摘要：美国需要恢复数千个废弃矿区（AML）才能减少风蚀和水蚀，继续给野生动物提供饲料，为溪流遮荫，提高土壤生产力。通常，利用木质生物质制备的生物炭可以改善土壤质量，恢复AMLs土壤生产力。回收这种“废弃物”用以生产生物炭将减少野火风险、燃烧造成的空气污染以及燃烧木材释放的微粒。生物炭具有改善水质、结合重金属或降低有毒化学物质浓度的潜力，同时改善土壤健康，建立可持续的植物覆盖层，从而防止土壤侵蚀、淋洗或其他非预期的负面环境影响。使用森林废弃物制造生物炭还有助于减少木质生物量，恢复森林健康的能力。本文强调了人们关注的生物炭赋存的的有机和无机污染物的各种问题，以及其将如何影响生物炭的有效性，并为生物炭单独使用或者与其他修复剂联合使用技术修复AMLs提供有效依据。本文介绍了几个启动AML生物炭修复案例以评估短期和长期的地上和地下生态系统响应的例子。

关键词：生物炭；废弃矿区；恢复

生物炭作为一种用于矿山废弃地废石堆和尾矿资源化的土壤改良剂，日益受到人们的关注。木质生物炭可以改善土壤性质，如增加土壤pH值和氮素持留。此外，木质生物炭可能会改变土壤的容重、渗透性能和持水能力。这些土壤理化性质的变化也可能促进土壤的AML土壤微生物过程，如碳（C）矿化、团聚体稳定性和养分转化。将生物炭应用于AMLs可加速土壤修复，并提供更多的生态系统服务（例如，过滤水，减少侵蚀）。

以木材为基础的生物炭制造也为减少荒野火灾或公共土地上虫害和疾病爆发提供了机会。美国农业部、林务局森林采伐作业日益增加。森林生物质有许多用途，取决于材料的尺寸及当地、区域和国家市场。然而，对于没有进入终端利用的树枝，残枝部分以及不适合销售的圆木，通常被直接烧掉，因为直接烧掉是非常廉价的处理固体废弃物的一种方式。由废木材制成的生物炭，是增加这些材料应用价值的一种方法，同时也兼具改善森林环境，土壤健康，恢复AML土壤的环境效益。这些环境效益使得生产森林废弃物生物炭用于恢复AML成为一个非常好的可选择方案。将森林废弃物制备成生物炭将低成本、低质量的木材原料，创造成为一种高碳土壤改良剂，可用于恢复对人类、水、空气、野生动物和社区构成环境威胁的高度扰动土地。

内务部土地管理局（BLM）对位于公共土地上的已知AMLs进行了盘点，其中大多数是废弃的硬石矿。截至2017年，美国西部的库存清单列出了超过5.22万个地点和9.76万个特征，其中只有20%的地点要么已经被修复或正在进行处理过程，剩余的80%需要额外的调查并且进行修复。此外，总问责局报告指出，林务局、国土资源管理局、国家公园管理局和环境保护署（EPA）确定了约22500个硬石矿，它们因长期接触有害物质而对人类健康或野生动物构成或可能构成风险。该报告指出，在公共土地上可能有超过39万处被遗弃的硬岩矿特征在数据库中没有记录。为了减少其暴露于环境中的物理和化学风险以及因此产生的事故、伤害和法律责任，AML对环境的影响急需尽快解决。

采矿活动造成了景观破坏、土壤压实和水土污染。矿山废渣可能含有残留的金属，如镉（Cd）、铬（Cr）、铜和锌（Zn）或铁或铜硫化物，经过水化、氧化或酸化反应，导致废渣酸化，酸性矿井排水，将重金属释放到环境中。大多数需要修复的AMLs位于美国西部。然而，仍有许多AMLs位于美国中西部和东部的公共土地上。此外，已经停止生产并已被废弃的石油和天然气钻探场地需要重新开发，以恢复农业、木材、野生动物、水流或碳封存价值。

