生物炭在農(nóng)田土壤修復(fù)方面的應(yīng)用

1、生物炭在農(nóng)田土壤修復(fù)方面的應(yīng)用河北師大化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院農(nóng)業(yè)項目組 盛建維1、 生物炭概述 生物炭是生物有機材料（生物質(zhì)）在缺氧或絕氧環(huán)境中，經(jīng)低溫?zé)崃呀夂笊傻墓虘B(tài)產(chǎn)物。既可作為高品質(zhì)能源、土壤改良劑，也可作為還原劑、肥料緩釋載體及二氧化碳封存劑等，已廣泛應(yīng)用于固碳減排、水源凈化、重金屬吸附和土壤改良等，可在一定程度上為氣候變化、環(huán)境污染和土壤功能退化等全球關(guān)切的熱點問題提供解決方案，屬于秸稈廢棄資源高值化利用的范疇。 生物炭不是一般的木炭，是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環(huán)境下，通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農(nóng)作物廢物碳化。這種由植物形成的，以固定碳元素為目的的木炭被科學(xué)家們稱

2、為“生物炭”。它的理論基礎(chǔ)是：生物質(zhì)，不論是植物還是動物，在沒有氧氣的情況下燃燒，都可以形成木炭。 生物炭是一種經(jīng)過高溫裂解“加工”過的生物質(zhì)。裂解過程不僅可以產(chǎn)生用于能源生產(chǎn)的氣體，還有碳的一種穩(wěn)定形式木炭，木炭被埋入地下，整個過程為“碳負性”（carbon negative）。生物炭幾乎是純碳，埋到地下后可以有幾百至上千年不會消失，等于把碳封存進了土壤。生物炭富含微孔，不但可以補充土壤的有機物含量，還可以有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力。事實上，之所以肥沃的土壤大都呈現(xiàn)黑色，就是因為含碳量高的緣故。英國環(huán)保大師詹姆斯拉夫洛克稱，生物炭是減輕災(zāi)難性氣候變化的唯一希望。研究人員也表示，生物炭

3、也能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，減少對碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞結(jié)構(gòu)十分容易聚集營養(yǎng)物質(zhì)和有益微生物，從而使土壤變得肥沃，利于植物生長，實現(xiàn)增產(chǎn)的同時讓農(nóng)業(yè)更具持續(xù)性。更妙的是，它把碳鎖定在生物群內(nèi)，而非讓它排放到空氣中。 制作生物炭的現(xiàn)代方法是在低氧環(huán)境下用高溫加熱植物垃圾，使其分解。日前，氣候?qū)＜艺业搅烁鍧嵀h(huán)保的方式，進行工業(yè)規(guī)模二氧化碳固定，利用巨型微波熔爐將二氧化碳封存在“生物炭”中，然后進行掩埋。這種特制“微波爐”將成為戰(zhàn)勝全球變暖的最新利器。因此，該技術(shù)每年可以減少向空氣中排放幾十億噸二氧化碳。日前不少人將生物炭技術(shù)視為目前為止解決氣候變暖問題的“尚方寶劍”，一種“氣候變化減緩”戰(zhàn)略和

4、恢復(fù)退化土地的方式。有些專家甚至聲稱，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢復(fù)到工業(yè)化之前的二氧化碳水平。 近年，生物炭作為一類新型環(huán)境功能材料引起廣泛關(guān)注，其在土壤改良、溫室氣體減排以及受污染環(huán)境修復(fù)方面都展現(xiàn)出應(yīng)用潛力，為解決糧食危機、全球氣候變化等環(huán)境問題，提供了新的思路。此外，生物炭還在獲取生物質(zhì)能、廢棄生物質(zhì)資源化以及碳排放貿(mào)易等方面有著重要地位。近年來學(xué)界關(guān)于生物炭在土壤肥力改良、大氣碳匯減排以及土壤污染修復(fù)等方面的研進展， 并扼要分析了生物炭研究的前景和方向，為生物炭技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供一定的思路。2、 生物炭的結(jié)構(gòu)和基本特性 生物炭的組成元素主要為碳、氫、氧等，而且以高度富

