生物质炭现今的发展综述

王玲丽 黄谷城 罗 毅 谢桂花 刘 倩

(江西农业大学 理学院，江西省南昌市经济技术开发区 330045)

我国是一个农业型大国，每年都会产生大量的农业废弃物，而农业废弃物来源广，可再生，是一种宝贵的可再生绿色资源，而对于这些资源的再利用也促使了当今对生物质炭的研究和生物质炭的发展。

生物质炭的起源：

生物质炭的研究早前源于对亚马逊盆地中部，黑色土壤的认识。2007年第一届国际生物质炭会议在澳大利亚举办后，生物质炭成为了全球科技工作者关注的焦点和研究热点。2009年《Nature》连续发表文章指出生物炭在固碳减排、土壤改良和环境污染治理中的潜在应用前景国际生物炭联盟的成立使得国际社会关于生物质炭的研究逐渐，“升温”并呈现快速发展趋势[1]。

生物质炭的定义：

生物质炭是指生物质在无氧或者缺氧的条件下经过高温裂解生成的一种富含碳素，具有高度芳香化的多孔固体颗粒物质。生物质炭具有丰富的孔隙结构、较大的比表面且表面含有较多的含氧活性基团，是一种多功能材料，可施入土壤以起到固碳减排、提高土壤肥力的作用，也是优良的吸附剂和净化材料。

构成生物炭的元素主要有碳、氢、氧，其中碳含量较高，其主要存在于芳环骨架中使生物炭具有高度的芳香化结构。生物质炭还含有可观的水溶性物质，其含量随制备温度而变化[2]。

生物质炭的制备：

生物质炭的制备方法有两种，第一种为批式制备，第二种为连续制备。中国目前多数采用的是地窖、砖窑等，传统的堆埋裂解方式，然而这种批式制备的设备构造简单、易于实施、成本也比较低，导致最后结果产率低、耗能高、没有热量回收、生产不能连续等一系类问题[2]。

然而生物质炭在固碳减排、提高化肥利用率和污染土壤修复方面有巨大应用潜力和发展前景，这使得生物质炭技术在全世界受到了广泛关注。

生物质炭的老化：

在林庆毅[3]的《关于生物质炭老化后理化性质微观结构的表征》中说到：生物炭老化是一个极性改变和亲水性的过程；生物炭经过水洗老化后，它的表面比较平整，然而酸化和老化后的生物炭表面比较粗糙且微孔结构已经遭到严重破坏。老化生物炭表面的Al2SiO5和SiO2晶体的含量会明显下降，生物炭在老化过程中含氧官能团增加的同时，其它官能团表面的晶体含量和官能团的数量会减少。因而，如果外界的环境改变，会使生物炭发生老化作用，生物炭在老化的过程中其理化性质及微观结构都发生较大变化，而这些改变将减弱它对土壤pH以及肥水环境等协调能力。

生物质炭在农业中的应用：

1、生物质炭对小白菜生长、硝酸盐含量及氮素利用率的影响

张登晓等[4]通过实验的设计和实施，证明了生物质炭对于白菜的生长具有促进作用，在培养小白菜时，加入不同量的生物质炭对白菜的生长具有促进作用，能够提高产量，并且产量与生物质炭的添加量呈正相关关系，而添加生物质炭增加了植物的生长量，从而提高了蔬菜的收获率。生物质炭降低了土壤硝态氮和铵态氮含量，铵离子易被吸附进而与生物质炭复合而达到缓释的作用，从而促进植物持续吸收利用。因此，生物质炭通过降低损失、吸持更多氮素而提高了氮素的持续供应，在增产的同时降低了蔬菜硝酸盐积累，提高了蔬菜的质量和产率。

2、生物质炭对土壤氮素循环的影响及其机理研究

生物质炭通过对土壤中氮素物质的循环以及功能对微生物的影响，达到降低土壤中氮素流失的作用。生物质炭对氮素物质的循环起着举足轻重的作用，主要包括以下几个方面的作用。

(1)生物质炭输入对土壤生态系统氮素循环功能微生物的影响；

(2)系统长期评价生物质炭对不同土质土壤氮素周转的影响；

(3)生物质炭与氮肥的交互作用；

(4)生物质炭降解过程与土壤氮素的相互作用；

(5)生物质炭-土壤-作物相互作用。

3、生物质炭对土壤有机质活性的影响

施用生物质炭后可以明显增加土壤有机碳的氧化稳定性，从而提高土壤有机碳的积累。但长期或过量施用生物质炭，可能会对土壤有机碳的质量产生不好影响，减弱了土壤有机质的活性，从而有可能会影响农业土壤的质量。施用小麦秸秆可显著提高土壤微生物量碳和水溶性碳，这说明施用常规有机肥有利于改善土壤肥力。施用生物质炭时，在培养初期可提高土壤微生物量碳，但随着培养时间的增加，其微生物量碳逐渐下降，最后低于对照土壤。生物质炭的施用明显降低了土壤中水溶性碳。所以土壤不适合长期、高量施用生物质炭。

生物质炭的发展：

生物质炭的资源广泛，具有绿色且可持续发展的特点。在全球资源日益匮乏、环境污染问题严重的今天，利用废弃物原料制备生物质炭不仅避免了环境污染问题，还生成新的能源，生物质炭可作为一种废物资源化的手段。当今生物质炭的制备与应用，对土壤环境功能(改善土壤结构和其理化性质、提高土壤利用的效率并且增加肥效、实现固碳减排等方面有着积极作用，但目前对生物质炭的研究仍然处于初步阶段，对生物质炭的研究还未成熟，所以应该辩证的看待生物质炭在农业及其工业中的应用。

[1]孔丝纺，姚兴成，张江勇，姚晓东，曾辉.生物质炭的特性及其应用的研究进展[J].生态环境学报，2015，24(04)：716-723.

[2]罗煜，赵立欣，孟海波，向欣，赵小蓉，李贵桐，林启美.不同温度下热裂解芒草生物质炭的理化特征分析[J].农业工程学报，2013，29(13)：208-217.

[3]林庆毅，姜存仓，张梦阳.生物炭老化后理化性质及微观结构的表征[J].环境化学，2017，36(10)：2107-2114.

[4]张登晓，周惠民，潘根兴，李恋卿，郑金伟.城市园林废弃物生物质炭对小白菜生长、硝酸盐含量及氮素利用率的影响[J].植物营养与肥料学报，2014，20(06)：1569-1576.

[5]潘逸凡，杨敏，董达，吴伟祥.生物质炭对土壤氮素循环的影响及其机理研究进展[J].应用生态学报，2013，24(09)：2666-2673.