由于环境条件恶劣，尾矿库和废石区往往面积很大，缺乏植被覆盖。由于美国各地废弃矿区附近的人口正在增加，这将带来深远的影响。大规模使用木残体制造生物炭用于AMLs恢复是一个与森林收获作业协同工作的过程，旨在减少林地生物量，在恢复森林结构时限制野火、昆虫或疾病风险。从非商业化废弃物中生成的生物炭在AMLs恢复中发挥着关键作用，并提供了一个降低农村社区野火风险、改善农村经济的机会，在发展强大生物炭产业的同时也提供了就业。

这篇综述评估了在2010年到2020年3月发表的文献中记载生物炭修复美国AMLs的使用方案。本文的目标是评估生物炭对土壤重金属有效性的影响和植物吸收、健康问题、标准条例以及在矿山土地修复中的应用，在美国强调充分利用生物炭的潜力。

由木材原料制成的生物炭可以改变土壤特性，以促进矿区植物的生长。自2011年以来，生物炭的研究大量增加，涵盖了原料、加工、农艺应用、环境修复、生命周期分析、经济可行性、市场以及许多其他用途。从2010年到2019年，生物炭研究的科学兴趣总体上有所增加，这一点可以从发表的论文数量中可见一斑：发表科研论文16000余篇，英文论文占96.8%，发表在2655种期刊上。

因为与氧没有化学亲和力，而且在有氧或厌氧条件下不容易腐烂，生物炭以前被称为木炭，被定义为纯碳形式。它在化学上也是非常稳定的，因此代表碳汇。Lehmann等人在2006年使用了“生物炭”这个术语，并将其定义为生物来源的黑碳，它也被称为用于土地用途的木炭。生物炭是生物质在有限的环境中通过热转化形成的一种固体材料。Manya认为，慢速热解能获得更多的生物炭。然而，对于使用于当地AMLs的木材原料，生物炭可以用窑炉或其它中等规模的方法进行生产。木材的种类决定了木质生物炭的一系列特征（表1）。此外，木质生物炭的颗粒大小对于孔隙间和孔隙内持水能力的变化非常重要。

由玉米秸秆和猪粪制成的生物炭被用于金属污染的土壤和沉积物修复，由于原料的不完全炭化，修复结果结果可能不同。这些炭化差异产生不同程度的无定形有机物，无定形有机物在性质上更接近那些天然土壤或沉积物有机质。为了使生物炭与当地土壤条件最佳匹配，有必要了解限制性土壤因素。例如，施用生物炭可以改善土壤的理化性质，比如：（1）大多数生物炭是碱性的（pH > 7），一些生物炭处理的土壤pH值增加；（2）生物炭提高了土壤的持水能力，尤其是在粗质土壤上，因为多孔结构有助于提高土壤剖面内的持水能力;（3）生物炭可以通过限制淋溶或提高植物吸收效率而将养分保留在土壤剖面内，施用生物炭后的土壤改良取决于土壤质地、密度和孔隙度。根据美国植物食品控制官员协会（AAPFCO）的规定，为了有效地封存碳和改善土壤特性，生物炭的碳含量应至少为60%。在类似温度下产生的木质生物炭具有较高的碳含量和氧碳比，以及相对一致的pH值。有趣的是，由杨梅木材制成的生物炭pH值很低，除非基质的pH值很高，否则不适合用于AMLs（表1）。

明确生物炭产品品质、质量对快速了解生物炭的特性、化学成分以及生产的技术是至关重要的。建立健全生物炭质量的标准、指南和法规有助于了解不同级别的生物炭使用情况。最近，人们对生物炭用于植被生产和污染土壤修复的关注，已引起人们对在生物炭生产过程中使用不同原料的关注，并希望减轻潜在的土壤毒性问题。