5、含碳( 約 70% 80% ) 為主要標(biāo)志，可以視為纖維素、羧酸及其衍生物、呋喃、吡喃以及脫水糖、苯酚、烷屬烴及烯屬烴類的衍生物等成分復(fù)雜各異的含碳物質(zhì)構(gòu)成的連續(xù)統(tǒng)一體，其中烷基和芳香結(jié)構(gòu)是最主要的成分。從微觀結(jié)構(gòu)上看，生物炭多由緊密堆積、高度扭曲的芳香環(huán)片層組成，X 射線表明其具有亂層結(jié)構(gòu)( turbostratic structure)。生物炭表面多孔性特征顯著，因此具有較大的比表面積和較高的表面能。表面極性官能團較少，主要基團包括羧基、酚羥基、羰基、內(nèi)酯、 吡喃酮 、酸酐等，構(gòu)成了生物炭良好的吸附特性。隨著研究的推進，研究者還發(fā)現(xiàn)生物炭具有大量的表面負電荷以及高電荷密度的特性由于原材料、

6、技術(shù)工藝及熱解條件等差異、生物炭在結(jié)構(gòu)和 pH、揮發(fā)分含量、灰分含量、持水性、表觀密度、孔容、比表面積等理化性質(zhì)上表現(xiàn)出非常廣泛的多樣性，進而使其擁有不同的環(huán)境效應(yīng)和環(huán)境應(yīng)用。目前，學(xué)界普遍認為生物炭的原材料和熱解溫度對炭質(zhì)理化性質(zhì)和環(huán)境功能影響最為顯著。前體原料成分是決定生物炭組成及性質(zhì)的基礎(chǔ)，如動物生物質(zhì)來源與植物生物質(zhì)來源的生物炭相比，C /N 比例較低，灰分含量更高，導(dǎo)致生物炭的陽離子交換量( Cationic Exchange Capacity， CEC) 和電導(dǎo)率( electricalconductivity， EC) 更高。關(guān)于生物炭熱解溫度對其環(huán)境應(yīng)用特性的影響一直是研究的熱

7、點，如 Antal 等曾經(jīng)討論了溫度對炭質(zhì)材料的孔結(jié)構(gòu)比表面積和吸附特性之間的關(guān)系，并根據(jù)生物質(zhì)熱解情況分為 250 、250 290 、 290 3 個機理顯著不同的階段。三、生物炭對有機污染物的吸附行為 目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對有機污染物在含有生物炭的土壤 /沉積物上的吸附/解吸研究比較成熟， 對生物炭的吸附機理看法也相對一致。多數(shù)研究人員采用二元吸附模式( Dual-mode Sorption) 來描述含有生物炭的土壤 /沉積物上的吸附 /解吸過程， 認為土壤中存在著兩種不同吸附特性的土壤有機質(zhì) : 一部分是無定形有機質(zhì) ( AOM)，即通常認為的“軟碳 ”，具有松散的非剛性橡膠質(zhì) 結(jié)構(gòu)， 對

8、有機污染物吸附機理常以線性分配為主；另一部分是包含生物炭在內(nèi)的含碳質(zhì) 地吸附劑 ( CG) ， 即通常認為的“硬碳 ”、 具有致密的剛性玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)、對有機污染物吸附機理常以非線性表面吸附為主。而有機污染物被吸附的具體機理則由兩種碳的比重決定。3.1生物炭對土壤 /沉積物中有機污染物的吸附具有以下特點:(1 ) 吸附容量大， 具有顯著的非線性。專家比較其與土壤對敵草隆的吸附作用 ， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)敵草隆含量在 06 mg L 1 范圍時， 作為生物炭重要來源的植物熱解灰分的吸附效果是土壤的 4002500倍， 且當(dāng)前者的含量大于 005% 時生物炭吸附效果即起主導(dǎo)作用。而 Nguyen 等對底泥中的生物

