生物碳的“牛逼”是不是吹的？

昵称30625540 2017-08-26

展开全文

来源：百度文库农资导报有机肥农化大全综合编辑

☉生物碳—黑色黄金

生物碳质指生物质在缺氧条件下燃烧或热解产生的含碳物质,其中含有碳化组分(黑碳)和非碳化组分(天然有机质),其来源广泛(如秸秆焚烧和森林大火),大量积累于土壤等环境,对土壤中有机污染物的迁移转化及生物有效性产生重要影响。

☉生物碳-历史

生活在巴西亚马逊河流域的人们长期使用一种特殊的肥料。

这种肥料来源于当地，具有极强的恢复贫瘠土壤肥力的能力。当地人把它称为“印第安人的黑土壤”。它多产、肥沃，与当地稀疏、贫瘠的土壤形成鲜明的对比。这种黑土壤在一些地区可以延绵几公顷，但是目前还没有人知道这些神秘的黑土壤到底是什么。有人猜测它是火山岩，或者是古代湖泊的沉积物，又或者是很久以前植被腐烂后的残留物。但很少有人会认为它是人为制造而成的。

现代研究证明，黑土壤是2500年，甚至6000年以前由生活在亚马逊流域的人们制造的。一般认为，他们使用的材料包括动物粪便，鱼，动物骨头和植物废物。但是生产黑土壤最关键的原料，也是黑土壤之所以呈现黑色的原因，是木炭的使用。

黑土壤中的木炭可以使土壤肥力维持一个世纪之久。几个世纪以来，生活在南美亚马逊流域的人们都靠这些原生态材料制造“黑土壤”来肥沃土地。几千年过去了，那儿的土壤不需耕耘灌溉，依旧十分肥沃。

佐治亚大学的科学家Steiner解释道： “千百年过去，这个区域依旧沃土依然，那是因为土壤中富含碳元素。” 因此，生物碳这一科学概念的提出，使人们看到了无需砍伐森林也可开拓农耕地的希望。

☉生物碳-优点

近年来，科学家研究发现，生物炭能够提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。其中，木炭碎料的孔洞结构更能容易的聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更令人惊奇的是，生物炭能够把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。

英国环保大师詹姆斯拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。这些优点使其日益成为科学家研究的热点之一。

⊙生物碳的概念

生物碳是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材，草，玉米秆或其他农作物废物碳化，即在没有氧气的情况下燃烧，最终形成木炭这种碳的稳定形式。

土地中自然存有大量的碳元素，但是这些碳是不稳定的，受气候影响会释放二氧化碳。而生物碳则可以固定碳元素长达几百年。因此，充分利用生物碳可降低大气中二氧化碳的含量。

生物碳基本上都是纯碳，埋藏在地下可以几百年甚至上千年都不会消失，这就相当于把碳封存在土壤中。

同时，生物碳中有许多微孔，这就为聚集营养物质和有益微生物创造了条件。生物碳的这一特点，使其不但能够补充土壤的有机物含量，同时还能有效地保存水分和养料，提高土壤的肥力。对于农业生产和环境气候都是有益的。

生物碳可以保护环境。鉴于其高含碳量和多孔的特性，它不仅可提高土壤蓄水储养的能力，还可保护土壤中的微生物。它像一个地下碳水槽，锁住二氧化碳，最终达到增加作物产量的效果。

美国国家海洋与大气局的统计数据显示，从20世纪80年代开始，大气中的二氧化碳含量就以惊人的速度攀升。八十年代的二氧化碳含量以每年百万分之一点五的速度上涨，而自2000年以来，这个速度被改写至每年百万分之二！

而生物碳则可吸收有机物质腐烂时释放至大气的二氧化碳；并帮助植物有效储存其光合作用所需的二氧化碳。通过这两种方式，生物碳起到了洁净空气的作用。

Christoph Steiner是生物碳领域的学科带头人。

他说：“土地中自然存有大量的碳元素，但是这些碳是不稳定的，受气候影响会释放二氧化碳。而生物碳则可以固定碳元素长达几百年。因此，充分利用生物碳可降低大气中二氧化碳的含量。”

根据美国国家航空宇航局的科学家James Hansen的研究，如果生物碳可在全球范围内有效使用，那么大气中的二氧化碳含量可在50年内降低百万分之八。

生产生物碳过程中产生的副产品，对环境保护和能源生成也是大有益处的。生成过程中约1/3原料变为生物碳，1/3可被再加工用于发电，另1/3则可成为原油。生产时释放出的气体可被用于发电，而其他一些副产品可用于制药。

★生物碳-未解之谜

▽

关于生物碳，还有许多未解之谜。例如，为什么它能改善土壤？

当前的研究表明，土壤施用一定量的生物碳后，一方面，酸性土壤的通过提高pH 值从而土壤肥力得到增强，另一方面，借助其阳离子吸附从而使土壤营养物质的持有量得到增加。与此同时，土壤中的微生物群落组成情况和数量也会改变，因此也就间接地对此土壤上生长的植物产生了影响。

大部分的国外研究成果显示，在土壤中添加生物碳会增加土壤微生物量，土壤中的微生物群落组成结构和土壤酶活性会有明显的变化。同时，研究发现添加生物炭后，微酸性土壤和碱性土壤中的微生物量碳含量能够得到提升。

其实，生物碳的使用一直伴随着人类的农业发展历程，而对生物碳的研究，早在20世纪80年代国外就已经有了一定的进展，但其农田土壤中的研究对象主要为增加农作物产量，如日本在1994年就有研究报道关于生物碳对柑橘生长的影响。

另外，随着生物碳施加量的增多，土壤重要酶活性的持续时间会有一定地延长，当施加高量（5%)生物碳时，土壤酶活性在50d仍能保持峰值。

目前，科学界普遍认为生物碳在农业上的应用对促进土壤固碳、改善土壤健康、提高作物品质具有重要的意义。

生物碳产品的品质受生物质材料、制备技术等方面的影响。一般来说，良好的生物碳制品在制备完成后，其在土壤中的应用主要的功能成分由三部分组成：稳定的支架碳、小分子的有机碳以及吸附的丰富矿质元素。

其中，支架碳是生物碳的主体，主要是由单质碳或类似石墨结构的芳香碳组成。这一部分碳的可溶性极低，溶沸点极高，具有高度羧酸酯化、芳香化结构和脂肪族链状结构，因此使生物碳具备了极强的吸附能力和抗氧化能力。

这一部分碳结构保留了原生物质的细微孔隙结构（如下图所示），具有较大的比表面积，因此具有强烈的吸附性，能够吸附重金属、农残等污染物，从而减少植物对这些污染物的吸收；这些孔隙还能吸附植物一时不能利用的氮素养分，后期再缓慢地释放供给植物，从而提高氮肥的利用率；同时，这部分支架碳也可以吸收水分子进入小孔中，当干旱发生时，小孔可以保护水分子不被迅速的蒸发，从而有了保持水分的效果。另外，这部分支架碳也能为一些有益菌提供生长繁殖的空间，犹如庇护所一般让有益菌免受外在环境的胁迫，从而促进有益菌在植物根系的定植，提高微生物菌肥的效果。