生物质(秸秆和枯枝落叶等)利用是长久而不竭的主题。我国每年生物质产量约为7亿吨,并随产量增加而有增加趋势。远在西周时期(公元前11世纪至公元前8世纪),中国农民就从实践中逐步认识到将杂草、秸秆和枯枝落叶燃烧成草木灰还田有利于作物的生长;14世纪初叶,王祯在《农书.粪壤篇》中把草木灰列为一大类农家肥料。北魏时期,贾思勰在《齐民要术》(约成书于公元533年至544年)中就提到用松制墨(炭黑)的方法和炭黑性质。在我国农田、草地和森林,经常可以看到没有分解的火烧黑色物质-生物炭。从2005年开始,随着巴西亚马逊流域考古发现一种黑色土壤,被称为黑土((blackearths,或terrapretadeindio(葡萄牙语)比周围黄色土壤具有更高的碳含量和产量,激起了人们利用生物炭储存碳和提高土壤生产力的兴趣。目前制备生物炭的原料有秸秆、枯枝落叶、畜禽粪便、骨头、和污泥等。制备方法有无氧裂解法、半无氧裂解法、土窑法、燃烧淋水法、燃烧掩土法、土坑法等。制备温度从200℃到1000℃,大多集中在300-600℃。生物质炭由生物质在缺氧条件下经过高温转化而成,是一种富含碳素的多孔固体颗粒物质。云南玉米生物质炭技术的应用
生物质炭对土壤有机碳分解产生负激发效应的机制包括:(1)生物质炭中含有一定量的可利用有机碳成分,微生物可能会优先利用这部分碳,从而减少了对原有机碳的分解;(2)生物质炭含有一定量的有毒化合物(酚类),能抑制微生物对有机碳的分解活性;(3)生物质炭丰富的孔隙结构和比表面积对土壤有机质具有包裹和吸附作用,可能会隔离微生物及其产生的胞外酶与受保护的有机碳的接触,从而降低有机碳的分解;(4)生物质炭促进土壤有机-无机复合体的形成,从而增强土壤有机质的稳定性。而生物质炭对土壤有机碳分解产生正激发效应的原因可能是由于生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境,从而增加微生物的数量和活性,促进其对土壤有机碳的矿化分解。西藏生物质炭怎么培养生物质炭措施对于粮食增产和固碳减排有一定的潜力,但需以清洁高效的生物质炭制备技术为前提。
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,作为一种土壤改良剂和植物生长促进剂,具备一定的激发效应。首先,生物质炭能够激发植物生长。通过改善土壤质地和结构,它为植物提供了理想的生长环境。它增加了土壤的保水性和通气性,为植物根系提供了更好的生长空间。同时,生物质炭中富含的有机物质能够分解为植物所需的养分,为植物的健康生长提供了持久的营养。其次,生物质炭能够激发土壤肥力。它具有出色的吸附性能,能够吸附和固定土壤中的养分,减少养分流失。这不仅提高了土壤肥力,还有助于保护环境。此外,生物质炭中的有机物质能够促进土壤微生物的活性,进一步提高土壤肥力。第三,生物质炭能够激发土壤微生物活性。它为微生物提供了一个理想的生长环境,增加了有益微生物的数量和活性。这对于土壤生态系统的平衡至关重要,能够促进土壤中的有机物分解和养分循环,进一步提高土壤的生物活性。,生物质炭能够激发碳循环。通过将大量的碳固定在土壤中,它能够减少二氧化碳的排放,对于缓解全球气候变化起到了积极的作用。生物质炭中含有一定量的可利用有机碳成分,微生物可能会优先利用这部分碳,从而减少了对原有机碳的分解。
生物炭(Biochar)是利用生物残体在缺氧的情况下,经高温慢热解(通常<700℃)产生的一类难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物[1]。生物炭多为颗粒细、质地较轻的黑色蓬松状固态物质,主要组成元素为碳、氢、氧、氮等,含碳量多在70%以上。生物炭可溶性极低,具有高度羧酸酯化和芳香化结构[2–3],其原料来源,农业废弃物如鸡粪、猪粪、木屑、秸秆以及工业有机废弃物、城市污泥等都可作为其原料[4]。生物炭原材料尺寸的大小会影响到生物炭产率,主要表现为尺寸增大生物炭产量随之增加。生物质炭的添加可以刺激土壤微生物活动,从而影响微生物群落的特性及代谢酶活性。北京科研用生物质炭培养方法
秸秆生物质炭可以改善土壤结构,提高土壤肥力,增加作物产量。云南玉米生物质炭技术的应用
生物质炭是作物秸秆、果木修剪枝条、农产品下脚料、动物粪便等各种来源的废弃生物质在厌氧环境下发生热解反应生成的黑色固体。早在2006年,科学家提出将生物质炭施于土壤,以提高土壤肥力。这一思想源于亚马孙河流域黑色肥沃土壤的发现。南美洲的亚马孙河流域是世界上比较大的热带雨林区,因高温多雨,该地区土壤有机质分解快,导致土壤快速退化而贫瘠。但就是在这样一个土地贫瘠的地区,零星分布着非常肥沃的土壤,当地人称这种土壤为Terra Preta。科学家研究发现,这种肥沃土壤的特征是存在大量的黑色炭颗粒[1]。土壤中的黑色炭颗粒是2500多年以前当地原住民将植被开垦后的林木废弃物土法炭化后混入土壤中的。21世纪以来,全球掀起了对这种人为黑色肥沃土壤的研究热潮,也拉开了农业生物质炭研究的序幕。2009年,《生物质炭与环境管理:科学与技术》一书问世。科学家们总结了生物质炭制备方法、性质、功能及土壤和环境应用效果等,并描绘出了生物质炭产业的美好蓝图。云南玉米生物质炭技术的应用