9、黑炭含量進行測定， 認為底泥中具有超強吸附能力的生物炭成分的大量存在是導(dǎo)致環(huán)境中有機污染物的分配系數(shù)增大的原因。(2) 存在明顯的競爭作用。 如研究人員觀察到， 土壤 /沉積物中的生物炭與純凈的生物炭相比， 對有機污染物的吸附常數(shù)要小一個數(shù)量級， 他們認為這種衰減可能源于生物炭吸附時土壤有機物與有機污染物的競爭作用。這種競爭作用 還表現(xiàn)在污染物之間 ， 如有研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)有芘和蒽存在時， 菲在生物炭上的吸附系數(shù)( KF) 由 106.05 分別下降到 105.24 和 104.60，而且菲的吸附隨著共存多環(huán)芳烴濃度的增加， 下降程度加。(3 ) 吸附機理取決于生物炭的成分和組成。 例如，吳成等

10、發(fā)現(xiàn)低溫?zé)峤獾玫降纳锾恐袩o定型組分含量相對較高， 此時菲在生物炭上遵從線性分配機理， 其吸附容量、 解吸遲滯和最大不可逆吸附量都較低，而較高溫度下得到的生物炭高度芳構(gòu)化， 濃縮型組分居于主要地位， 吸附機理趨于非線性表面吸附， 其吸附容量、 解吸遲滯和最大不可逆吸附量都顯著升高 此外， 研究發(fā)現(xiàn)， 對于在低溫或者加熱時間較短獲得的生物炭， 因為含有較多的無定形結(jié)構(gòu)， 不能忽略線性分配的貢獻。部分專家認為隨著熱解溫度的提高， 生物炭由比較靈活的脂肪相向比較緊密的芳香相過渡， 吸附從以線性分配為主 向 以 非 線 性 吸 附 為 主 轉(zhuǎn) 變， 并 且 指 出 反 映 芳 構(gòu) 化 程 度 H /C

11、 比 與 反 映 非 線 性 程 度 的Freundlich 指數(shù)具有良好的相關(guān)關(guān)系， 因此可將 Freundlich 指數(shù)作為對熱解溫度的指示。(4) 動力學(xué)過程存在明顯的快階段和慢階段，有機污染物在生物炭上的吸附由多個過程控制。 如周尊隆等研究生物炭對菲的吸附動力學(xué)后認為， 菲在生物炭樣品上的吸附動力學(xué)過程可以分為極快、 快和慢 3 個階段， 在菲從水相向各個生物炭組分的遷移過程中 ， 經(jīng)歷了水膜擴散、 吸附劑顆粒表而擴散和吸附劑內(nèi)部微孔擴散等多個過程， 具有過程的復(fù)雜性和多樣性。3.2生物炭對重金屬的吸附行為 目前，關(guān)于生物炭對重金屬吸附行為的研究還比較少， 因此機理的闡述上還存在不同的

12、意見。有研究認為， 生物炭對重金屬離子主要依靠表面吸附。生物炭具有較大的比表面積和較高表面能，有結(jié)合重金屬離子的強烈傾向 ， 因此能夠較好地去除溶液和鈍化土壤中的重金屬。如吳成等研究了玉米秸稈燃燒物提取的生物炭對汞、 砷、 鉛和鎘離子的吸附， 認為生物炭對重金屬離子的吸附為親合力極弱的非靜電物理吸附， 是可逆吸附， 并且金屬離子水化熱越大， 水合金屬離子越難脫水， 越不易與生物炭表面位反應(yīng)。專家比較了動物糞肥在 200 和 350 下燒制的生物炭與商品活性炭對 Pb 的吸附效果，認為生物炭對 Pb 的吸附機制可以用表面配合吸附沉淀機制描述: 一方面， 生物炭富含磷元素以及施用后 使 溶 液 p