人类与AMLs的交互作用越强，就越需要改善退化土壤，进行植被恢复，以减少土壤侵蚀，增加土壤有机质，防止土壤养分淋失。生物炭具有独特的特性，可用于多种环境管理应用，如污染物去除、减缓气候变化（碳封存）、土壤恢复、增加能源生产等，生物炭的理化性质（如pH值、电导率、低容重、保水能力）因不同类型的原材料而不同，但这些性质使其成为AMLs的一种有吸引力的改良剂。生物炭是一种可再生材料，对环境友好，生产成本低，在过去的10年里越来越多地用于污染物去除。生物炭可以单独使用，也可以作为混合产品用于多种用途，例如用于土壤改良（提高生产率和减少污染）、提高资源利用效率、修复土地质量、防止特定环境污染物，以及用于温室气体减排。生物炭也有利于高度风化或有机质缺乏的土壤，因为它可以改善土壤pH值并提供养分。生物炭可以取代商业活性炭，用于去除各种有机和无机污染物。与堆肥相比，硬木衍生的生物炭更有可能降低有机和无机污染物的生物利用率，特别是在降低水溶性Cd和Zn以及多环芳烃（PAH）基团的植物毒性浓度方面特别有效。

3.1 生物炭与重金属的相互作用

利用生物炭在AMLs上回收废石和矿山尾矿的过程相当复杂，因为使用的生物炭必须能够结合重金属或减少有毒物质，同时改善土壤条件，增加植物覆盖以防止侵蚀或淋滤。木质生物炭和其他来源的生物炭可以结合重金属（镍、镉、铅和铜），降低其生物利用性，其丰富的微孔结构、表面活性官能团等理化性质可以促进重金属的化学修饰。然而，生物炭在环境中固定化重金属的效果依据不同原料类型、生产方法和加工条件而有较大差异。生物炭质量、重金属生物有效性和植物吸收的差异降低了Cd、Pb、Cu和Zn在植物组织中的积累，并随土壤特征、生物炭类型、植物种类和金属污染物类型的变化而变化。

与污泥有关的有毒化学物质是另一个大问题，因为它们含有大量的重金属、毒素和病原体。但它也可以用来生产生物炭。以木材为基础的生物炭作为一种低成本的生物吸附剂是非常有效的，它可以从水中去除潜在的有毒元素。有研究从200℃到700℃制备了不同温度的纸浆和造纸厂废弃物生物炭，并对其重金属的生物利用性和生态毒性进行了风险分析，结果表明生物利用性和生态毒性都显著降低。因此，以木材为基础的废弃物的热解可以作为纸浆和造纸厂的一种处理方法，从而产生可以安全地应用于土壤的生物炭。

无机元素不易在环境中降解，木质生物炭可以在其表面保留复杂的金属离子，从而降低生物利用性，这表明需要生产具有较高的表面积和孔隙度的生物炭应用于AML场地。此外，在450℃下，硬木和软木材料混合产生的生物炭对三种植物在两种不同pH土壤中的重金属吸收具有拮抗作用，同时增加根系增殖能力。有研究指出，果园生物炭能减少尾砂中Cd、Pb、铊（Tl）和Zn浸出，有助于建立绿色覆盖层，具有矿山复垦的潜力。这对有大型采矿作业的州来说是很重要的，这表明被污染的土壤可以重新恢复应用于农业，产生正效益。在非常规能源生产废弃的井场，生物炭是增加土壤恢复和生态系统服务的一种方式，如改善水质和碳封存。使用木质生物炭的积极影响还包括提高土壤固定对植物有毒害的重金属的能力。

有几位作者曾指出，生物炭也含有有毒化合物和病原微生物，其类型取决于原料的性质、热解条件和炉膛停留时间。例如，有研究指出，城市生物固体可能是磷（P）、氮（N）、微量元素和有机质的重要来源，这些营养元素对土壤性质和作物产量水平有良好的影响。然而，生物固体可能含有多环芳烃等剧毒有机化合物。潜在有毒元素和病原微生物，可能限制其用于土壤施肥或退化的土壤复垦。一般来说，利用木本废弃物制成的生物炭的优点是重金属含量低，因为森林、入侵性木本灌木或果树通常生长在有毒污染物含量低的土壤上。尽管如此，如果从受污染的土壤中收获树木，然后转化为生物炭，这种情况可能会改变。

有学者指出，由于生物炭具有较高的吸附能力，它可以防止硝酸盐、磷酸盐等离子溶质等化合物浸出到地下水或溪流中。利用生物炭可以将植物养分（如钾、镁、钙、钠和磷）循环到土壤中，并对土壤和作物产生相应的效益。还应评估木材基生物炭的灰分组成，以检查有害重金属。

