揭开“生物炭”的秘密——它将给农业和环境领域带来什么魔力？

　　近年来，生物炭已成为农业、林业、环境和能源等许多研究领域的焦点。它提出了废物生物质利用、生物能源生产、土壤改良和施肥、肥料创新、温室气体减排等综合解决方案。

　　什么是生物炭?生物炭是生物有机材料(也称为生物质)在无氧或低氧环境中低温热解的固体产物[1]。与传统工艺生产的黑碳或粒状碳相比，现代热裂解工艺生产的碳通常是粉状颗粒。

　　生物炭在环境领域的应用

　　化石燃料的人为排放是造成温室效应的最重要因素，因此减少化石能源的使用显然是当务之急。然而，由于一些排放是不可避免的，如何从大气中吸收二氧化碳并妥善储存已成为全世界需要认真考虑的问题。

　　碳封存还需要考虑许多问题。首先，二氧化碳的净回收率必须是长期的、大的。这里必须强调，森林不是长期的碳汇。成熟的森林最终会释放出与其吸收的二氧化碳一样多的二氧化碳。其次，这个过程必须稳定可靠，必须考虑大规模泄漏的风险。在其他储存方法中，储存的碳可能会被释放，例如森林火灾、将免耕改为传统耕作或地质储存碳泄漏。生物炭是近年来能够满足长期大量CO2净回收的安全可靠技术之一。

　　Terra Preta土壤和土壤黑碳研究表明[2]，生物炭可以在土壤中保持数百至数千年，生物炭是一种稳定的固碳载体。康奈尔大学教授莱曼曾在《自然》杂志上写道，植物通过光合作用吸收二氧化碳，合成并转化为碳水化合物储存在植物体内，然后在厌氧或缺氧条件下热解这些植物。碳化后获得的生物炭可以重新应用并储存在土壤中，以达到固碳的目的。他乐观地估计，生物炭每年可以吸收多达10亿吨的温室气体[3]。

　　[注1]零废物生物炭作为可持续发展的碳中和的工具

　　[注1]零废物生物炭作为可持续发展的碳中和的工具

　　虽然生物能源可以减少对化石能源的依赖，但它只是一种碳中和的技术。通过生物光合作用固定大气CO2形成的生物有机物在转化为能源材料使用后仍会将CO2释放到大气中，耕地作物生产的食物将用于形成生物能源，这可能会危及粮食安全。然而，生物炭技术没有上述风险。生物炭可作为土壤调理剂回归农田，可有效改善土壤理化性质和微生态环境，修复受污染土壤，提高土壤生产力、作物产量和质量。这种“取之于农，用之于农”的循环经济模式有利于促进农业的可持续发展。

　　生物炭在农业中的应用

　　早在19世纪，生活在亚马逊河流域的人们就发现了一种特殊的“黑土”，并开始将其用于农业。当地人称之为“印度黑土”[4]。这种土壤含有丰富的生物炭和其他有机物质，具有很强的恢复土壤生产力的能力，这也是生物炭最早的应用。

　　现代研究证明，生物炭在农业上有许多用途[5]。

　　生物炭富含有机碳，可以增加土壤有机碳的含量，以及土壤有机质或腐殖质的含量，从而提高土壤的养分吸收能力。

　　大多数生物炭是碱性的，或具有较大的石灰当量值，可以用作石灰的替代品。它可以通过增加土壤碱饱和度和消耗土壤质子来改善酸性土壤的pH值。因此，它可以提高酸性土壤中某些养分的有效性。

　　生物炭具有一定的吸水能力，特别是氧化生物炭可以提高沙质土壤的持水能力，从而提高土壤的持水量。

　　生物炭具有较高的吸附能力、土壤阳离子交换能力和化学反应性。因此，它可以作为肥料的缓释载体，可以延缓肥料养分在土壤中的释放，减少肥料养分的流失和固定，提高肥料养分的利用率。

　　生物炭的孔隙结构及其对水和肥料的吸附使其成为土壤微生物的良好栖息地