Biochar-based restoration of coal mine waste: effects of rice husk and poplar wood-shard biochars on plant growth and physiological performance
本研究表明，在煤矿废弃物中施用 2–4% 的稻壳生物炭能显著增强苦艾（*Artemisia absinthium*）和水飞蓟（*Silybum marianum*）的生长与生理表现，其中苦艾由于其对生物炭改良呈线性响应，被证明特别适用于高度退化的基质。
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我们脚下的土地常常被视为理所当然，是森林和农场的稳定基础。然而，在那些被工业破坏的地方，这种基础可能会变得具有敌意。煤炭开采虽然是能源的来源，却留下了大量的废石和土壤堆，这些物质通常呈酸性、缺乏养分且含有重金属污染。这些条件使得植物几乎无法扎根，导致土地荒芜并易受侵蚀。为了修复这样的景观，科学家们正在寻找改善土壤的方法，就像医生治疗病人一样。一种极具前景的工具是生物炭，这是一种通过在低氧环境下加热植物材料制成的类木炭物质。这种材料具有多孔且稳定的特性，像海绵一样可以保持水分和养分，同时还能帮助中和土壤中的有害化学物质。研究人员面临的问题不仅在于生物炭是否有效，还在于哪种类型效果最好，以及需要多少量才能将一片有毒的废墟转变为一个充满生机的生态系统。
在一项于伊朗北部温室进行的受控研究中，一组研究人员致力于针对该地区自然生长的两种特定植物测试这些想法：一种是名为艾草（wormwood）的多年生灌木，另一种是被称为奶蓟草（milk thistle）的生长迅速的草本植物。他们想看看将生物炭混入煤废料中是否能帮助这些植物生存并茁壮成长。科学家们准备了一系列土壤混合物，从纯园土开始，逐渐用煤废料进行替换，创造了一个从健康土壤到含有75%煤废料的严酷环境的梯度。在这些混合物中，他们加入了两种不同类型的生物炭：一种由稻壳制成，另一种由杨木碎片制成。他们以不同的比例测试了这些生物炭——按重量计算分别添加0%、1%、2%或4%，以观察植物对变化环境的反应。
结果显示，这两种植物对相同的处理表现出截然不同的反应。艾草灌木表现出了惊人的韧性。随着研究人员增加土壤中生物炭的含量，无论煤废料的含量多少，艾草的体积和重量都会增加。它似乎能轻松应对这种有毒环境，随着土壤质量的改善而呈现稳步增长。相比之下，奶蓟草则更为敏感。虽然它也会随着生物炭的加入而生长得更好，但其成功高度依赖于土壤的平衡。当煤废料占混合物的四分之一左右时，它的表现最好；但如果废料过多或生物炭过多，似乎会阻碍其生长。这表明，虽然有些植物可以耐受恶劣条件，但另一些植物则需要一个更精心平衡的环境才能繁茂生长。
一项关键发现是，生物炭的来源非常重要。稻壳制成的生物炭表现始终优于杨木制成的生物炭。使用稻壳生物炭种植的植物比使用木质生物炭种植的植物更高、叶片更多，且总重量更大。这种差异似乎源于稻壳材料的化学成分，其中含有更高水平的氮和硅等营养元素。这些元素似乎有助于植物构建更强的结构并捕捉更多阳光。稻壳生物炭还帮助植物更好地管理水分，并保护它们免受重金属引起的氧化应激，本质上起到了盾牌的作用，使植物的内部系统即使在困难的土壤中也能保持顺畅运行。
研究还观察了植物的内部运作，测量了它们的呼吸和处理光照的能力。在两个物种中，添加煤废料往往会减缓它们的光合作用（即转化阳光为能量的过程）能力。然而，生物炭（尤其是稻壳品种）有助于抵消这种减缓。使用稻壳生物炭的植物表现出更高的光合作用速率和更好的叶片保水能力。它们还产生了更多用于捕捉光线的绿色色素，并且其细胞显示出更高水平的对抗毒素损伤的酶活性。这些生理上的改善直接转化为盆栽中的可见生长，证实了生物炭不仅仅是在增加土壤的体积，而是在积极支持植物的生物功能。
最终，研究表明，修复受煤矿开采破坏的土地并非一项“一刀切”的任务。植物的选择与土壤改良剂的类型必须与特定地点的具体条件相匹配。艾草灌木似乎是那些土壤受污染严重的退化区域的有力候选者，因为即使在废料水平很高的情况下，它也能生长良好。然而，奶蓟草可能更适合那些已得到部分改良或土壤混合物可以经过精心调节的场地。研究结果强调，使用适量比例的稻壳生物炭是重启这些受损景观的一种强大方式，将荒芜的废弃地转化为新生命的基石。
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