3.2 多环芳烃等有机污染物

通常，土壤中的多环芳烃化合物是工业活动的结果，如木材、煤炭和石油的燃烧或冶炼过程。这与生物炭类似——生物质经历了含碳的化合物的不完全燃烧，形成多环芳烃。然而，他们指出，多环芳烃和二恶英呋喃在生物炭中含量并不高，并不对人类健康或环境构成危害。通过对生物炭生产方法的研究发现，在最高处理温度、停留时间、载气流量和典型原料（小麦/油菜秸秆颗粒、软木颗粒）高度控制的热解条件下，PAHs污染最小。Sohi等人在研究了有限数量的生物炭样本后，也发现多环芳烃浓度未达到环境风险水平。但这也表明需要更系统地评价与燃烧有关的全部化学污染物和原料内的有毒物质。通过对美国环保局认可的16种多环芳烃的生物炭分析，得出慢速热解和间歇式反应器对生物炭中的多环芳烃含量没有影响，而木质生物质热解得到的生物炭的多环芳烃含量明显低于秸秆生物质。此外，在污染场地，发现硬木生物炭可减少土壤中45%的多环芳烃积累。

考虑到木质生物炭的长期稳定性，需要确定单个土壤类型的安全施用率，以避免过度施用可能产生的不利影响。使用生物炭进行土壤修复具有明显的好处，但在可能种植野生动物饲料或作物的AML场所，限制多环芳烃含量是至关重要的，因为它们具致癌致畸致突变等风险。多环芳烃在食物链中的积累必须在土壤施用前解决。生物炭及土壤中多环芳烃含量的降低通常伴随着生物炭植物毒性和毒性的降低。田间条件下，土壤、根系分泌物和生物炭的相互作用可增强多环芳烃的消散，增强微生物多样性。利用生物炭提高土壤生产力，以满足未来全球营养需求，同时保持环境质量，这是全球的重要话题，了解其在农业、环境和工业部门的多功能作用是至关重要的。

全氟化合物和多氟化合物（PFCs）是在阻燃剂、表面活性剂和其他聚合物中发现的有机污染物。它们具有高持久性，高生物累积性等特点。在实验室吸附实验中，活性炭几乎能完全去除PFC，并能有效地结合土壤中的PFC。相比之下，从工厂废料或混合木材中制成的生物炭在结合PFC化合物方面效果较差。虽然未经处理的木质生物炭在吸附有机污染物方面通常是无效的，但这种类型的生物炭可以通过蒸汽活化来提高其有效性。此外，木质生物炭还含有一种非炭化成分，可与土壤污染物相互作用并有效结合。这些特性显示了生物炭作为一种有效的环境吸附剂的潜力。此外，在较高温度下产生的木质生物炭对土壤和水中有机污染物的修复表现出更高的吸附效率，这与生物炭的高表面积、微孔和离子有机物表面之间的静电吸引有关。

3.3 生物炭的健康问题及处理

除了生物炭中含有的化合物和潜在污染物外，在使用任何原料的生物炭时，还有一些环境因素需要考虑。例如，生产或应用过程中的粉尘排放可能是一个问题，因为生物炭的容重低，孔隙率高。有研究指出，生物炭的含尘量是一个负面特征，因为它在运输和应用过程中容易损失。这两个因素很容易解决，在运输过程中，或在使用过程中，将生物炭与水或堆肥混合即可。在耕作过程中，生物炭也可能因风蚀和水蚀而流失，因此，无论是将其捆绑在土壤中，还是与堆肥混合，都将有助于减少灰尘污染和水的运输。尽管一些作者指出，必须评估生物炭的生产方法、原料类型以及处理和储存方式，以便为有关人类健康风险的决策提供信息，但生物炭引起的健康风险尚未得到充分研究。在拥有完整森林地表的森林遗址中，一旦生物炭迁移到有机物中，灰尘和侵蚀的风险就会最小化。生物炭的应用方法有几种，如机械地通过播种机或手工使用动物和农业设备。这说明了有很多机会和方法来减少粉尘排放，包括将生物炭与其他农田堆肥材料、液体肥料或石灰结合起来。然而，也有学者建议在生物炭生产和应用过程中，操作人员和用户应佩戴防护口罩，避免接触小颗粒和粉尘。

