生物質炭是作物秸稈、果木修剪枝條、農產品下腳料、動物糞便等各種來源的廢棄生物質在厭氧環境下發生熱解反應生成的黑色固體。早在2006年,科學家提出將生物質炭施于土壤,以提高土壤肥力。這一思想源于亞馬孫河流域黑色肥沃土壤的發現。南美洲的亞馬孫河流域是世界上比較大的熱帶雨林區,因高溫多雨,該地區土壤有機質分解快,導致土壤快速退化而貧瘠。但就是在這樣一個土地貧瘠的地區,零星分布著非常肥沃的土壤,當地人稱這種土壤為Terra Preta。科學家研究發現,這種肥沃土壤的特征是存在大量的黑色炭顆粒[1]。土壤中的黑色炭顆粒是2500多年以前當地原住民將植被開墾后的林木廢棄物土法炭化后混入土壤中的。21世紀以來,全球掀起了對這種人為黑色肥沃土壤的研究熱潮,也拉開了農業生物質炭研究的序幕。2009年,《生物質炭與環境管理:科學與技術》一書問世。科學家們總結了生物質炭制備方法、性質、功能及土壤和環境應用效果等,并描繪出了生物質炭產業的美好藍圖。我們的生物質炭產品可以用于土壤修復、土壤培肥等項目,幫助改善土壤環境質量。青海小麥生物質炭技術的應用
生物質炭可以提供養分:生物炭作為土壤腐殖質中高度芳香化結構組分的來源,不僅能穩定土壤有機碳庫,而且能夠吸收溫室氣體二氧化碳,增加土壤活性有機碳源,促進農作物對碳的轉化吸收。生物炭的灰分主要是硅、鉀、鈣、鎂、磷、鈉等元素,還有硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬等微量元素,雖然不能滿足農作物生長需要,但具有無機養分仿生化、平衡化的特點,可以為農作物提供的養分,既是化學肥料的補充,減少化肥使用量,又能提供農作物必須的、而普通復合化肥無法提供的微量元素,對農業平衡施肥、增產增收和保證作物品質具有重要作用。寧夏玉米生物質炭哪里有賣的生物質炭對土壤碳庫的影響除了其本身保留的碳外,還包括其對土壤原有機碳分解增加或減少的量。
熱解過程中,生物質原料的結構基本印記在了生物炭中,對生物炭的物理化學性質具有決定性影響。生物質熱解過程中,質量損失(大部分以揮發有機物的形式)及不相稱的收縮或體積減少的發生,導致礦物及碳骨架形成,并且保留了原料的基本孔隙和結構特征。生物炭的孔一般按直徑大小分為大孔(ID>50nm)、中孔(2nm<ID<50nm)和微孔(ID<2nm)。生物炭中保留的植物生物質原料的蜂窩狀結構構成了其主要的大孔。微孔主要由熱解過程中碳的損失及碳架的斷裂收縮形成。雖然大孔可能會作為微孔的前體,但是微孔貢獻了生物炭的大部分比表面積,微孔的含量與比表面積呈正相關。
生物質炭不僅是含碳量豐富的穩定物質,而且具有多孔結構、容重小、比表面積大和吸附能力強等特性,在自然條件下通常呈堿性。由于生物質炭的容重遠低于礦質土壤,其添加往往可以降低土壤的容重。生物質炭的孔隙分布、顆粒大小以及在土壤中的移動都可以影響土壤孔隙結構,其多孔結構使表層土壤孔隙度增加,進而促進微生物的活動和植物根系的生長。生物質炭可以吸附和保持土壤水分,增強水分的滲透性;其對土壤孔徑和分布的改變,可以影響土壤水分的滲濾模式、停留時間和流動路徑。生物質炭的添加不僅有利于土壤團聚結構的改善和穩定,其自身也因團聚體的物理保護作用而得以在土壤中長期存留。生物質炭具有高度穩定性和較強的吸附性能。
我國農業面臨土壤肥力低、化肥農藥施用量大、土地退化普遍,以及農業廢棄物資源化利用難等問題,實現農業碳中和充滿挑戰。我們提出了基于作物秸稈熱裂解的生物質炭科技與工程構想,作為我國農業實現綠色和可持續發展的新途徑[3]。2017年,秸稈炭化還田被列入國家秸稈處理模式之一。2020—2021連續兩年,秸稈炭化還田入圍農業農村部重大性技術榜單。十多年的實踐證明,生物質炭化還田是實現土壤改良、農業增產、農民增收、食物質量與環境友好的綠色農業科技,能夠服務于國家農業可持續發展戰略。至此,生物質炭基農業進入了全球視野。生物炭多孔狀、容重低、粘性小,能夠降低粘質土壤的容重和硬度,改善土壤板結,提高土壤的透氣性。吉林水稻生物質炭功能是什么
生物質炭在酸性土中能提高土壤pH,降低鋁毒。青海小麥生物質炭技術的應用
生物炭的pH一般呈堿性,Balwant等研究發現,生物炭pH介于6.93~10.26范圍之間,也有研究報道可以制備pH介于4~12之間的生物炭。生物炭中無機礦物是造成生物炭pH偏堿的主要原因,生物炭的表面含氧官能團(如羧基和羥基)也可能對生物炭的pH有一定的貢獻。陽離子交換量(CEC)是反映生物炭表面負電荷的參數,也決定其在土壤中持留銨、鈣和鉀等陽離子的能力,生物炭CEC與其表面含氧官能團含量正相關。現有報道中生物炭的CEC差異很大,介于71mmol/kg和34cmol/kg。Balwant等認為生物炭的CEC介于71.0~451.5mmol/kg范圍之間。青海小麥生物質炭技術的應用