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草木炭能做啥?

浏览:743发表时间:2022-03-24 18:02

1.什么是草木炭

草木炭是生物炭的俗称。草木炭是由植物残体在缺氧或绝氧的情况下,经高温热解产生的富含碳素的固态物质,一般特指利用农林废弃生物质制成的炭。生物炭主要组成是碳、氢、氧和灰分,具有高度的芳香化结构、物理的热稳定性和生物化学的抗分解性。生物炭呈多孔状结构,具有较大的比表面积,吸附和持水能力较强。生物炭带负电荷,能形成电磁场,表面的羧基基团能够产生较大的阳离子交换容量。生物炭的灰分主要是硅、钾、钙、镁、磷、钠等元素,还有硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量元素,因生物质源和热解温度不同,灰分总质量分数占生物炭的25-75%,差别较大。生物质热解温度高低会影响生物炭的酸碱性,随着热裂解温度的升高,酸性基团下降,而碱性基团上升。所以,高温热解的生物炭呈碱性,而中低温热解的生物炭呈中性至弱碱性。

草木炭用于农业耕作已有久远历史,直到现在农村也有制作草木炭用作农田底肥,只是不能科学应用而已。但在科学界,生物炭的研究和应用一直没有得到足够重视,到20世纪90年代中后期,为了应对气候变暖,在寻求更有效降低大气二氧化碳浓度及化石燃料碳排放的技术过程中,科学家从Terra Preta研究中认识到了生物炭作为二氧化碳俘获和碳封存剂的重要性,进而才重视生物炭在改良土壤、改善肥料性能和促进农作物丰产的价值,以至于聚焦研究南美洲亚马逊盆地土地肥沃的成因。在哥伦布进入南美大陆之前,南美洲土著人就用草木炭作为改良当地高风化淋溶土壤的主要材料,这种黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。

草木炭对农业生产的价值主要表现在如下三个方面:

(1)提高肥效:生物炭的多孔性、高比表面积、高吸附性和高阳离子交换量,不仅能够吸持有机质养分,而且还可吸持氮、磷、钾等无机养分,能够控制养分缓慢释放,避免养分的挥发和流失,提高肥料的使用效率,节约施肥量。我国化肥平均有效利用率不到30%,肥料有效成分的流失,每年折合人民币高达1000多亿元,并且肥料有效利用率呈逐年下降趋势:上世纪90年代,氮磷钾的利用率分别是30-35%、15-20%和35-40%,而进入本世纪近几年,大田作物氮磷钾的有效利用率分别是21-28%、8-13%和25-30%,肥料浪费愈发严重,既制约了农业增产和农民增收,又污染了环境。全国地表和地下水总氮和总磷污染来源,农业贡献分别是57.2%和67.3%,形势非常严峻。利用草木炭的吸附作用,将草木炭与其它化肥复合生产缓控释肥料,可以显著遏制肥料养分流失,提高有效利用率1倍以上,对农业节约投入、增产增收和环境保护具有重要意义。

(2)提供养分:草木炭作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的来源,不仅能稳定土壤有机碳库,而且能够吸收温室气体二氧化碳,增加土壤活性有机碳源,促进农作物对碳的转化吸收。生物炭的灰分主要是硅、钾、钙、镁、磷、钠等元素,还有硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量元素,虽然不能满足农作物生长需要,但具有无机养分仿生化、平衡化的特点,可以为农作物提供全面的养分,既是化学肥料的补充,减少化肥使用量,又能提供农作物必须的、而普通复合化肥无法提供的微量元素,对农业平衡施肥、增产增收和保证作物品质具有重要作用。

(3)改良土壤:草木炭表面多孔、容重低、粘性小,能够降低粘质土壤的容重和硬度,改善土壤板结,提高土壤的透气性。草木炭可以增深土壤颜色,增加土壤吸热能力,进而提高土壤温度,促进农作物生根发芽。草木炭具有优良的吸附和持水能力,能够稳定和增加土壤团聚体,改良沙土质贫瘠土壤,增加持肥持水能力。草木炭能够改良土壤的酸碱度,改善土壤墒情。草木炭能够改善土壤微生物生长环境,提高微生物丰度,促进微生物对矿物分解和多糖分泌,提高土壤肥力。生物炭能够束缚土壤中的重金属和有毒物质,净化和吸收污染物,避免它们进入植物体,并且可以抑制土壤病虫害繁衍累积,对改善农作物品质有较好效果。

2.利用草木炭生产炭基肥料

生物炭基肥料(biochar based dertilizer)是近几年得到系统化研究和发展的肥料品种,其对农业生产的重要意义,已得到国际广泛认可和关注,开发研究和推广应用逐渐成熟,生产和使用逐渐科学、合理和规范。我国对生物炭基肥料的开发应用也非常重视和支持,我国在“十四五”期间要实现化肥施用零增长,甚至降低使用量15%,开发和应用具有长效缓释养分、增效增产、改善土壤和作物品质的生物炭基肥料是农业创新的战略决策之一,2016年农业部着手起草<生物炭基肥料>行业标准,同年12月23日迅速颁布,规定2017年4月1日开始实施。2020年农业部又颁布实施了<生物炭基有机肥料>标准NY/T3618-2020,进一步完善和规范生物炭基肥料的品种系列。相关生物炭基肥料的NY/T3041-2016 和NY/T3618-2020两个标准的颁布和实施,对生物炭基肥料的发展将起到重大推动作用。

农林生物质秸秆、谷壳、果壳、玉米芯、树叶、树枝、树皮、锯末等燃烧、气化或液化后产生的草木灰,如果固定碳不小于25%,就是典型的可以农用的生物炭,可以与无机肥和有机肥配伍,生产各种生物炭基肥料。

鉴于生物炭的特性,只有将其它化学肥料与生物炭复合,才能充分发挥生物炭的吸附作用。所以,生物炭基复合肥料是以生物炭作为载体,吸附化学肥料,起到缓释控释养分的作用,提高养分利用率,达到增产增收的目的。

特别注意的是,碳含量大于25%,黑色的草木炭才能做炭基肥料;灰色甚至灰白色的草木灰,因含碳量很低,吸附能力差,不能用于炭基肥料。

 


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