区别于生活和环境用途的木炭和活性炭,农业废弃物生物质炭的功能是施用于土壤,提升耕地质量。生物质炭农业应用经历了直接施用和炭基肥施用两个重要阶段。将生物质炭直接施用到农田土壤中,可改良土壤结构,增加土壤孔隙度、降低容重、增强保水性能等,进而提高土壤肥力水平和作物产量[4]。但对生产者来说,经济效益是生物质炭应用的关键,价格因素是限制生物质炭大范围推广应用的主要原因。因技术和生产规模所限,当前生物质炭价格普遍在2000~3000元/吨。如果每亩粮食生产施用1吨生物质炭,数千元的成本让农民难以接受。目前,直接施用生物质炭于经济作物(例如人参、三七等中药材和大蒜、山药等)生产中。因此,只有降低施用成本,才能发挥生物质炭的土壤改良与固碳效益。生物质炭具有多孔结构,提供了大量的吸附位点,能够高效吸附重金属离子。广东科研用生物质炭
生物质是一个的概念。所有的直接或间接利用绿色植物光合作用获得的有机质都称为生物质,包括植物、动物、微生物,以及它们所产生的废弃物,如动物粪便等。由于生物质是含碳的有机质,因此理论上所有的生物质都可以作为制备活性炭的材料。然而考虑到成本与储量,以农林废弃物为的木质纤维素是较为理想的活性炭原料。生物质原料的组分和结构对活性炭的性能有较大影响,目前椰壳、核桃壳、松子壳等果壳原料,在制备高比表面积的活性炭方面已经取得了很好的效果。但毕竟这些果壳的储量很有限。因此,我们团队一直在尝试使用来源更的生物质制备活性炭,如秸秆、木屑、污泥、废弃蔬菜等来自农业、林业以及城市的废弃物。据统计,单就秸秆而言,我国每年产生的秸秆量就超过11亿吨,因此生物质制备活性炭具有巨大的潜力。西藏油菜生物质炭生物质炭对土壤碳库的影响除了其本身保留的碳外,还包括其对土壤原有机碳分解增加或减少的量。
我国农业面临土壤肥力低、化肥农药施用量大、土地退化普遍,以及农业废弃物资源化利用难等问题,实现农业碳中和充满挑战。我们提出了基于作物秸秆热裂解的生物质炭科技与工程构想,作为我国农业实现绿色和可持续发展的新途径[3]。2017年,秸秆炭化还田被列入国家秸秆处理模式之一。2020—2021连续两年,秸秆炭化还田入围农业农村部重大性技术榜单。十多年的实践证明,生物质炭化还田是实现土壤改良、农业增产、农民增收、食物质量与环境友好的绿色农业科技,能够服务于国家农业可持续发展战略。至此,生物质炭基农业进入了全球视野。
生物质炭对作物产量的影响机制主要包括以下3个方面:(1)pH效应,生物质炭在酸性土中可以提高土壤pH,降低铝毒;(2)养分效应,生物质炭本身含有一些可利用的矿质养分如P、K、Ca、Mg,能增加土壤肥力和作物养分吸收;(3)结构效应,生物质炭本身具有多孔结构,可以极大缓解土壤压实,增加田间持水率,从而利于作物根系的下扎和对水分的吸收。同时,生物质炭具有较大的比表面积,并含有带负电的官能团,能有效提高低CEC土壤的保肥性。生物质炭可以去除环境中的污染物,还可以吸附游离碳和氮化合物,减少生物质在转化过程中温室气体的排放。
生物质炭可以提高肥效:生物炭的多孔性、高比表面积、高吸附性和高阳离子交换量,不仅能够吸持有机质养分,而且还可吸持氮、磷、钾等无机养分,能够控制养分缓慢释放,避免养分的挥发和流失,提高肥料的使用效率,节约施肥量。我国化肥平均有效利用率不到30%,肥料有效成分的流失,每年折合人民币高达1000多亿元,并且肥料有效利用率呈逐年下降趋势:上世纪90年代,氮磷钾的利用率分别是30-35%、15-20%和35-40%,而进入本世纪近几年,大田作物氮磷钾的有效利用率分别是21-28%、8-13%和25-30%,肥料浪费愈发严重,既制约了农业增产和农民增收,又污染了环境。全国地表和地下水总氮和总磷污染来源,农业贡献分别是57.2%和67.3%,形势非常严峻。利用生物炭与其它化肥复合生产缓控释肥料,可以提高有效利用率1倍以上,对农业节约投入、增产增收和环境保护具有重要意义。生物质炭(Biochar)是一种作为土壤改良剂的木炭,能帮助植物生长,可应用于农业用途和碳收集及储存使用。海南芦苇生物质炭用途是什么
生物炭多孔状、容重低、粘性小,能够降低粘质土壤的容重和硬度,改善土壤板结,提高土壤的透气性。广东科研用生物质炭
生物炭的pH一般呈碱性,Balwant等研究发现,生物炭pH介于6.93~10.26范围之间,也有研究报道可以制备pH介于4~12之间的生物炭。生物炭中无机矿物是造成生物炭pH偏碱的主要原因,生物炭的表面含氧官能团(如羧基和羟基)也可能对生物炭的pH有一定的贡献。阳离子交换量(CEC)是反映生物炭表面负电荷的参数,也决定其在土壤中持留铵、钙和钾等阳离子的能力,生物炭CEC与其表面含氧官能团含量正相关。现有报道中生物炭的CEC差异很大,介于71mmol/kg和34cmol/kg。Balwant等认为生物炭的CEC介于71.0~451.5mmol/kg范围之间。广东科研用生物质炭