近日，土壤肥料与水分管理岗位-华南农业大学资源环境学院联合浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所科研团队，在农林废弃物资源化利用领域取得重要研究成果，在国际期刊《Industrial Crops & Products》发表题为“Structure-tailored hierarchical porous biochar from banana straw: Pore evolution and formation mechanisms”的研究成果。该研究系统阐明香蕉秸秆生物炭多级孔隙形成与演化机制，为香蕉秸秆资源化处置、功能性生物炭定向量产提供关键理论支撑。
香蕉枯萎病是危害全球香蕉产业的主要土传病害之一，处置不当的受侵染香蕉秸秆易造成病原菌扩散。秸秆炭化技术可灭活病原菌，将废弃香蕉秸秆转化为有应用前景的高附加值生物炭材料。但目前对香蕉秸秆生物炭热解过程中孔隙结构的形成与演化规律缺乏系统认识，制约了其定向制备与产业化应用。
图1 香蕉秸秆生物炭的四种孔隙类型。
注：A和B中的红色圆圈代表I类孔隙；B中的黄色与绿色圆圈分别代表II类孔隙的第一层和第二层结构；C和D分别对应III类与IV类孔隙
围绕痛点，项目团队系统追踪热解与活化全过程。研究表明，香蕉秸秆生物炭孔隙演变历经“生物遗传”到“热化学重构”四个阶段。团队首次将孔隙分为四大类型：I类为保留植物组织结构特征的生物遗传孔；II类是高温热解下气孔内形成的多层级孔；III类是适度KOH活化产生的半球状蚀刻孔；IV类是高温与强KOH活化协同形成的连通网络状孔。从Ⅰ类向Ⅳ类演化过程中，孔密度不断增大，孔隙圆形度在II类最低、III类最高。其中，生物质原料中的内源元素对孔隙发育有重要调控作用，硅元素稳固碳骨架、抑制塌陷，钾元素催化反应促进孔隙形成。依托试验数据，团队构建基于热解温度和KOH活化浓度的生物炭比表面积及孔容预测模型，实现多级孔隙生物炭定量调控。
图2 香蕉秸秆生物炭不同演化阶段孔隙的二维形态特征分布。
注：A-D分别对应第I类至第IV类孔隙的圆形度和长宽比的边际散点图
图3 由孔隙密度和平均圆形度定义的二维形态空间中四类孔隙的分布特征
基于孔隙形成机制，研究提出生物炭靶向制备策略：针对保留天然多孔结构的应用（如微生物载体），建议选高Si、低K原料并配合温和热解条件；针对追求高比表面积的应用（如吸附剂或储能材料），建议选低Si、高K原料并强化热化学耦合作用。
本研究获国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-31）、中国科协青年人才托举工程（2023-2025QNRC002）等项目资助。华南农业大学樊小林教授和浙江省农业科学院马军伟研究员为论文通讯作者，高诚祥博士和刘洋之博士为共同第一作者。研究成果探明香蕉秸秆资源化炭化关键机制，既为病区废弃香蕉秸秆无害化处置开辟新路径，也推动生物炭产品精准研发落地，对香蕉产业链绿色循环发展、土壤改良与绿色肥料产业升级有重要指导价值。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2026.123382
内容编辑：
地址:海南省海口市城西学院路4号（571101）
电话：0898-66986419 传真：0898-66986419 
E-mail：china_banana2008@vip.163.com