生物質(zhì)炭的施用還可以加深土壤顏色,增強土壤吸熱能力,從而提高土壤溫度。大部分生物質(zhì)炭含有大量的灰分元素而呈堿性,作為土壤改良劑施用后,可以降低土壤氫離子和交換性陽離子水平,從而提高土壤pH值,其效果因生物質(zhì)炭本身的酸堿度和土壤pH緩沖能力而異。生物質(zhì)炭對土壤CEC的改變程度往往受到土壤類型、生物質(zhì)炭性質(zhì)及其在土壤中存在時間長短的影響。生物質(zhì)炭的施用不僅能夠影響土壤中碳氮的循環(huán)過程,而且會對土壤中其他營養(yǎng)元素的狀態(tài)產(chǎn)生作用。研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭本身即含有大量的磷素組分,并且有效性較高,輸入土壤后可以增加有效磷的含量。以往研究還表明,生物質(zhì)炭的施用可以增加土壤中K、Ca和Mg等鹽基離子的含量。生物質(zhì)炭含有一定量的有毒化合物(酚類),能抑制微生物對有機碳的分解活性。云南定制生物質(zhì)炭豐度控制
生物質(zhì)炭是作物秸稈、果木修剪枝條、農(nóng)產(chǎn)品下腳料、動物糞便等各種來源的廢棄生物質(zhì)在厭氧環(huán)境下發(fā)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(zhì)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(fā)現(xiàn)。南美洲的亞馬孫河流域是世界上比較大的熱帶雨林區(qū),因高溫多雨,該地區(qū)土壤有機質(zhì)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(qū),零星分布著非常肥沃的土壤,當?shù)厝朔Q這種土壤為Terra Preta。科學家研究發(fā)現(xiàn),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?shù)卦∶駥⒅脖婚_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(nóng)業(yè)生物質(zhì)炭研究的序幕。2009年,《生物質(zhì)炭與環(huán)境管理:科學與技術》一書問世。科學家們總結了生物質(zhì)炭制備方法、性質(zhì)、功能及土壤和環(huán)境應用效果等,并描繪出了生物質(zhì)炭產(chǎn)業(yè)的美好藍圖。蘆葦生物質(zhì)炭功能是什么生物質(zhì)炭可以去除環(huán)境中的污染物,還可以吸附游離碳和氮化合物,減少生物質(zhì)在轉化過程中溫室氣體的排放。
生物質(zhì)炭是一種多孔質(zhì)炭材料,外觀黑色,形狀主要有粉狀和顆粒狀。生物質(zhì)炭根據(jù)原料來源不同,可以分為木炭、稻殼炭、秸稈炭等。秸稈炭理化特性:每千克炭中合鉀53g、氮4.3g、磷2.6g、鎂3.52g、微量元素銅0.015g、鐵0.58g、鋅O.11g,比表面積171m2/g。生物質(zhì)炭具有發(fā)達的孔隙結構,較大的比表面積,特異的表面官能團,穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì),能耐酸堿,能經(jīng)受水濕、高溫及高壓,特別是制成活性炭后,是優(yōu)良的吸附、凈化材料、也可以作為催化劑或催化劑載體。生物質(zhì)炭的制備方法簡單多樣,包括高溫熱解、水熱碳化、傳統(tǒng)碳化等類型。制備場地也靈活多樣,從大型工業(yè)到小型家庭規(guī)模,甚至在農(nóng)田場地都可以制得。因此,其在應用和推廣方面具有優(yōu)勢。不過,目前生物質(zhì)炭的有效性取決于其物理和化學特性,而這些特性受到廢棄物本身的可利用性和生產(chǎn)加工制造等因素的影響,對其機理還需進一步系統(tǒng)研究。
生物炭具有高的吸附能力。生物炭的孔隙結構能降低土壤容重、降低土壤密度,生物炭具有較大的比表面積和較高表面能,有結合重金屬離子的強烈傾向,因此能夠較好地去除溶液和鈍化土壤中的重金屬。李力等的鎘去除實驗中BC350和BC700兩種玉米生物炭的比表面積分別為7.72m2/g和120m2/g,結果顯示BC700對Cd(Ⅱ)的吸附容量大于BC350,解吸率遠小于BC350,吸附效果更好;劉玉學等研究比表面積為81.8m2/g、總孔容積為0.080cm3/g的稻稈炭和比表面積189.6m2/g、總孔容積為0.175cm3/g的竹炭對小青菜及其土壤的影響,結果顯示生物炭的施入能降低土壤容重。生物質(zhì)炭具有高度穩(wěn)定性和較強的吸附性能。
廢棄物生物質(zhì)炭化利用過程將一大部分綠色植物光合產(chǎn)物碳以生物質(zhì)炭的形式固定下來,與直接燃燒或還田相比,有機碳的周轉時間大幅度延長,將大氣二氧化碳更長時間地封存于土壤。有研究表明,生物質(zhì)炭穩(wěn)定性強,在土壤中至少存留幾百年。其次,生物質(zhì)炭化過程還回收利用了有機質(zhì)中大部分的養(yǎng)分資源和一部分能量,既節(jié)約了能源,又減少了化學肥料施用,進而減少了化學肥料生產(chǎn)過程中的溫室氣體排放。第三,生物質(zhì)炭施用后還能減少農(nóng)田溫室氣體直接排放。對多個田間試驗的數(shù)據(jù)整合分析發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭施用后農(nóng)田氧化亞氮和稻田甲烷排放分別降低13.6%和15.2%,每生產(chǎn)1千克谷物溫室氣體排放量減少3.5千克二氧化碳當量。按照2018年全國糧食產(chǎn)量6.58億噸計,生物質(zhì)炭施用當年全國溫室氣體排放可減少23億噸二氧化碳當量。因此,生物質(zhì)炭農(nóng)業(yè)應用的碳中和潛力巨大。生物炭富含微孔,不但可以補充土壤的有機物含量,還可以有效地保存水分和養(yǎng)料,提高土壤肥力。內(nèi)蒙古油菜生物質(zhì)炭怎么培養(yǎng)
13C標記生物炭研究表明生物炭的固碳潛力由生物炭穩(wěn)定性及其引起的激發(fā)效應決定。云南定制生物質(zhì)炭豐度控制
生物炭幾乎是純碳,埋到地下后可以有幾百至上千年不會消失,等于把碳封存進了土壤。生物炭富含微孔,不但可以補充土壤的有機物含量,還可以有效地保存水分和養(yǎng)料,提高土壤肥力。事實上,之所以肥沃的土壤大都呈現(xiàn)黑色,就是因為含碳量高的緣故。研究人員也表示,生物炭也能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率,減少對碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞結構十分容易聚集營養(yǎng)物質(zhì)和有益微生物,從而使土壤變得肥沃,利于植物生長,實現(xiàn)增產(chǎn)的同時讓農(nóng)業(yè)更具持續(xù)性。更妙的是,它把碳鎖定在生物群內(nèi),而非讓它排放到空氣中。云南定制生物質(zhì)炭豐度控制