13、H 提 高， 導(dǎo) 致 Pb 在 富 含 磷 酸 鹽 和 碳 酸 鹽 的 環(huán) 境 下 形 成 諸 如 Pb3 ( CO3 ) 2 ( OH ) 2、-Pb9 ( PO4) 6 等沉淀而降低 Pb 在溶液中的有效性; 另一方面， 生物炭富含 電子基團和含氧官能團， 能直接從溶液中吸附 Pb2 + 。他通過兩種機制在 Langmuir-Langmuir 二元模型下各自擬合的最大吸附量得出 ， 84% 87% 的 Pb2 + 通過與生物炭中富含的磷酸鹽和碳酸鹽發(fā)生沉淀作用而被吸附， 僅 13 % 16%的 Pb2 + 通過表面配合吸附作用被吸附。生物炭對重金屬的吸附存在以下特點:(1 ) 吸附能力強。

14、在 200 條件下提取的生物炭對 Pb2 + 的吸附量達到 680 mmol kg 1 ，是活性炭吸附效果的 6 倍。(2) 吸附效果同生物炭的燒制溫度和前體材料有關(guān)。專家認為所有由糞肥制造的生物炭隨溫度變化的特點相似， 比表面積 、 含碳量以及 pH 都隨著溫度的升高而升高， 100 溫度下燒制的生物炭能夠吸附 93 % 的 Pb2 + ， 而 200 和 350 幾乎能夠吸附溶液中所有的 Pb2 + 。Liu 等在 300 下用水熱法燒制的以松木和稻糠為材料的生物炭在 318 K 的環(huán)境中對 Pb2 + 的吸附量分別為 4 25 mg g 1 和2 40 mg g 1 Pb2 + 或 Cd

15、2 + 吸附初始添加濃度相同時， 熱解溫度為 150 300 時， 生物炭中極性基團含量增加， 生物炭吸附 Pb2 + 和 Cd2 + 的量增大; 熱解溫度為300 500 時， 生物炭中極性基團含量減少。四、生物炭改良土壤肥力研究4.1研究現(xiàn)狀 對生物炭提升土壤肥力的報道最初見于對南美亞馬遜流域黑土 terra preta 的研究中。這種高質(zhì)量黑色壤土是當(dāng)?shù)鼐用裣热藷粕锾抠|(zhì)改良之后的耕作土， 其生物炭平均含量超出周圍土壤的 4 倍， 部分地區(qū)甚至高達 70 倍。早在 1879 年， Herbert Smith 在其出版的Scribners Monthly 一書中就注意到當(dāng)?shù)責(zé)煵莺透收岬母?/p>

16、饒多產(chǎn)與富含生物炭的黑土密切相關(guān)。自從 20 世紀(jì) 40 年代確認黑土的產(chǎn)生源于人工之后， 作為一種肥沃的土地資源， 人們對它的研究一直在進行 被譽為“生物炭教父”的 WimSombroek 于 1966 年在其專著Amazon Soils 中詳細描述了黑土的分布和特性 之后其大量的著作中進一步概括了生物炭在改良土壤肥力和儲存大氣碳匯等方面的作用目前關(guān)于生物炭改良土壤肥力的研究已經(jīng)擴展到生態(tài)系統(tǒng)高度， 如 Laird 等40 認為傳統(tǒng)的獲取生物能源的熱解技術(shù)將生物質(zhì)與土壤系統(tǒng)隔離， 是以消耗土壤有機質(zhì)和降低土壤肥力為代價的， 而生物炭還田既可以補償土壤有機質(zhì)的消耗， 又能夠改良土壤肥力， 從而

17、實現(xiàn)能量和物質(zhì)的循環(huán)效益最大化 現(xiàn)在， 研究人員普遍觀察到生物炭對植株產(chǎn)量的影響。4.2 生物炭改良土壤機理 生物炭能夠增加土壤肥力， 提高作物產(chǎn)量， 是學(xué)者們通過觀察大量實驗現(xiàn)象得出的事實， 但具體機理還有待探究， 目前文獻認為可能的原因有如下幾點: 首先， 生物炭能夠顯著提高土壤 pH、 改變土壤質(zhì)地、 增大鹽基交換量， 從而引起土壤 CEC 增加。同時 Lehmann 等。還認為由于生物炭含有豐富的芳環(huán)結(jié)構(gòu)和羥羧基等基團， 顯著增加了離子交換的位點， 其表面交換活性更高， 因此施加生物炭之后， 土壤的 CEC 水平顯著提高， 影響植物對營養(yǎng)元素的吸收效果。施用生物炭能夠促進土壤有機質(zhì) (

