生物碳 生物碳 “太牛逼”！不知道就亏大了！

☉生物碳黑金

生物碳是指生物质在缺氧条件下燃烧或热解产生的含碳物质，含有碳化成分和非碳化成分。它来源广泛，在土壤等环境中积累，对土壤中有机污染物的迁移转化及其生物有效性有重要影响。

☉生物碳历史

生活在巴西亚马逊河流域的人们长期以来一直使用一种特殊的肥料。

这种肥料来自当地，对贫瘠土壤的肥力恢复能力很强。当地人称之为“印第安人的黑土”。它多产、肥沃，与稀疏贫瘠的土壤形成鲜明对比。这种黑土在某些地区可以持续几公顷，但是没有人知道这些神秘的黑土是什么。有人推测是火山岩，或者是古湖泊的沉积物，或者是很久以前植被腐烂的残留物。但是很少有人会认为是人为制造的。

现代研究证明，黑土是2500年前，甚至6000年前生活在亚马逊盆地的人产生的。人们普遍认为他们使用的材料包括动物粪便、鱼、动物骨头和植物粪便。而生产黑土的关键原料，也是黑土呈现黑色的原因，是木炭的使用。

黑土中的木炭可以维持一个世纪的土壤肥力。几个世纪以来，生活在南美洲亚马逊盆地的人们用这些原始生态材料制作了“黑土”来丰富他们的土地。几千年过去了，没有耕种和灌溉，那里的土壤还是很肥沃的。

佐治亚大学的科学家斯坦纳解释说:“几千年后，这个地区仍然肥沃，因为土壤富含碳。”因此，生物炭的科学概念使人们希望在不砍伐森林的情况下开发农业用地。

☉生物碳优势

近年来，科学家发现生物炭可以提高农业生产率，减少对碳密集型肥料的需求。其中木炭颗粒的孔隙结构更容易聚集养分和有益微生物，从而使土壤肥沃，有利于植物的生长，增加产量，使农业更具可持续性。更令人惊讶的是，生物炭可以将碳锁在生物群中，而不是让它排入空气体。

英国环境学家詹姆斯·洛夫洛克说，生物炭是缓解灾难性气候变化的唯一希望。这些优势使其成为科学家研究的热点之一。

⊙生物炭概念

生物碳是一种碳含量极其丰富的木炭。它通过在低氧环境中热解，即无氧燃烧，使木材、草、玉米秸秆或其他作物废料碳化，最后形成木炭，一种稳定的碳形式。

陆地上有大量的碳，但这种碳是不稳定的，在气候的影响下会释放二氧化碳。生物碳可以固定碳几百年。因此，充分利用生物炭可以降低大气中二氧化碳的含量。

生物碳基本上是纯碳，埋在地下几百年甚至几千年也不会消失，相当于把碳储存在土壤里。

同时，生物炭中有许多微孔，为积累营养物质和有益微生物创造了条件。生物炭的这一特性不仅能补充土壤的有机含量，还能有效地保存水分和养分，提高土壤肥力。有利于农业生产和环境气候。

生物碳可以保护环境。鉴于其含碳量高、多孔的特点，不仅可以提高土壤蓄水能力，还可以保护土壤中的微生物。它就像一个地下碳汇，锁住二氧化碳，最终达到增加作物产量的效果。

美国国家海洋和大气管理局的统计数据显示，自20世纪80年代以来，大气中的二氧化碳含量一直以惊人的速度上升。80年代二氧化碳含量以每年百万分之一点五的速度增长，2000年开始，这个速度被改写为每年百万分之二！

生物碳可以吸收有机物衰变时释放到大气中的二氧化碳；并帮助植物有效储存光合作用所需的二氧化碳。通过这两种方式，生物炭起到了清洁空气体的作用。

克里斯托弗·斯坦纳是生物炭领域的学术带头人。

他说:“陆地上有大量的碳，但这些碳是不稳定的，在气候的影响下会释放二氧化碳。生物碳可以固定碳几百年。因此，充分利用生物炭可以降低大气中二氧化碳的含量。”

