生物质(秸秆和枯枝落叶等)利用是长久而不竭的主题。我国每年生物质产量约为7亿吨,并随产量增加而有增加趋势。远在西周时期(公元前11世纪至公元前8世纪),中国农民就从实践中逐步认识到将杂草、秸秆和枯枝落叶燃烧成草木灰还田有利于作物的生长;14世纪初叶,王祯在《农书.粪壤篇》中把草木灰列为一大类农家肥料。北魏时期,贾思勰在《齐民要术》(约成书于公元533年至544年)中就提到用松制墨(炭黑)的方法和炭黑性质。在我国农田、草地和森林,经常可以看到没有分解的火烧黑色物质-生物炭。从2005年开始,随着巴西亚马逊流域考古发现一种黑色土壤,被称为黑土((blackearths,或terrapretadeindio(葡萄牙语)比周围黄色土壤具有更高的碳含量和产量,激起了人们利用生物炭储存碳和提高土壤生产力的兴趣。目前制备生物炭的原料有秸秆、枯枝落叶、畜禽粪便、骨头、和污泥等。制备方法有无氧裂解法、半无氧裂解法、土窑法、燃烧淋水法、燃烧掩土法、土坑法等。制备温度从200℃到1000℃,大多集中在300-600℃。应用于城市绿化,生物质炭提升城市土壤质量。贵州生物质炭功能是什么

生物质炭制成炭基复合肥(炭为10-30%),还田以后有如下效果:(1)增加土壤孔隙度,改善土壤通气、透水状况,缓解土壤板结的难题;(2)将土壤中紧缺的氮、磷、钾、镁等大量元素返回到土壤中,而且还可以补充植物所必须的铜、铁、锌等微量元素;(3)抑制土壤对磷的吸附,从而改善植物对磷的吸收利用;(4)修复土壤重金属污染,对污染土壤中的镉(Cd)具有的吸附作用;(5)提高土壤的地温(1-3℃),有利于作物的生长;(6)稳定土壤的pH作用;(7)对肥料和农药的缓释作用;(8)改善土壤的微生物环境的作用;(9)提高水稻等作物的抗倒伏作用;(10)固定二氧化碳作用。甘肃生物质炭培养方法作为土壤改良剂,生物质炭广泛应用于各类农田。

生物炭的pH一般呈碱性,Balwant等研究发现,生物炭pH介于6.93~10.26范围之间,也有研究报道可以制备pH介于4~12之间的生物炭。生物炭中无机矿物是造成生物炭pH偏碱的主要原因,生物炭的表面含氧官能团(如羧基和羟基)也可能对生物炭的pH有一定的贡献。阳离子交换量(CEC)是反映生物炭表面负电荷的参数,也决定其在土壤中持留铵、钙和钾等阳离子的能力,生物炭CEC与其表面含氧官能团含量正相关。现有报道中生物炭的CEC差异很大,介于71mmol/kg和34cmol/kg。Balwant等认为生物炭的CEC介于71.0~451.5mmol/kg范围之间。
生物质炭的施用还可以加深土壤颜色,增强土壤吸热能力,从而提高土壤温度。大部分生物质炭含有大量的灰分元素而呈碱性,作为土壤改良剂施用后,可以降低土壤氢离子和交换性阳离子水平,从而提高土壤pH值,其效果因生物质炭本身的酸碱度和土壤pH缓冲能力而异。生物质炭对土壤CEC的改变程度往往受到土壤类型、生物质炭性质及其在土壤中存在时间长短的影响。生物质炭的施用不仅能够影响土壤中碳氮的循环过程,而且会对土壤中其他营养元素的状态产生作用。研究发现,生物质炭本身即含有大量的磷素组分,并且有效性较高,输入土壤后可以增加有效磷的含量。以往研究还表明,生物质炭的施用可以增加土壤中K、Ca和Mg等盐基离子的含量。生物炭的制备过程需要高温热解,可以通过固碳作用减少二氧化碳排放,从而减少温室气体的排放。

13C标记生物炭研究结果表明生物炭稳定性可用0.1M的K2Cr2O7与0.2M的H+混合溶液在100°C下氧化2小时法测定生物炭稳定性决定了它在土壤中分解速率和固碳减排效果,深受国内外科学家关注。生物炭种类受物料和制备方法影响,种类繁多。研究生物炭稳定性有长期矿化培养法,费时肥力,而且不可能穷尽所有生物炭。有采用0.01MH2O2在80°C条件下氧化两天的方法,有采用K2Cr2O7和KMnO4化学氧化法测定的。有用H/C及O/C的比值来衡量的,但这些指标能定性或者半定量的比较不同生物炭之间的相对稳定性。因此研究生物炭的生物稳定性及其定量方法对预测生物炭在土壤中的稳定性意义重大。试验采用13C标记秸秆制备13C标记生物炭,土壤含水量为比较大持水量的60%,培养温度为23±1°C,培养时间为368天。培养期间一共采气21次,其中第1、4、10、22、84、133、197以及368天的气体样品用来分析13C丰度。研究结果表明0.1M的K2Cr2O7与0.2M的H+混合溶液在100°C下氧化2小时的化学方法氧化掉的生物炭碳量与生物炭100年后在土壤中的矿化量较为一致(R2>0.99;REMS=2.53;RD=15.3)。此研究结果提供了一种可靠、有效、廉价且易操作的方法来预测生物炭在土壤中的长期稳定性。提升土壤碳汇能力,生物质炭助力实现碳中和目标。宁夏小麦生物质炭技术的应用
减少土壤重金属污染,生物质炭为土壤健康筑起防线。贵州生物质炭功能是什么
活化处理提升性能为了进一步提升生物质炭的性能,活化处理是常用的方法。化学活化是其中一种重要方式,常用的活化剂有氢氧化钾、磷酸等。以氢氧化钾活化为例,将预处理后的生物质与一定比例的氢氧化钾溶液混合均匀,然后在适当温度下进行热解活化。活化过程中,氢氧化钾会与生物质中的碳发生反应,刻蚀碳结构,形成丰富的孔隙。物理活化则通常采用水蒸气或二氧化碳等气体在高温下对生物质炭进行处理。例如,用水蒸气活化时,高温水蒸气与生物质炭表面的碳反应,生成一氧化碳和氢气等气体,从而开辟出新的孔隙通道。活化处理后的生物质炭比表面积明显增大,吸附性能和化学反应活性得到大幅提升,使其在环境修复中更具优势。贵州生物质炭功能是什么