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给农业和环境领域带来哪些魔力?

生物技术 时间:2022-06-19 07:34:53 作者:莫敖坤
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给农业和环境领域带来哪些魔力?


引言

生物炭是近些年来近年来农林、环境及能源诸多研究领域关注的焦点,生物炭为废弃生物质利用、生物能源生产、土壤改良培肥、肥料创新、温室气体减排等提出了综合解决方案。

什么是生物炭?生物炭是生物有机材料(也称为生物质)在无氧或低氧环境中低温热裂解后的固体产物[1]。和传统工艺生产的黑炭或者颗粒碳相比,现代热裂解工艺生产的炭往往为粉状颗粒。

生物炭在环境领域的应用

2020年9月22日,习近平主席在联合国大会上向世界承诺中国将提高应对气候变化的国家自主贡献度,力争在2030年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和。化石燃料的人为排放是造成温室效应的最主要因素,因此减少化石能源的使用显然是当务之急。但是由于一些排放是不可避免的,所以如何从大气中吸收CO2并将之妥善封存,成为了全世界都需要认真考虑的问题。

给农业和环境领域带来哪些魔力?


碳封存还需要考量很多问题,首先CO2的净回收必须是长期和大量的,这里必须要强调,森林并不是一个长期的碳汇,一个成熟森林最终也会释放与它们吸收的一样多的CO2。其次这个过程必须稳定可靠,同时要考虑大规模泄漏的风险,在其他封存方式中,储存的碳可能会被释放出来,比如森林火灾、将免耕改回传统耕作方式,或者地质储存碳发生泄漏。生物炭是近些年能满足长期大量净回收CO2且安全可靠的技术之一。

Terra Preta土壤及土壤黑炭研究表明[2],生物炭在土壤中可保持长达百年至数千年,生物炭是稳定的碳固定载体。美国康奈尔大学教授 Lehmann曾在 Nature杂志上撰文写道,植物通过光合作用吸收CO2,合成并转化成碳水化合物储存在植物体内,然后在无氧或缺氧条件下将这些植物体热解处理,炭化后得到的生物炭可重新施入并封存于土壤中,以达到固碳的目的,他乐观地估计,生物炭每年最多可吸收10亿t温室气体[3]。

[注1]零废弃生物炭作为可持续发展的碳中和工具

给农业和环境领域带来哪些魔力?


[注1]零废弃生物炭作为可持续发展的碳中和工具

生物能源虽然可以减少对于化石能源的依赖,但是也仅仅是碳中和的技术,通过生物光合作用固定大气CO2形成的生物有机物,再转化为能源物质利用后仍会将CO2释放到大气中,并且使用耕地种植作物产生的粮食来形成生物能源,存在危害粮食安全的可能。但生物炭技术,并不存在上述风险,生物炭可以用作土壤改良剂返还给农田,可有效改善土壤理化性质与微生态环境,修复污染土壤,提高土壤生产性能、作物产量和品质。这种“取之于农,用之于农”的循环经济模式,有利于促进农业的可持续发展。

生物炭在农业领域的应用

早在 19 世纪,生活在亚马逊河流域的人们就发现了一种特殊的“黑土壤”并开始在农业上使用,当地人将其称为“印第安人黑土”[4]。这种土壤含有丰富的生物炭及其他有机物质,具有很强的恢复土壤生产力的能力,这也是生物炭最早的应用。

经过现代研究证明,生物炭在农业上有诸多用武之地[5]。

生物炭富含有机碳,可以增加土壤有机碳含量,以及土壤有机质或腐殖质含量,故而提高土壤的养分吸持容量。

生物炭多数呈碱性,或者具有较大石灰当量值,可以作为石灰替代物,通过提高土壤碱基饱和,消耗土壤质子而提高酸性土壤pH值,因此,可改良酸性土壤一些养分的有效性。

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,从而改善土壤持水能力。

给农业和环境领域带来哪些魔力?


生物炭具有高的吸附能力、土壤阳离子交换量及化学反应性,因此,生物炭可作为肥料缓释载体,可延缓肥料养分在土壤中的释放,降低肥料养分的流失及固定等损失,提高肥料养分利用率。

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。

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