根据美国宇航局科学家詹姆斯·汉森的研究，如果生物炭能在全球范围内得到有效利用，大气中的二氧化碳含量将在50年内减少百万分之八。

生物炭生产过程中产生的副产品也有利于环境保护和能源生产。大约1/3的原料变成生物炭，1/3可以再加工发电，另外1/3可以变成原油。生产过程中释放的气体可用于发电，而其他副产品可用于制药。

★生物碳——未解之谜

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关于生物炭还有很多未解之谜。比如为什么能改良土壤？

目前的研究表明，在土壤中施用一定量的生物炭后，一方面通过增加酸性土壤的酸碱度来提高土壤的肥力，另一方面通过其阳离子吸附来增加土壤养分的保持能力。同时，土壤中微生物群落的组成和数量也会发生变化，从而间接影响土壤上生长的植物。

国外大多数研究结果表明，在土壤中添加生物炭会增加土壤微生物生物量，土壤微生物群落的组成和结构以及土壤酶活性会有明显的变化。同时发现添加生物炭可以提高微酸性土壤和碱性土壤中微生物生物量碳含量。

事实上，生物炭的使用一直伴随着人类农业的发展，国外对生物炭的研究早在20世纪80年代就取得了一些进展，但在农田土壤中的研究对象主要是增加作物产量。比如1994年日本有一篇关于生物炭对柑橘生长影响的研究报告。

此外，随着生物炭施用量的增加，土壤中重要酶活性的持续时间也会有一定程度的延长。当施用大量生物炭时，土壤中的酶活性在50天内仍能保持峰值。

目前，科学界普遍认为，生物炭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意义。

生物质原料和制备工艺影响生物炭产品的质量。一般来说，制备好的生物炭产品后，其在土壤中的应用主要由三种功能成分组成:稳定的支架碳、小分子有机碳和吸附的丰富矿物元素。

其中，支架碳是生物炭的主体，主要由简单碳或类石墨结构的芳香碳组成。这部分碳具有极低的溶解度、高沸点、高羧酸酯化、芳构化结构和脂肪链结构，使得生物炭具有很强的吸附能力和抗氧化能力。

这部分碳结构保留了生物质的细孔结构，具有较大的比表面积，因此具有较强的吸附性，可以吸附重金属、农药残留等污染物，从而减少植物对这些污染物的吸收；这些气孔还可以吸附植物一时半会儿不能利用的氮素营养物质，然后在后期缓慢释放到植物体内，从而提高氮肥利用率；同时，这部分支架碳也可以将水分子吸收到孔隙中。干旱时，气孔可以保护水分子不被快速蒸发，从而起到保水的作用。此外，这部分支架碳还可以为一些有益菌的生长繁殖提供空的空间，就像一个保护有益菌不受外界环境影响的庇护所，从而促进有益菌在植物根部的定殖，提高微生物肥料的效果。

竹生物炭的扫描电镜图像。a:竹生物炭的横截面；b:竹生物炭纵剖面。

第二部分是生物炭制备过程中的一些小分子有机碳，是生物炭的活性成分。它们被吸附在支架碳上，可以被植物和微生物利用。植物直接吸收利用可以促进植物生长；被微生物利用可以促进微生物的繁殖。一般来说，生物碳肥料在使用后立即产生的效果往往是由这种小分子碳提供的。

第三部分是生物炭中所含的矿物元素。由于生物炭是从植物中煅烧出来的，生物炭中保留了一些大、中营养元素如Ca、Mg、K、Si以及植物中所含的微量元素如Fe、Mn、Cu、Zn等，施入土壤后可以补充土壤中的矿质养分。此外，由于这些养分一般以碱性形式存在，还能提高土壤酸度。

所以，从上面的介绍可以看出，生物炭产品对水肥保持、土壤改良和植物生长的作用是由生物炭的内在性质决定的。特别是在我国土壤酸化、肥料利用率低、重金属污染等问题上，生物炭肥料产品将发挥重要作用。

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