生物炭具有離子吸附交換能力及一定吸附容量,其可改善土壤的陽離子或陰離子交換量,從而可提高土壤的保肥能力。生物炭對土壤陽離子交換量CEC或保肥能力的改善取決于生物炭的CEC,pH及生物炭在土壤中氧化。生物炭比表面積大,可以增強土壤對陽離子的吸附能力,增加耕層土壤CEC。生物炭對低CEC和pH的酸性土壤中的CEC改良特別有效,其中土壤CEC的改良與生物炭的原料的堿度、有機氮的礦化和銨根的硝化作用有關。生物炭的pH升高,其對重金屬離子的吸附和固定加強,說明了生物炭對重金屬的吸附與生物炭的表面官能團和pH值有關。生物質炭中的碳元素有著高度芳香化的特征,生物質炭在土壤中極為穩定,它的固碳時間達數百年至數千年之久。陜西定制生物質炭功能是什么
生物質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,其效果因生物質炭本身的酸堿度和土壤pH緩沖能力而異。生物質炭對土壤CEC的改變程度往往受到土壤類型、生物質炭性質及其在土壤中存在時間長短的影響。生物質炭的施用不僅能夠影響土壤中碳氮的循環過程,而且會對土壤中其他營養元素的狀態產生作用。研究發現,生物質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,生物質炭的施用可以增加土壤中K、Ca和Mg等鹽基離子的含量。云南科研用生物質炭豐度控制低劑量多年施用和一次大劑量施用生物炭對作物產量會有所不同。
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(Biochar)是利用生物殘體在缺氧的情況下,經高溫慢熱解(通常<700℃)產生的一類難溶的、穩定的、高度芳香化的、富含碳素的固態物[1]。生物炭多為顆粒細、質地較輕的黑色蓬松狀固態物質,主要組成元素為碳、氫、氧、氮等,含碳量多在70%以上。生物炭可溶性極低,具有高度羧酸酯化和芳香化結構[2–3],其原料來源,農業廢棄物如雞糞、豬糞、木屑、秸稈以及工業有機廢棄物、城市污泥等都可作為其原料[4]。生物炭原材料尺寸的大小會影響到生物炭產率,主要表現為尺寸增大生物炭產量隨之增加。生物質炭含有發達的孔隙,施用于土壤,可有效降低土壤容重,改善土壤孔隙結構。
生物炭自從被發現之日起,就以其改良土壤、提高作物產量等眾多優點引起科學家的關注。黃超等利用盆栽試驗,在肥力較差土壤上施用含碳量為63.4%的小麥秸稈生物炭,施用生物炭量為10、50和200g/kg的黑麥草產量分別比對照增加了7%、27%和53%;句芒芒等施用碳質量分數為47.17%的花生殼生物炭進行盆栽試驗,番茄產量高達92746kg/hm2;Luo等采用田間試驗研究發現,施入碳含量為67.69%的稻稈生物炭可以增加玉米干物質量。生物炭灰分含有一定量的礦質養分,污泥、畜禽糞便生物炭比木質、秸稈和殼類生物炭含量更高,可以補充養分貧瘠土壤及沙質土壤的一些養分供應。陳心想等研究發現,施用木質生物炭顯著提高了新積土有效磷、鉀含量。生物炭灰分量與生物炭pH值關系密切,堿性灰分物質高的生物炭pH值較高。作為一種環保高效的重金屬鈍化劑,生物質炭在市場上受到越來越多人的關注和青睞。新疆水稻生物質炭培養方法
生物質炭對作物產量的總體效應,結果表明生物質炭能平均增產13%。陜西定制生物質炭功能是什么
生物炭的含碳量隨炭化溫度的不同而發生改變,生物炭性質也受到制備溫度、加熱速率、通氣條件等條件的影響,以溫度影響較大。隨制備溫度的升高,生物炭產量下降,但其碳含量、灰分含量、比表面積以及孔隙度卻隨著溫度的升高而升高。裂解溫度與生物炭碳、灰分含量呈正相關,相關系數分別為0.17和0.28。隨著裂解溫度的升高,生物炭碳含量和灰分含量都增大。生物炭碳含量和灰分含量呈極負相關,相關系數為–0.77。因為熱裂解溫度增高,易熱解含碳化合物殘留降低,生物炭中難分解碳物質比例相應增高,固定碳含量增大,繼而碳含量增多。熱裂解溫度升高,有機物損失增大,灰分在生物炭中含量相應增大,由1404植物營養與肥料學報22卷于灰分是堿性物質,生物炭pH因生物質熱解溫度增高而提高。生物炭碳含量高意味著被氧化為無機灰分的部分減少,反之亦然。陜西定制生物質炭功能是什么