生物炭的應(yīng)用研究進(jìn)展

朱奕豪

摘要：隨著對(duì)生物炭研究和應(yīng)用的不斷深入，生物炭在土肥、生物能源等科學(xué)研究領(lǐng)域已成為備受矚目的焦點(diǎn)。特別在環(huán)境危機(jī)、能源危機(jī)日益突顯的今天，生物炭以其獨(dú)特的作用在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源等領(lǐng)域中都起到不容忽視的作用。本文綜合分析、評(píng)述了生物炭在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源三大領(lǐng)域應(yīng)用的主要研究進(jìn)展，從低碳、循環(huán)、可持續(xù)視角，客觀、辯證地探討了生物炭在三大領(lǐng)域上的應(yīng)用價(jià)值及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：生物炭；應(yīng)用；作用；進(jìn)展

1 生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)今大量農(nóng)田存在著長(zhǎng)期過(guò)量使用化肥和高強(qiáng)度生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致了大批優(yōu)良農(nóng)田土壤板結(jié)、土壤肥力下降等一系列生態(tài)、環(huán)境問(wèn)題，給糧食安全和農(nóng)業(yè)的循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要有2種形式，一是將生物炭作為改良劑直接還田，二是將生物炭作為肥料的載體。

1.1 生物炭直接還田改良土壤

生物炭作為土壤改良劑直接施入土壤，張祥“將制備的花生殼生物炭用于酸性紅壤和黃棕壤的改良，施加生物炭可分別使紅壤和黃棕壤的pH值提高0.61和0.55，效果明顯且穩(wěn)定。殷大偉等將花生殼生物炭施入土壤，發(fā)現(xiàn)生物炭能夠改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)，增加土壤含水率，并能夠增加土壤中的養(yǎng)分。

絕大部分生物炭呈堿性，可以有效提高土壤的堿基飽和度，消耗酸性土壤的質(zhì)子以提高pH值，改良土壤養(yǎng)分。Chan等試驗(yàn)研究表明，在低緯度地區(qū)，每1 hm²農(nóng)田土壤施用20t以上的生物炭可減少10%的肥料施用量。張?chǎng)┑仍谕寥乐惺┤?0t/hm²的木炭生物炭，土壤陽(yáng)離子交換量值增大。

因此，生物炭的增產(chǎn)作用及適宜用量需視農(nóng)田作物類型、土壤類型和性質(zhì)等復(fù)雜因素制約，生物炭的作物學(xué)效應(yīng)不能一概而論。

1.2 生物炭作為肥料載體的應(yīng)用 雖然生物炭直接炭化還田可以實(shí)現(xiàn)土壤地力的提高和一定程度上農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)，但是生物炭本身可被作物利用的養(yǎng)分含量較少，如果單純以生物炭來(lái)替代化學(xué)肥料存在一定難度。研究表明，生物炭配合肥料施用可明顯改善作物肥效。

2 生物炭在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展不減速的同時(shí)又能滿足環(huán)保、低碳、可持續(xù)的發(fā)展要求，成為世界各國(guó)面臨的重大挑戰(zhàn)。而生物炭作為一種更加綠色、環(huán)保的技術(shù)措施，在解決上述問(wèn)題中將發(fā)揮著重要作用。

2.1 重金屬污染治理 利用生物炭的吸附性吸附土壤中的重金屬離子及有毒有害離子，從而改良土壤的特性，防止植物遭受毒害，促進(jìn)植株正常生長(zhǎng)。崔立強(qiáng)等通過(guò)田間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)生物炭施用可以增強(qiáng)土壤重金屬的固持作用，能顯著降低土壤中重金屬的有效性，減少農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收。

2.2 有機(jī)污染降解 生物炭由于具有多孔隙、比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，對(duì)農(nóng)藥除草劑等有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附和固定效果，還可以增強(qiáng)土壤中微生物的活性，從而利用微生物活動(dòng)來(lái)促進(jìn)土壤中的污染物更快降解或失活。研究發(fā)現(xiàn)，在種植韭菜的土壤中施用生物炭后，雖然氟蟲(chóng)腈和毒死蜱2種農(nóng)藥的殘留率較高，但韭菜對(duì)農(nóng)藥的吸收顯著降低。

2.3 水污染治理 生物炭對(duì)于處理污水、凈化和改善水質(zhì)等方面也有一定效果。王亞非等以污水廠污泥制成生物炭，研究表明隨著污泥生物炭pH的升高對(duì)水中Cd²⁺的吸附量也會(huì)相應(yīng)增加從而起到凈化水質(zhì)作用。

綜上所述，生物炭在環(huán)境領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于固碳減排、污染治理、水體凈化等多個(gè)方面。作為一種綠色、可再生的資源，生物炭的應(yīng)用更加適應(yīng)新時(shí)期低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，對(duì)環(huán)境與資源的循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3 生物炭在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

生物質(zhì)能是未來(lái)能源的重要來(lái)源，開(kāi)發(fā)潛力極大。雖然生物質(zhì)本身可直接作為燃料使用，但其能量密度低、含水量高等缺點(diǎn)，限制了其直接使用的可行性。若將生物質(zhì)熱解為生物炭后再作為燃料使用，既可避免生物質(zhì)直接使用的缺點(diǎn)，也可以緩解能源危機(jī)。吳琪琳等將板栗殼在高溫下進(jìn)行熱解，得到的生物炭熱值為30～35MJ/kg，達(dá)到了國(guó)家一級(jí)精煤的標(biāo)準(zhǔn)。

不僅如此，生物質(zhì)在熱解生成生物炭的過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生合成氣及生物油，合成氣和生物油經(jīng)過(guò)深加工又可得到氫氣、生物柴油及工業(yè)化學(xué)品，其應(yīng)用范圍十分廣闊。

4 展望

生物炭在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、資源等方面的作用已被國(guó)內(nèi)外大量研究所證實(shí)。生物炭在修復(fù)和改善土壤功能，吸附土壤重金屬離子，緩解能源危機(jī)等方面將會(huì)發(fā)揮更大的作用。但現(xiàn)階段生物炭的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用研究缺乏，有待進(jìn)一步拓展。以秸稈還田炭化為核心的生物炭技術(shù)，未來(lái)必將迅速發(fā)展，其應(yīng)用前景將十分廣闊。

（收稿：2016-04-27）