另一个安全问题出现在处理生物炭时。生物炭冷却后是一种非常稳定的材料，但在储存过程中必须采取预防措施，防止自燃，避免火灾危险。建议在储存前从散装产品中去除粉尘大小的生物炭，并在储存前将其放置在露天干燥区域24小时。中等规模的木质生物炭可以在生产周期中淬火，从而降低燃烧的风险。在处理过程中减少粉尘的方法是使用绿叶或针叶作为粘合剂将生物炭造粒。这种方法还增加了可移植性和应用的方便性。学者研究表明，有必要更好地了解是什么造成了粉尘排放，以及土壤和生物炭的物理和化学性质的哪些组合可能产生有害后果。

原料的多样性、生产方法、后期处理，以及可能存在的重金属或其他污染物，指出了生物炭表征针对不同应用的必要性。生物炭特性的表征对于销售各种生物炭改良剂至关重要，对于优化其在特定应用（如AML恢复、农业生产）中功效至关重要。2012年，欧洲生物炭认证（EBC）发布了可持续生产生物炭的指导方针，使用基于科学的控制机制为消费者提供一致的生物炭质量，这些指导方针也允许生产者证明其产品符合明确的质量标准。这些指导方针是未来立法中最先进的知识转让基础的一部分。国际生物炭协会（IBI）已经出台生物炭材料可作为土壤修复剂的标准，以实现统一的产品质量，并通过向消费者提供定性和理化特性的信息来帮助生物炭行业。IBI发布这些标准作为其生物炭认证计划的基础。IBI和EBC指南都进行了比较，以确定两个标准之间的差异，并加强这两个机构之间的合作。

在美国，生物炭生产商必须遵守联邦和州的空气质量法规，以应对烟雾、颗粒物、多环芳烃和其他污染物。例如，1986年美国国会通过了《1986年应急规划和社区知情权法》（EPCRA），指导并规定了各级政府和行业在紧急规划和"社区知情权"下就危险和有毒化学品报告应遵循的要求。具体来说，《环境保护公约》第313条规定了有毒物质释放清单。该清单规定了650种有毒化学品的阈值，并提供了一个跟踪系统来管理那些对人类或环境构成威胁的化学品。这与生物炭生产设施有关，这些设施必须报告生物炭产品或生物炭产品的年度数量，但对于木质生物炭生产或产品来说，这并不是问题。

随着生物炭生产商参与美国农业部自愿生物参考计划，美国对生物炭的认识正在提高。该方案旨在增加生物产品的购买和使用，刺激经济发展，创造新的就业机会，为农产品提供新的市场，增加可再生农业资源的使用，并有助于减少对环境和健康的不利影响。此外，美国农业部将生物炭定义为土壤修复剂，其最低碳浓度阈值为25%，远低于AAPFCO 60%的阈值。这种较低的碳含量允许多种以木材为基础的生物炭生产方法，从小型窑炉到大型生物能源生产设施。生产商必须让有资格的、独立的实验室对其产品进行检测，并将检测结果直接提交给美国农业部进行认证。Draper还指出，《有机材料评论》（OMRI）将生物炭归入“灰分”或“木灰分”类别，这两种类别都包括作物肥料和土壤改良剂。OMRI标准还注重于安全性，并根据美国农业部有机堆肥的有机规定，专门对重金属（Cd、Pb和As）进行检测。

在前面对木质生物炭带来可能的利益和风险的回顾中，使用生物炭修复AMLs有哪些机遇呢？废弃矿区是指“那些被矿石和矿物（包括磷酸盐，但不包括煤）的开采、选矿或加工所污染或留下痕迹的土地、水域和周围水域”。废弃矿区还包括采矿或加工活动“暂时停止”的区域。

