0.39%增至1.7%。原料类型对养分含量有决定性影响，油料/果渣类原料生产的biotorr通常具有最高的氮含量。然而，养分的生物有效性（bioavailability）是评估其农用价值的关键，目前相关研究仍很缺乏。烘焙过程中养分可能转化为溶解度较低的形态，其在土壤中的释放动态受土壤性质（如pH值、质地）影响很大。

烘焙强度对biotorr稳定性和可分解性的影响

通过范克雷维伦图（Van Krevelen diagram）分析原子H:C和O:C比值表明，biotorr的稳定性介于原始生物质和生物炭之间。随着烘焙强度增加，H:C和O:C比值下降，表明芳香化程度和抗微生物分解能力增强。biotorr的C:N比在不同烘焙强度下无显著差异，但倾向于在重度烘焙时升高。高C:N比的有机改良剂可能引起土壤微生物对氮的固定，但由于biotorr含有一定比例的难降解碳，可能会减缓其分解速率，从而可能减轻对土壤氮的短期固定效应。

Biotorr作为土壤改良剂

现有的研究（主要为盆栽实验）表明，施用biotorr可以影响土壤的理化性质。例如，它能提高土壤的持水能力，调节土壤pH值（在酸性土壤中可能提高pH，在碱性土壤中可能降低pH），并增加土壤中P和K的含量。在生物学方面，biotorr的添加会改变土壤微生物群落结构，初期可能引发正激发效应（positive priming effect），加速土壤原有有机质的周转，但长期可能转为负激发效应。此外，一些研究表明biotorr的应用可能有助于降低土壤N₂O的排放。对作物的影响则因biotorr特性而异，轻度烘焙产物中可能含有的酚类或芳香族化合物有时会抑制种子萌发，而较高温度烘焙后这种抑制作用消失，甚至能促进植物生长。

结论

本综述表明，烘焙技术能够以高于生物炭的产率将作物残体转化为碳含量更高、养分（P、K）更富集的biotorr。其稳定性介于原始生物质和生物炭之间，表明它可能兼具提供养分和促进碳固存的双重潜力。然而，目前几乎所有的相关研究均在受控条件下进行，缺乏田间试验的验证。因此，biotorr作为一种有前景的土壤改良剂，其实际农业应用效果，包括对土壤养分动态、碳固存长期稳定性以及作物产量的影响，亟待通过野外实地研究进行深入评估。未来的研究应侧重于不同土壤和气候条件下biotorr的田间效应，以推动其在实际农业生产中的应用。