什么是生物炭,生物炭与木炭、草木灰有何不同?

什么是生物炭?

什么是生物炭?

  生物炭可能是气候变化的答案。(照片:K.salo.85 [CC BY-SA 3.0] /维基共享资源)

虽然你可能没有听说过生物炭,但如果你看到生物炭,你会认出它是一个很好的选择。

生物炭只是木炭。它是在木屑,大米秸秆甚至粪便等有机物在没有氧气的情况下被加热时产生的。想象一下在火上装满木屑的密封金属桶。它很简单,可以在任何地方生产,最终可以拯救世界。

对于像木炭这样简单的东西,生物炭 – 在正确的应用中 – 做了三件非常神奇的事情:它将大气中的二氧化碳排出并将其锁定成固体形式,改善了土壤的健康状况,并创造了清洁能源,根据国际生物炭倡议。

当有机物转化为生物炭时,植物中所含的二氧化碳转化为固体碳。将生物炭犁入土壤中长时间隔离碳 – 在南美洲发现的生物炭田可追溯到几千年前,仍然充满了碳固体。生物炭增加的土壤更好地保留了营养物质,因为碳固体的微小海绵状结构吸收并保持肥料,减少了所需的量。相同的结构可以更好地保持水分,并且已经证明可以减少一氧化二氮和甲烷从土壤中排放到空气中。

当南美雨林中的前砍伐和砍伐农民采用刀耕火种技术时,他们能够年复一年地停留和耕种相同的土地,而不是每隔几个季节就移动一次。土壤变得枯竭。他们穿过热带雨林的路径停了下来,节省了无数英亩土地。农民能够在更健康的土地上生产更多的食物,并可以改善和投资他们的土地和基础设施。

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木材废料可以转化为生物炭,可以添加到土壤中以改善其健康。(图片:美国农业部[CC0] / Flickr)

当有机物质在没有氧气的情况下被加热时,它释放出可以在发电机中捕获和燃烧的热气体,或者也被精炼成生物油和合成气体,两者都可以进一步精制成有效的汽油和柴油替代品。如果气体立即燃烧,生成生物炭的过程 – 称为热解 – 是能量积极的,返回运行和维护所需能量的六到九倍。

现在,我们远没有挤出生物炭提供的所有好处。以寄养为主的刀耕火种的农民仍然必须转向砍伐和烧烤,我们需要建立基础设施,从农场收集农业废弃物,然后将生成的生物炭分配回田地。生物炭的一大优点是生产它是多么容易。贫穷的农民可以使用简单的手工制作的粘土窑,而富裕的农民可以建造精细的生物炭加工厂,同时也可以生产电力,生物油和合成气。

Biochar很容易卖。参与该过程的每个人都获胜。贫穷的农民为他们的工作获得更多的食物,并能够在一块土地上生产的土地上定居。富裕的农民和企业农业在肥料上节省了大量资金,同时也看到了同样的生产增长。由于减少了肥料径流和从空气中去除二氧化碳,环境受益。由于生物炭的生产和分配产生的利润,大企业获胜。政客们可以为实施全球变暖的务实创造解决方案而受到赞誉。工人得到工作。政府获得税收。

重新开始热带雨林

研究人员最近发现,使用生物炭是一种廉价而有效的方法,可以帮助树木幼苗在亚马逊热带雨林的重新造林过程中存活下来。在开采黄金的地区,土壤和树木受到伤害,使得重新种植和培育新树木难以取代失去的树木。

维克森林大学亚马逊科学创新中心(CINCIA)的研究人员发现,使用生物炭加肥料可以提高树苗的高度和直径,并增加新苗能够生长的叶片数量。

研究报告的共同作者,CINCIA科学副主任,Wake Forest的Andrew Sabin总统保护生物学主席Miles Silman在新闻发布会上说:“树苗生命中最困难的时期是移植后的最初几个月。”

“但是,只需要一点点的生物炭就可以为土壤带来美妙的效果,当你添加有机肥时,它真的会发光。”

这项研究发表在森林杂志上,是基于在亚马逊地区进行的一项名为Madre de Dios的研究,该地区是秘鲁非法采金贸易的中心。

上面的视频由CINCIA制作,用于其西班牙语外展工作,以展示生物炭如何由巴西坚果壳,可可豆壳和锯末等物质制成。

“这些是我们必须恢复的景观类型,我们仍在努力确定如何在其中种植植物,”西尔曼说。“这种土壤对自然再生非常有限,但用生物炭处理它们会使它成为植物可以生长的东西。这对生物多样性有益,对那些必须靠土地谋生的人也有好处。”

生物炭与木炭、草木灰有何不同?

生物炭是农林废弃物等的生物质在缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物,一般含有60%以上的碳元素,还含有氢、氧、氨、硫等其他主要元素。

生物炭区别于木炭,生物炭原料来源可以是大多数的生物质,而木炭是木材在隔绝空气的条件下干馏得到的具有木材原来形状且质硬和多孔的炭;它也不是草木灰,生物炭是在缺氧条件下热裂解生成的,而草木灰是植物(草本和木本植物)完全燃烧后的灰烬。

生物炭与木炭、草木灰有何不同?在土壤培肥改良上有什么作用?

  生物炭概念源于对亚马孙流域先民留下的“亚马孙黑土”增产作用明显的研究,经研究证实,这种黑色土壤富含稳定的生物炭,是土壤肥沃和作物增产的主要原因。生物炭在农业上普遍应用于土壤培肥与改良。其在土壤培肥与改良的主要作用有:

①生物炭除了含有大量碳,还含有一定量的矿质养分,可增加土壤中矿质养分含量,如磷、钾、钙、镁及氮,特别是畜禽粪便生物炭具有较高矿质养分,对贫瘠及沙质土壤的培肥作用明显。

②生物炭大多呈碱性,可以作为石灰替代物,提高酸性土壤pH,改良酸性土壤。

③生物炭具有一定的吸水能力,尤其是氧化后的生物炭可提高沙质土壤的持水量,从而改善土壤保水性。

④生物炭具有离子吸附交换能力及一定吸附容量,可改善土壤的阳离子或阴离子交换量,从而可提高土壤的保肥能力。

⑤生物炭的孔隙结构及水肥吸附作用使其成为土壤微生物的良好栖息环境,为土壤有益微生物提供保护,促进有益微生物繁殖及活性。

⑥与有机肥相比,生物炭在土壤中的稳定性很强,有机肥年矿化率为30%~40%,高温地区年矿化率甚至70%以上,而生物炭矿化过程可能长达数百年或更久,还田后不会因其自身分解而对土壤产生潜在危害,能持续发挥土壤改良与培肥作用。

生物炭用于农业可改良和培肥土壤,提高土壤作物生产率,促进土壤可持续利用及作物增产。在总结全球各地开展的相关研究时发现,当生物炭施用量在50吨/公顷(按纯碳计算)以下时,对作物产量的作用基本都是正向的。但考虑成本问题,在北京市大兴区长子营镇综合实验站的研究发现,生物炭用量在15~30吨/公顷(以生物炭计算,1~2吨/亩),一年施用一次,连续施用3年,生物炭对土壤的培肥与改良能达到显著效果。

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