AMLs的恢复很重要，因为矿山废弃地通常含有残留的重金属（如Cd、Cr、Cu和Zn）、硫化物矿物（如FeS和CuS）或有机污染物。这些污染物会对水、野生动物和人类产生各种影响。本地木质生物炭应用于AMLs具有固定重金属、降低生物利用性、提高保水能力和保水质量、减少土壤侵蚀和促进植被建设的潜力。此外，施用于场地的木质生物炭，无论是否含有重金属，都可以改善植物种植的土壤条件，进一步降低土壤风蚀和水蚀的风险。两种木质生物炭原料降低了矿区土壤重金属生物有效性，增加生物炭用量导致土壤pH值增加，金属生物利用性下降55%至100%（即已经低于检测限）。

5.1 木质生物炭应用恢复策略

考虑到美国有大量受重金属污染的厂区面积，修复AML面临的挑战可以通过使用生物炭来解决。我们已经注意到木质生物炭可以恢复土壤质量，结合重金属，减少有机污染物。表2举例说明了木基生物炭单独或与其他有机改良剂联合用于AMLs土壤恢复的几个例子。所有的试验都有一个长期的目标，那就是建立多种多样的木本灌木和乔木。每个AML都是土壤、腐生物、岩石和污染物的独特组合，这对恢复生态和水文土壤功能并不一定有很好的效果。其他一些相关的技术难题主要是传统复垦做法的高成本问题。使用木质生物炭对AML修复的主要优势是低成本，取材方便，在土壤中稳定，改善土壤物理、化学、水文和生物特性，提高水和土壤质量，以及改善野生动物的栖息环境，增强碳的固持和封存等其它相关的生态系统服务效益。

5.2 非受污染的土壤

许多AMLs没有受到污染，但也没有植物生长，这要么是由于侵蚀造成的土壤细粒流失，要么是由于河道疏浚后留下的岩石过多。在AMLs中，在岩石桩上搭建有机物是播种或生长植被的关键。此外，生物炭在森林场地的应用不应破坏完整的地表有机层。在美国西部的一系列田间试验中，特别是在22Mg/ha的施用量下，木材基生物炭通常能增加土壤水分。土壤含水量由2%增加到19%，这取决于土壤类型、生态系统和施用前土壤有机质含量。所获得的经验教训是：（1）木质原料提供了均匀的生物炭来源，但应对其pH值和其他物理和化学性质进行评估;（2）生物炭施用量在22 Mg/ha左右对改善土壤物理、化学和生物特性最有效;（3）利用现有的设备（如测距耙、拖拉机），生物炭应用于测距和矿区相对容易，但在森林地区，使用生物炭撒布机效率更高。通常，与种植植物的土壤相比，矿区土壤几乎没有有机物质，因此生物炭的添加可能不得不连续添加以保证恢复土壤肥力。

低（或无）价值的木材废弃物被用于制造生物炭，并在荒地火灾高危地区促进森林可持续管理（图1）。除了可持续地减少过剩森林中的树木体积外，生物炭还有很多潜在用途（如废物管理、可再生能源、碳汇、减少温室气体排放、提高作物生产力），但抗土壤退化是一个非常重要的应用。废弃矿址的生长条件通常非常极端，限制植物生长，添加生物炭和其他修正物可以成为有效的恢复工具。此外，生物炭碳封存作用使碳减少，因此，可用于从大气中去除二氧化碳，对减缓气候变化具有潜在的重大影响。

历史上，森林恢复活动产生的木质生物质的利用一直受到与采伐、加工和运输相关的高成本的限制，而其作为热能和电力燃料的价值较低。尽管人们对回收利用的兴趣越来越大，开采材料的成本往往超过其市场价值，导致材料“搁浅”。回收砍伐已经死亡和垂死的树木所产生的生物量也是如此。由于受到树皮甲虫、其相关染色真菌和其他相关的破坏木材的昆虫和真菌的破坏，这些木材的价值低于绿色木材。在死林中进行森林作业的成本往往更高，这进一步缩小了利润率。因此，土地管理人员往往被迫堆积和燃烧生物量，导致环境破坏、空气质量退化和人类健康风险。劈柴堆中燃烧木质生物质会导致CO2和颗粒物排放增加，如果木桩较大，则会对土壤产生长期的负面影响，或者木材腐烂从而产生CO2排放。将这些“废”木材转化为生物炭，提供了一种长期封存碳的方法，也提供了一个创收的机会（图1）。在联邦、州、部落和工业森林的土地上，有许多机会使用非商品化木材来生产生物炭，并将其用于当地的AMLs。目前，间伐作业遗留下来的非商品化的木质残渣增加了大量的生物量，这种物质可以有效地转化为生物能源、生物炭和其他副产品，如生物油。常规或快速热解是一种好的热解方式，但新的小型（如移动窑、垛式斜井桩）或中等规模（如移动热解装置、改进的气幕燃烧器）生产系统可以现场使用。这种可能性具有本地生产的优势，可以降低到本地AMLs的运输成本（图1）。

