作为可再生能源，有着较好的农学和环境效应，是环境学、农学、能源学等多种学科的研究热点。生物炭具有孔隙度高、比表面积大、多显碱性等特点，其作用和重要性为：将生物炭施于土壤中，能够增强土壤吸附能力，缓解土壤重金属和有机污染；提高土壤有机碳和全氮含量；减少温室气体排放和减缓气候变暖。因此，生物炭在改良土壤肥力、减缓气候变化、缓解和修复环境污染以及保障粮食安全和能源安全等方面均具有重要意义。
玉米是东北黑土区最主要的粮食作物之一，每年产生大量的秸秆废弃物，如果焚烧会带来很多环境问题。近些年，农业秸秆的炭化技术有了很大地提高，国内外产生了各种类型炭化炉的很多专利。但是，这些技术只适合大规模制备生物炭，应用到野外田间试验中，科学研究中如果需要少量特殊（如13C或15N标记）生物炭，学者一般在实验室采用马弗炉来制备。马弗炉具有成本低、操作简单的优点。然而，由于不能严格控制氧气，马弗炉制备生物炭的效果有时候并不稳定，甚至会发生试验材料被烧成灰而没有成炭的现象。很多学者利用了马弗炉制备的生物炭做了试验，但很少有描述制备过程中的细节和提出要注意的问题。因此，总结一套马弗炉制备生物炭的经验，对没有经验的学者具有很强的指导意义。
此外，很多研究表明，制备条件（如热解温度、时间等）对生物炭的性质影响很大，这会极大地影响它们在农业和环境上的使用效果。因此，本研究将玉米秸秆放在马弗炉中制备生物炭，旨在探索热解温度和时间对生物炭的碳和氮性质的影响，并提出马弗炉制备生物炭时需要注意的一些事项。
1 材3.1热解温度和时间对生物炭产率的影响生物炭产率是生物炭制备效率的关键参数。本研究采用玉米秸秆在马弗炉中制备生物炭，热解温度为400~600℃，热解时间为2~8h，生物炭产率为11.2%~32.1%。这与多数马弗炉热解研究中的生物炭产率相当。例分别将玉米秸秆、小麦秸秆、青草、猪粪、蛋壳、污泥放在马弗炉中热解，温度为350℃，稳定时间为4h时，生物炭产率分别为36.3%，45.0%，22.3%，47.9%，55.7%，44.0%。将水稻秸秆放在马弗炉中，热解温度为300~700℃，热解时间设为3h时，生物炭产率为17.1%~38.2%。此外，本研究中，马弗炉的生物炭产率与炭化炉的结果也相当。这些研究中生物炭产率与本研究的差异可能是因为制备生物炭所用的生物质材料不同导致的，不同生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量不同，而这些化合物热解后的产物差异很大，木质素热解主要生成焦炭，纤维素热解主要生成挥发性成分，因此，纤维素较低、木质素较高的生物质能得到较高的生物炭产率。
对马弗炉制备生物炭的建议在实验室利用马弗炉来制备生物炭是一套简易制备的方法。但是，马弗炉在制备时不能绝对隔绝空气，所以在制备生物炭时，生物炭产率经常会很低，生物质材料甚至可能全部烧成了灰。起初尝试将热解后的生物炭迅速放到真空干燥器中，抽真空冷却到室温。但是，效果并没有明显改善，当采用高温烧制的时候，依旧出现大量灰化物。原因是当坩埚从高温的马弗炉中取出时已经接触到了冷空气，所以抽真空这一过程就失去了意义。后来，为了隔绝氧气，采用锡箔纸包裹坩埚后再放入马弗炉中烧制，制备效果不错，生物炭产率能稳定下来。但是当热解温度达到700℃以上时，生物炭产率大大降低，经常全部烧成了灰。
因此，本研究对马弗炉制备生物炭的建议为：
（1）烧制生物炭时，使用锡箔纸包裹坩埚外壁，可以防止秸秆被烧成灰，使生物炭的产率保持稳定，但是锡箔纸不可重复使用；
（2）热解温度不要超过700℃，当超过700℃时，部分秸秆会被烧成灰，生物炭的产率很低；
（3）烧制结束后，关闭马弗炉电源，待炉内温度降低后，再打开炉门，这样可以避免高温生物炭与冷空气的接触。
