生物质炭对土壤有机碳分解产生负激发效应的机制包括:(1)生物质炭中含有一定量的可利用有机碳成分,微生物可能会优先利用这部分碳,从而减少了对原有机碳的分解;(2)生物质炭含有一定量的有毒化合物(酚类),能抑制微生物对有机碳的分解活性;(3)生物质炭丰富的孔隙结构和比表面积对土壤有机质具有包裹和吸附作用,可能会隔离微生物及其产生的胞外酶与受保护的有机碳的接触,从而降低有机碳的分解;(4)生物质炭促进土壤有机-无机复合体的形成,从而增强土壤有机质的稳定性。而生物质炭对土壤有机碳分解产生正激发效应的原因可能是由于生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境,从而增加微生物的数量和活性,促进其对土壤有机碳的矿化分解。生物质炭对土壤碳库的影响除了其本身保留的碳外,还包括其对土壤原有机碳分解增加或减少的量。河北树苗生物质炭技术的应用
生物质炭是一种多孔质炭材料,外观黑色,形状主要有粉状和颗粒状。生物质炭根据原料来源不同,可以分为木炭、稻壳炭、秸秆炭等。秸秆炭理化特性:每千克炭中合钾53g、氮4.3g、磷2.6g、镁3.52g、微量元素铜0.015g、铁0.58g、锌O.11g,比表面积171m2/g。生物质炭具有发达的孔隙结构,较大的比表面积,特异的表面官能团,稳定的物理和化学性质,能耐酸碱,能经受水湿、高温及高压,特别是制成活性炭后,是优良的吸附、净化材料、也可以作为催化剂或催化剂载体。生物质炭的制备方法简单多样,包括高温热解、水热碳化、传统碳化等类型。制备场地也灵活多样,从大型工业到小型家庭规模,甚至在农田场地都可以制得。因此,其在应用和推广方面具有优势。不过,目前生物质炭的有效性取决于其物理和化学特性,而这些特性受到废弃物本身的可利用性和生产加工制造等因素的影响,对其机理还需进一步系统研究。福建生物质炭培养方法秸秆生物质炭可以改善土壤结构,提高土壤肥力,增加作物产量。
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。生物质炭可以去除环境中的污染物,还可以吸附游离碳和氮化合物,减少生物质在转化过程中温室气体的排放。
废弃物生物质炭化利用过程将一大部分绿色植物光合产物碳以生物质炭的形式固定下来,与直接燃烧或还田相比,有机碳的周转时间大幅度延长,将大气二氧化碳更长时间地封存于土壤。有研究表明,生物质炭稳定性强,在土壤中至少存留几百年。其次,生物质炭化过程还回收利用了有机质中大部分的养分资源和一部分能量,既节约了能源,又减少了化学肥料施用,进而减少了化学肥料生产过程中的温室气体排放。第三,生物质炭施用后还能减少农田温室气体直接排放。对多个田间试验的数据整合分析发现,生物质炭施用后农田氧化亚氮和稻田甲烷排放分别降低13.6%和15.2%,每生产1千克谷物温室气体排放量减少3.5千克二氧化碳当量。按照2018年全国粮食产量6.58亿吨计,生物质炭施用当年全国温室气体排放可减少23亿吨二氧化碳当量。因此,生物质炭农业应用的碳中和潜力巨大。生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境。安徽环境修复生物质炭用途是什么
生物质炭在土壤中的长期固碳功能是生物质炭重要的功能之一。河北树苗生物质炭技术的应用
13C标记生物炭研究表明生物炭的固碳潜力由生物炭稳定性及其引起的激发效应决定。利用13C稳定性同位素标记的小麦秸秆制作成生物炭,研究了生物炭在不同土壤中的矿化速率及激发效应差异。研究结果表明:生物炭添加到四种类型的土壤中室内培养368天后,生物炭碳在不同土壤中的矿化量存在差异,寒区水稻土中为15.6mgC/kg土(0.25%),红壤性水稻土中为14.2mgC/kg土(0.23%),黄淮海中为10.4mgC/kg土(0.17%),低肥力红壤性水稻土中为9.92mgC/kg土(0.16%)。生物炭碳矿化量与土壤全钾(r=0.679)以及全碳(r=0.584)含量均有的正相关关系。生物炭在寒区水稻土以及黄淮海水稻土中引发了的负激发效应,激发效应量分别为-284mgC/kg土和-157mgC/kg土;而其在红壤性水稻土以及低肥力红壤性水稻土中引发正激发效应,但并不,激发效应量分别为33.3mgC/kg土和58.0mgC/kg土。生物炭激发效应量与土壤的电导率(r=-0.884)及pH(r=-0.824)成极的负相关关系。研究表明,在评估生物炭固碳潜力时,应综合考虑生物炭自身矿化速率和生物炭引发的土壤碳激发效应。河北树苗生物质炭技术的应用