18、 Soil Organic Matter， SOM) 水平的提高，一方面生物炭能吸附土壤有機分子， 通過表面催化活性促進小的有機分子聚合形成 SOM， 另一方面生物炭本身極為緩慢的分解有助于腐殖質(zhì)的形成， 通過長期作用促進土壤肥力的提高。如 Glaser 等認為在熱帶地區(qū)， 含有生物炭的土壤由于其高度的化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性， 相較其它形式的有機質(zhì)更難以在高溫高濕環(huán)境下被分解， 從而提高了 SOM 含量， 成為其重要的“庫”另外， 生物炭能夠有效調(diào)控土壤中營養(yǎng)元素的循環(huán) 生物炭獨特的表面特性使其對土壤水溶液中的 NH4+ -N， NO3 -N、 K、 P及氣態(tài) NH3 等不同形態(tài)存在的 營養(yǎng)元

19、素有很強的吸附作用 ， 同時， 施加生物炭之后土壤的持水能力和供水能力得到提高， 生物炭通過減少水溶性營養(yǎng)離子的溶解遷移避免營養(yǎng)元素的淋失， 并在土壤中持續(xù)而緩慢地加以釋放， 相當(dāng)于營養(yǎng)元素的緩釋載體， 從而達到保持肥力的效果。如 Laird 等觀察了在施用豬糞的溫帶農(nóng)業(yè)土中添加不同含量生物炭對營養(yǎng)元素淋濾效果的影響， 發(fā)現(xiàn)濾出液中的 N、 P、 Mg 和 Si 總量隨生物炭添加量的增加而顯著降低， 添加20 g kg 1 生物炭更是能夠減少總 N 濾出量的 11 % 和可溶性 P 濾出量的 69% ， 保肥效果十分明顯 生物炭能夠通過調(diào)節(jié)硝化和反硝化過程避免氮素流失， 如 DeLuca 等5

20、9 實驗發(fā)現(xiàn)在同等 NH4+ 供應(yīng)水平下， 施加生物炭能夠使土壤中 NO3 含量加倍， 他推測生物炭能夠吸附去除土壤中某些硝化作用的抑制劑解除抑制作用 ， 促進硝化作用 此外， 生物炭具有多孔和低密度的特性， 施用后能改善土壤通氣狀況，降低厭氧程度， 從而抑制反硝化作用。生物炭和其它有機或無機肥料配合施用 ， 作物增產(chǎn)效果更佳，Chan 等對比了生物炭和氮肥對蘿卜的交互作用 ， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在施用氮肥條件下， 添加生物炭的作物產(chǎn)量增加 120% 。生物炭的多孔性和表面特性能夠為微生物生存提供附著位點和較大空間 ， 同時調(diào)控土壤微環(huán)境的理化性質(zhì) ， 影響和調(diào)控土壤微生物的生長、 發(fā)育和代謝， 進而改

21、善土壤肥力。 例如 Pietikainen 等描述了生物炭對土壤中腐殖質(zhì) pH 值和腐殖質(zhì)中微生物群落生長率的影響效果， 認為生物炭通過增加 pH 提高微生物群落的呼吸代謝速率， 改善微生物對基質(zhì)的利用格局， 進而改良土壤肥力。 Graber 等實驗認為施加生物炭能增加微生物群落， 因此提高植物的生物量， 同時增強植物對病害的抗性。 Grossman 等比較觀察了含生物炭和不含生物炭的土中微生物群落的種類， 發(fā)現(xiàn)含有生物炭的土不論種類和用途其微生物種類基本相同， 而且和不含生物炭的土中微生物種類大有不同 ， 說明生物炭對微生物的群落分布具有一定的控制作用。最后， 生物炭能改變有毒元素的形態(tài)，

