云南水稻生物質(zhì)炭

生物炭(Biochar)是利用生物殘?bào)w在缺氧的情況下，經(jīng)高溫慢熱解(通常＜700℃)產(chǎn)生的一類難溶的、穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固態(tài)物[1]。生物炭多為顆粒細(xì)、質(zhì)地較輕的黑色蓬松狀固態(tài)物質(zhì)，主要組成元素為碳、氫、氧、氮等，含碳量多在70%以上。生物炭可溶性極低，具有高度羧酸酯化和芳香化結(jié)構(gòu)[2–3]，其原料來(lái)源，農(nóng)業(yè)廢棄物如雞糞、豬糞、木屑、秸稈以及工業(yè)有機(jī)廢棄物、城市污泥等都可作為其原料[4]。生物炭原材料尺寸的大小會(huì)影響到生物炭產(chǎn)率，主要表現(xiàn)為尺寸增大生物炭產(chǎn)量隨之增加。生物炭中的碳與土壤有機(jī)質(zhì)碳有何不同：生物炭中的碳高度芳香化，不易被生物利用；云南水稻生物質(zhì)炭

生物炭的理化參數(shù)主要包括：全碳含量、灰分含量、揮發(fā)成分含量、表面元素組成及表面官能團(tuán)種類和含量、表面負(fù)電荷含量等；結(jié)構(gòu)表征主要包括：表面形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)(如比表面積、孔容積和孔徑分布等。由于原材料、技術(shù)工藝及熱解條件等差異，生物炭在結(jié)構(gòu)、揮發(fā)成分含量、灰分含量、孔容、比表面積等理化性質(zhì)上表現(xiàn)出非常的多樣性，進(jìn)而使其擁有不同的環(huán)境效應(yīng)[。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者就生物炭的特性、環(huán)境行為和效應(yīng)、土壤性狀和產(chǎn)量、碳截留與溫室氣體減排及其對(duì)全球生物地球化學(xué)循環(huán)影響等領(lǐng)域已開展了大量研究。樹苗生物質(zhì)炭怎么培養(yǎng)改良酸性土壤，生物質(zhì)炭助力恢復(fù)土壤自然pH值。

生物炭的含碳量隨炭化溫度的不同而發(fā)生改變，生物炭性質(zhì)也受到制備溫度、加熱速率、通氣條件等條件的影響，以溫度影響較大。隨制備溫度的升高，生物炭產(chǎn)量下降，但其碳含量、灰分含量、比表面積以及孔隙度卻隨著溫度的升高而升高。裂解溫度與生物炭碳、灰分含量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.17和0.28。隨著裂解溫度的升高，生物炭碳含量和灰分含量都增大。生物炭碳含量和灰分含量呈極負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為–0.77。因?yàn)闊崃呀鉁囟仍龈?，易熱解含碳化合物殘留降低，生物炭中難分解碳物質(zhì)比例相應(yīng)增高，固定碳含量增大，繼而碳含量增多。熱裂解溫度升高，有機(jī)物損失增大，灰分在生物炭中含量相應(yīng)增大，由1404植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)22卷于灰分是堿性物質(zhì)，生物炭pH因生物質(zhì)熱解溫度增高而提高。生物炭碳含量高意味著被氧化為無(wú)機(jī)灰分的部分減少，反之亦然。

