生物炭的应用研究进展

朱奕豪

摘要：随着对生物炭研究和应用的不断深入，生物炭在土肥、生物能源等科学研究领域已成为备受瞩目的焦点。特别在环境危机、能源危机日益突显的今天，生物炭以其独特的作用在农业、环境、能源等领域中都起到不容忽视的作用。本文综合分析、评述了生物炭在农业、环境、能源三大领域应用的主要研究进展，从低碳、循环、可持续视角，客观、辩证地探讨了生物炭在三大领域上的应用价值及其产业化发展前景。

关键词：生物炭；应用；作用；进展

1 生物炭在农业领域的应用

当今大量农田存在着长期过量使用化肥和高强度生产的风险，导致了大批优良农田土壤板结、土壤肥力下降等一系列生态、环境问题，给粮食安全和农业的循环、可持续发展带来了严峻挑战。生物炭在农业领域的应用，主要有2种形式，一是将生物炭作为改良剂直接还田，二是将生物炭作为肥料的载体。

1.1 生物炭直接还田改良土壤

生物炭作为土壤改良剂直接施入土壤，张祥“将制备的花生壳生物炭用于酸性红壤和黄棕壤的改良，施加生物炭可分别使红壤和黄棕壤的pH值提高0.61和0.55，效果明显且稳定。殷大伟等将花生壳生物炭施入土壤，发现生物炭能够改善土壤孔隙结构，增加土壤含水率，并能够增加土壤中的养分。

绝大部分生物炭呈碱性，可以有效提高土壤的碱基饱和度，消耗酸性土壤的质子以提高pH值，改良土壤养分。Chan等试验研究表明，在低纬度地区，每1 hm²农田土壤施用20t以上的生物炭可减少10%的肥料施用量。张雯等在土壤中施入20t/hm²的木炭生物炭，土壤阳离子交换量值增大。

因此，生物炭的增产作用及适宜用量需视农田作物类型、土壤类型和性质等复杂因素制约，生物炭的作物学效应不能一概而论。

1.2 生物炭作为肥料载体的应用 虽然生物炭直接炭化还田可以实现土壤地力的提高和一定程度上农业的增产，但是生物炭本身可被作物利用的养分含量较少，如果单纯以生物炭来替代化学肥料存在一定难度。研究表明，生物炭配合肥料施用可明显改善作物肥效。

2 生物炭在环境领域的应用

在保证经济发展不减速的同时又能满足环保、低碳、可持续的发展要求，成为世界各国面临的重大挑战。而生物炭作为一种更加绿色、环保的技术措施，在解决上述问题中将发挥着重要作用。

2.1 重金属污染治理 利用生物炭的吸附性吸附土壤中的重金属离子及有毒有害离子，从而改良土壤的特性，防止植物遭受毒害，促进植株正常生长。崔立强等通过田间试验，发现生物炭施用可以增强土壤重金属的固持作用，能显著降低土壤中重金属的有效性，减少农作物对重金属的吸收。

2.2 有机污染降解 生物炭由于具有多孔隙、比表面积大等结构特征，对农药除草剂等有机污染物有较强的吸附和固定效果，还可以增强土壤中微生物的活性，从而利用微生物活动来促进土壤中的污染物更快降解或失活。研究发现，在种植韭菜的土壤中施用生物炭后，虽然氟虫腈和毒死蜱2种农药的残留率较高，但韭菜对农药的吸收显著降低。

2.3 水污染治理 生物炭对于处理污水、净化和改善水质等方面也有一定效果。王亚非等以污水厂污泥制成生物炭，研究表明随着污泥生物炭pH的升高对水中Cd²⁺的吸附量也会相应增加从而起到净化水质作用。

综上所述，生物炭在环境领域被广泛应用于固碳减排、污染治理、水体净化等多个方面。作为一种绿色、可再生的资源，生物炭的应用更加适应新时期低碳经济发展模式，对环境与资源的循环和可持续发展具有重要意义。

3 生物炭在新能源领域的应用

生物质能是未来能源的重要来源，开发潜力极大。虽然生物质本身可直接作为燃料使用，但其能量密度低、含水量高等缺点，限制了其直接使用的可行性。若将生物质热解为生物炭后再作为燃料使用，既可避免生物质直接使用的缺点，也可以缓解能源危机。吴琪琳等将板栗壳在高温下进行热解，得到的生物炭热值为30～35MJ/kg，达到了国家一级精煤的标准。

不仅如此，生物质在热解生成生物炭的过程中还会产生合成气及生物油，合成气和生物油经过深加工又可得到氢气、生物柴油及工业化学品，其应用范围十分广阔。

4 展望

生物炭在农业、环境、资源等方面的作用已被国内外大量研究所证实。生物炭在修复和改善土壤功能，吸附土壤重金属离子，缓解能源危机等方面将会发挥更大的作用。但现阶段生物炭的大规模商业化生产和应用研究缺乏，有待进一步拓展。以秸秆还田炭化为核心的生物炭技术，未来必将迅速发展，其应用前景将十分广阔。

（收稿：2016-04-27）