Coconut husk biochar as a climate-smart soil amendment: optimizing pyrolysis temperature and feedstock cut size for a carbon-rich, waste-derived agricultural input

气候变化正通过土壤退化、水分与盐分胁迫以及养分利用效率下降，持续削弱农业生产能力，而对常规矿质肥料的严重依赖则导致温室气体排放、养分损失，并在某些情况下降低土壤生物活性。利用木质纤维素类农业残余物制备的生物炭，可将低价值废弃物转化为富碳材料，据报道其能够携带并缓慢释放矿质和有机养分，与有机-矿质施肥的目标相契合。本研究以椰子（*Cocos nucifera* L.）壳——椰子产业中一种主要但未被充分利用的副产物——为原料，通过优化两个生产变量（热解温度和原料切块尺寸）评估其作为此类土壤改良剂的可行性。实验室试验采用完全随机设计（60个样品），将四种切块尺寸（1/8、1/4、1/2英寸及碎片）与五个温度水平（275 °C、325 °C、375 °C、425 °C和475 °C）组合，随后利用双室热解炉进行田间规模试验，比较压实装料与松散装料两种填充密度。测定转化效率和工业组成（水分、挥发分、灰分和固定碳），并采用双因素方差分析检验温度与切块尺寸的交互效应；由于交互效应不显著，随后采用单因素方差分析表征主效应。转化效率范围为36.6%–68.3%，随温度升高而下降；挥发分随温度升高而减少，而灰分（3.6%–12.3%）和固定碳（0.27%–5.54%）均随温度升高显著增加（*p* < 0.05）；固定碳为操作定义的工业分析组分，未得到元素比（H/C、O/C）、芳香性或稳定性指数以及矿化试验的验证。1/4英寸切块尺寸在产率、碳化程度和可操作性之间达到最佳平衡，故被选用于田间试验；其中压实装料的转化效率（46.95%）显著高于松散装料（40.90%；*p* = 0.03）。基于60年种植周期的资源利用分析表明，与直接覆盖还田相比，生物炭改良可使椰壳需求量减少约94%，与埋壳处理相比减少约81%。中等温度热解（325 °C–375 °C）配合1/4英寸切块尺寸可制备富碳生物炭，有望作为有机-矿质土壤改良剂的组分或载体，为椰壳废弃物的增值利用提供了一条切实可行的途径。