22、降低有毒元素對作物以及對環(huán)境的危害， 有助于植株正常發(fā)育。許多學(xué)者認為，施用生物炭能顯著增大土壤 pH， 由此降低 Al 、 Cu 、 Fe 等重金屬可交換態(tài)的含量，與此同時增加 Ca 和 Mg等植物必需元素的可利用性， 一方面減輕了有害元素對作物生長過程中的傷害， 另一方面增加了植物對營養(yǎng)元素的攝取， 從而促進了植株的生長。五、生物炭在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的依據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途，生物炭的這些特點使其用途變得極為廣泛。參考木炭的用途，生物炭也可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、環(huán)保、衛(wèi)生、保健等眾多領(lǐng)域。但用農(nóng)作物秸稈等廢棄物制成的生物炭，因其灰分含量高，應(yīng)用會受到一定的限制

23、，而在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用卻可以取長補短，發(fā)揮其最大作用。生物炭是一種多孔體，通氣性和透水性特別好；容重小，表面積大，吸水、吸氣能力強，有利于保水保肥；除含有大量的高分子碳水化合物之外，還含有多種礦物質(zhì)營養(yǎng)，可提供作物所需的營養(yǎng)元素，提高土壤肥力；生物炭可以調(diào)節(jié)土壤的PH值和水、肥、氣、熱狀況；生物炭還可以改善微生物生存環(huán)境，為許多重要微生物的生長和繁殖提供了有利的條件。微生物呼吸釋放的CO2可以提高作物附近的CO2濃度，在白天增強光合作用，增加有機物的積累，在夜里抑制呼吸作用，減少有機物的消耗，從而達到作物增產(chǎn)的效果。微生物的代謝可為作物的生長提供氮肥，減少氮肥的使用量。這對整個環(huán)境的影響是巨大的，

24、因為氮肥釋放的N2O對溫室效應(yīng)的影響要比CO2高出300多倍。生物炭施入土壤以后利用自身超強的吸附性像海綿一樣把土壤中作物生長所需要的營養(yǎng)元素吸附在它周圍，一是可以防止流失，二是可以達到緩釋的效果，這對作物的生長極為有利。生物炭的副產(chǎn)品木醋液，呈弱酸性，有機質(zhì)含量豐富，滲透性很強，與葉面肥或農(nóng)藥混合使用可提高兩者的利用率，減少使用量，從而減少化肥和農(nóng)藥的殘留，使農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)有所提高。生物炭與木醋液的這些功能和特點，決定它在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的廣闊前景。六、生物炭在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的模式（1）、炭基有機肥模式生物炭與牲畜糞便混合發(fā)酵，然后烘干，摻上木醋液，制成優(yōu)質(zhì)的炭基有機肥。我國人口眾多，像國外那樣的養(yǎng)殖業(yè)

25、規(guī)模根本無法保障居民的飲食需要，所以我國的養(yǎng)殖業(yè)必須規(guī)?；非蟾弋a(chǎn)出、高品質(zhì)。我國的耕地資源又十分緊張，規(guī)模化養(yǎng)殖場附近根本不可能有足夠的耕地來消化利用這些養(yǎng)殖場排出的糞便，大量的養(yǎng)殖污水和養(yǎng)殖糞便無法得到安全處理，引發(fā)了一系列環(huán)境問題。我國發(fā)展有機農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)需要大量的有機肥料，有機肥料市場廣闊，發(fā)展前景良好，因此用牲畜糞便做有機肥符合循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式。但牲畜糞便含水量大，做有機肥需要烘干，經(jīng)過調(diào)查，烘干費用在有機肥的生產(chǎn)成本中占到15%左右。我們用剛出爐的熾熱的生物炭與濕的牲畜糞便混合先使一部分水分氣化，然后再干燥；生物炭的多孔結(jié)構(gòu)使與糞便混合干燥過程中傳熱性能提高，減少了能量的消耗