13C標(biāo)記生物炭研究結(jié)果表明生物炭穩(wěn)定性可用0.1M的K2Cr2O7與0.2M的H+混合溶液在100°C下氧化2小時(shí)法測(cè)定生物炭穩(wěn)定性決定了它在土壤中分解速率和固碳減排效果，深受國(guó)內(nèi)外科學(xué)家關(guān)注。生物炭種類受物料和制備方法影響，種類繁多。研究生物炭穩(wěn)定性有長(zhǎng)期礦化培養(yǎng)法，費(fèi)時(shí)肥力，而且不可能窮盡所有生物炭。有采用0.01MH2O2在80°C條件下氧化兩天的方法，有采用K2Cr2O7和KMnO4化學(xué)氧化法測(cè)定的。有用H/C及O/C的比值來(lái)衡量的，但這些指標(biāo)能定性或者半定量的比較不同生物炭之間的相對(duì)穩(wěn)定性。因此研究生物炭的生物穩(wěn)定性及其定量方法對(duì)預(yù)測(cè)生物炭在土壤中的穩(wěn)定性意義重大。試驗(yàn)采用13C標(biāo)記秸稈制備13C標(biāo)記生物炭，土壤含水量為比較大持水量的60%，培養(yǎng)溫度為23±1°C，培養(yǎng)時(shí)間為368天。培養(yǎng)期間一共采氣21次，其中第1、4、10、22、84、133、197以及368天的氣體樣品用來(lái)分析13C豐度。研究結(jié)果表明0.1M的K2Cr2O7與0.2M的H+混合溶液在100°C下氧化2小時(shí)的化學(xué)方法氧化掉的生物炭碳量與生物炭100年后在土壤中的礦化量較為一致（R2>0.99；REMS=2.53；RD=15.3）。此研究結(jié)果提供了一種可靠、有效、廉價(jià)且易操作的方法來(lái)預(yù)測(cè)生物炭在土壤中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。生物炭通過(guò)改善土壤pH值和持水能力、提高陽(yáng)離子交換能力和改善微生物群落結(jié)構(gòu)來(lái)減少土壤氮損失。

生物質(zhì)炭不僅是含碳量豐富的穩(wěn)定物質(zhì)，而且具有多孔結(jié)構(gòu)、容重小、比表面積大和吸附能力強(qiáng)等特性，在自然條件下通常呈堿性。由于生物質(zhì)炭的容重遠(yuǎn)低于礦質(zhì)土壤，其添加往往可以降低土壤的容重。生物質(zhì)炭的孔隙分布、顆粒大小以及在土壤中的移動(dòng)都可以影響土壤孔隙結(jié)構(gòu)，其多孔結(jié)構(gòu)使表層土壤孔隙度增加，進(jìn)而促進(jìn)微生物的活動(dòng)和植物根系的生長(zhǎng)。生物質(zhì)炭可以吸附和保持土壤水分，增強(qiáng)水分的滲透性；其對(duì)土壤孔徑和分布的改變，可以影響土壤水分的滲濾模式、停留時(shí)間和流動(dòng)路徑。生物質(zhì)炭的添加不僅有利于土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的改善和穩(wěn)定，其自身也因團(tuán)聚體的物理保護(hù)作用而得以在土壤中長(zhǎng)期存留。吸附土壤中的農(nóng)藥，生物質(zhì)炭減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。上海定制生物質(zhì)炭豐度控制

生物質(zhì)炭培養(yǎng)為環(huán)境修復(fù)帶來(lái)希望，功能實(shí)用，可促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。意義深遠(yuǎn)，優(yōu)勢(shì)明顯。云南水稻生物質(zhì)炭

廢棄物生物質(zhì)炭化利用過(guò)程將一大部分綠色植物光合產(chǎn)物碳以生物質(zhì)炭的形式固定下來(lái)，與直接燃燒或還田相比，有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)時(shí)間大幅度延長(zhǎng)，將大氣二氧化碳更長(zhǎng)時(shí)間地封存于土壤。有研究表明，生物質(zhì)炭穩(wěn)定性強(qiáng)，在土壤中至少存留幾百年。其次，生物質(zhì)炭化過(guò)程還回收利用了有機(jī)質(zhì)中大部分的養(yǎng)分資源和一部分能量，既節(jié)約了能源，又減少了化學(xué)肥料施用，進(jìn)而減少了化學(xué)肥料生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放。第三，生物質(zhì)炭施用后還能減少農(nóng)田溫室氣體直接排放。對(duì)多個(gè)田間試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整合分析發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭施用后農(nóng)田氧化亞氮和稻田甲烷排放分別降低13.6%和15.2%，每生產(chǎn)1千克谷物溫室氣體排放量減少3.5千克二氧化碳當(dāng)量。按照2018年全國(guó)糧食產(chǎn)量6.58億噸計(jì)，生物質(zhì)炭施用當(dāng)年全國(guó)溫室氣體排放可減少23億噸二氧化碳當(dāng)量。因此，生物質(zhì)炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用的碳中和潛力巨大。云南水稻生物質(zhì)炭