为了达到更好的修复效果，生物炭应该定期使用。生物炭具有良好的特性，可以作为一种安全的土壤改良剂和长期储存碳，同时还可以改善土壤特性。使用生物炭作为AML修复工具的一个优点是，与其他修复技术相比，它是一种更稳定的碳形式。许多土壤改良剂，如造纸厂的污泥、生物固体、肥料或堆肥，其缺点是不具有很强的抵抗性，并在土壤剖面中持续时间很短。生物炭的优点是在土壤中可停留几百到几千年。

我们需要多少生物炭来恢复AML？每英亩生物炭和木片的施用量因场地条件而异，但有研究表明，20 Mg ha−1的生物炭施用量2年后开始有效果。一些作者已经指出了木质生物炭对植被覆盖和改善土壤性质的好处（表2）。此外，除其他环境效益外，还增加了生物可利用金属的保留率和减少了毒性。如果AML恢复的一个目标是将土壤碳从无菌、非含矿材料中接近于零的水平提高到接近正常水平，那么所需的生物炭量可能超过60Mg ha−1。生物炭的另一个关键好处是，它可以降低土壤的容重，因此，可以有效地改善天然气和石油垫块。

尽管人们对利用木质生物炭进行AML修复已经有了相当多的了解，但随着这项工作的推进，仍有研究需求需要解决。例如，应检查当地的微型和大型动物对生物炭添加物、颗粒大小和生产方法的耐受性。此外，对于AML恢复后无脊椎动物的反应，或者生物炭是否只是稀释了受污染的基质，从而导致结果降低，我们知之甚少。未来的长期研究工作将检查生态、水文和土壤特定的反应，这将有助于我们不断增长的关于基于木材的生物炭的数据库。

在美国，基于木材的生物炭已被证明可以恢复AMLs，因为它对矿井具有潜在的环境效益，并有可能减少野外火灾的风险。然而，从事AML修复工作的专业人士此前对其使用表示担忧，因为他们对木质生物炭及其在降低重金属可获得性、植物吸收、环境应用、健康问题、法规和标准化以及应用率方面的潜力缺乏了解。本文献综述旨在解决这些问题，并提供关于木质生物炭的潜力以及用于修复AMLs的其它信息。

本篇文章的亮点是：

• 木质生物炭的特性因原料种类、生产方法和加工条件的不同而不同。

• 木质生物炭含有较低或不含多环芳烃或二恶英/呋喃污染物，如果存在，其含量通常低于法律规定的安全水平。正常操作条件下产生的与生物炭有关的多环芳烃和二恶英/呋喃不太可能影响人类健康或对环境造成危害。

• 木质生物炭在解决土壤、水和气体介质中污染物的修复等几个环境问题方面具有重大潜力。这可以改善土壤、水和空气质量、碳封存和土壤温室气体排放。应用于AMLs可降低重金属的生物利用率，提高土壤持水能力和水质，减少土壤侵蚀，促进植被建立。

• 将木质生物炭与其它堆肥，液体肥料或石灰混合使用有助于降低总体成本，并最大程度地减少粉尘排放的可能性。

• 已经实施了标准，生物炭的认证以及诸如USDA BioPreferred计划之类的支持程序，以实现更一致的产品质量水平。制定法规以确保报告了与生物炭有关的所列有毒化学物质。

• 木质生物炭的结果取决于土壤性质、生物炭类型、植物种类和金属污染物。利用木屑制备的木基生物炭可以结合金属，降低污染物的流动性和生物有效性，刺激微生物活性，促进土壤恢复肥力。