26、，降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)品也更具價格優(yōu)勢。生物炭多孔，利于微生物生長和繁殖，可以縮短發(fā)酵時間、提高發(fā)酵質(zhì)量；木醋液具有殺毒作用，可以殺死寄生蟲卵；所以兩者可以說是有機肥的“黃金搭檔”。生物炭和木醋液本身也含有很高的有機質(zhì)，這對土壤有機質(zhì)的提升也很有幫助，符合現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)對肥料的要求。（2）、炭基有機-無機復(fù)混肥模式生物炭與市面銷售的各種化肥進行摻混（主要是為了滿足各種農(nóng)作物對氮、磷、鉀等各種元素的需要）造粒，制成新型的炭基有機-無機復(fù)混肥料（表1），其中NPK的總含量15%，有機質(zhì)的含量30%。表：炭基有機-無機復(fù)混肥料的配方項目名稱生物炭木醋液粘合劑尿素磷酸二銨硫酸鉀肥禾谷類及葉菜類4

27、5%3%2%45%5%果樹類及果蔬類45%2.5%2.5%35%5%10%農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、增產(chǎn)離不開化肥，但作物對化肥的吸收利用率是有限的，目前中國農(nóng)業(yè)的科學(xué)施肥不是很普遍，由此造成的化肥流失、土壤板結(jié)和水體污染等十分嚴(yán)重。生物炭與化肥摻混造粒后，化肥與生物炭緊緊結(jié)合在一起，可以減少化肥的流失，緩釋肥效，從而提高化肥的利用率，減少化肥的用量。農(nóng)田多處的田間試驗表明，農(nóng)田土壤施用生物炭達到1公頃20噸時，大約可以減少10%的化肥施用量；在殘留化肥量較多的農(nóng)田土壤中，當(dāng)季甚至可以不用化肥只用生物炭就可達到高產(chǎn)的效果?；实纳a(chǎn)需要耗費大量的煤、石油、天然氣等不可再生能源，所以間接上也節(jié)約了大量的化石能

28、源，對環(huán)境也更有利?；适寝r(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基礎(chǔ)而且是最重要的物質(zhì)投入，化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本(物資費用加入工費用)中占25以上，占全部物資費用(種子、肥料、農(nóng)藥、機械作業(yè)、排灌等費用)的50左右。國家、地方和農(nóng)民都為此付出了很大的代價：農(nóng)民每年為購買化肥要支付1400億元(按耕地面積計算，每年平均每公頃在購買化肥方面為1005元)；國家和地方每年為進口化肥支付35億美元外匯；全國為增加化肥生產(chǎn)能力，每年投入160億元；每年為生產(chǎn)化肥消耗能源6545萬噸標(biāo)煤，占全國能源生產(chǎn)總量的5。由此可見提高化肥利用率，減少化肥使用量具有重要意義，而這恰恰歸功于生物炭。（3）、改良土壤的模式 生物炭的強吸附性可以吸附大

29、氣中的一部分水分和減少降雨時雨水的流失，最大量的將雨水吸附到它所在的可耕層，供作物的生長需要，使缺水干旱缺水地區(qū)的土壤能夠長出植被，防止沙漠化。木醋液（表2）作為生物炭生產(chǎn)過程中的一種副產(chǎn)品，每噸生物質(zhì)能夠產(chǎn)生250kg左右，數(shù)量巨大，如不安全適當(dāng)?shù)奶幚?，會造成二次污染。?jīng)過研究發(fā)現(xiàn)木醋液可以用來改良鹽堿土壤。上海市農(nóng)業(yè)工程學(xué)會將木醋液原液稀釋50倍，對崇明地區(qū)大棚內(nèi)鹽堿土改良進行試驗，結(jié)果表明土壤的PH值平均降低了1.84，EC值（可溶性鹽含量）平均降低了0.69。據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地的面積為9.5438億公頃，其中我國為9913萬公頃，所以利用木醋液來治理鹽堿土壤的前景和意義都非常巨大。表2：木醋液的檢驗數(shù)據(jù)木醋液PH密度（20）g/m揮發(fā)酚%有機酸%總有機質(zhì)含量%原液4.70.9981.13.87.9濃縮液2.61.1895.919.147.0試驗結(jié)果：土壤的PH值平均降低了1.84，EC值平均降低了