以往研究表明,生物质炭的多孔结构和大比表面积可以为微生物提供适宜的生境,微生物可以直接利用生物质炭含有的活性组分作为能源物质。研究指出,生物质炭可以通过提高土壤物理和化学性质,如提高有机碳含量,Ca含量,降低可交换Al含量,来改善微生物生存环境。生物质炭对有毒化合物的吸附,如酚类、农药等,可以降低这些有害物质的移动性,进而保障微生物的正常活动;而生物质炭对土壤原有机物质的吸附可能导致其在炭表面的固定或者炭内部的物理保护,降低了与微生物群体的接触机会,进而对微生物活动产生抑制。此外,生物质炭添加对土壤持水能力和团聚结构等方面的提高,也有利于土壤环境中微生物群体的生长和代谢。生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境。新疆污泥生物质炭
热解过程中,生物质原料的结构基本印记在了生物炭中,对生物炭的物理化学性质具有决定性影响。生物质热解过程中,质量损失(大部分以挥发有机物的形式)及不相称的收缩或体积减少的发生,导致矿物及碳骨架形成,并且保留了原料的基本孔隙和结构特征。生物炭的孔一般按直径大小分为大孔(ID>50nm)、中孔(2nm<ID<50nm)和微孔(ID<2nm)。生物炭中保留的植物生物质原料的蜂窝状结构构成了其主要的大孔。微孔主要由热解过程中碳的损失及碳架的断裂收缩形成。虽然大孔可能会作为微孔的前体,但是微孔贡献了生物炭的大部分比表面积,微孔的含量与比表面积呈正相关。吉林小麦生物质炭低剂量多年施用和一次大剂量施用生物炭对作物产量会有所不同。
生物炭的pH一般呈碱性,Balwant等研究发现,生物炭pH介于6.93~10.26范围之间,也有研究报道可以制备pH介于4~12之间的生物炭。生物炭中无机矿物是造成生物炭pH偏碱的主要原因,生物炭的表面含氧官能团(如羧基和羟基)也可能对生物炭的pH有一定的贡献。阳离子交换量(CEC)是反映生物炭表面负电荷的参数,也决定其在土壤中持留铵、钙和钾等阳离子的能力,生物炭CEC与其表面含氧官能团含量正相关。现有报道中生物炭的CEC差异很大,介于71mmol/kg和34cmol/kg。Balwant等认为生物炭的CEC介于71.0~451.5mmol/kg范围之间。
生物质炭对土壤有机碳分解产生负激发效应的机制包括:(1)生物质炭中含有一定量的可利用有机碳成分,微生物可能会优先利用这部分碳,从而减少了对原有机碳的分解;(2)生物质炭含有一定量的有毒化合物(酚类),能抑制微生物对有机碳的分解活性;(3)生物质炭丰富的孔隙结构和比表面积对土壤有机质具有包裹和吸附作用,可能会隔离微生物及其产生的胞外酶与受保护的有机碳的接触,从而降低有机碳的分解;(4)生物质炭促进土壤有机-无机复合体的形成,从而增强土壤有机质的稳定性。而生物质炭对土壤有机碳分解产生正激发效应的原因可能是由于生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境,从而增加微生物的数量和活性,促进其对土壤有机碳的矿化分解。生物质炭添加到土壤中后可导致土壤中的微生物量和代谢活性增加。
生物炭具有高的吸附能力。生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度,生物炭具有较大的比表面积和较高表面能,有结合重金属离子的强烈倾向,因此能够较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。李力等的镉去除实验中BC350和BC700两种玉米生物炭的比表面积分别为7.72m2/g和120m2/g,结果显示BC700对Cd(Ⅱ)的吸附容量大于BC350,解吸率远小于BC350,吸附效果更好;刘玉学等研究比表面积为81.8m2/g、总孔容积为0.080cm3/g的稻秆炭和比表面积189.6m2/g、总孔容积为0.175cm3/g的竹炭对小青菜及其土壤的影响,结果显示生物炭的施入能降低土壤容重。生物质炭可以去除环境中的污染物,还可以吸附游离碳和氮化合物,减少生物质在转化过程中温室气体的排放。福建小麦生物质炭价格是多少
生物质炭可以增加土壤肥力,提高酸性土壤pH,激发土壤微生物活性以及钝化有害污染物。新疆污泥生物质炭
生物质炭是作物秸秆、果木修剪枝条、农产品下脚料、动物粪便等各种来源的废弃生物质在厌氧环境下发生热解反应生成的黑色固体。早在2006年,科学家提出将生物质炭施于土壤,以提高土壤肥力。这一思想源于亚马孙河流域黑色肥沃土壤的发现。南美洲的亚马孙河流域是世界上比较大的热带雨林区,因高温多雨,该地区土壤有机质分解快,导致土壤快速退化而贫瘠。但就是在这样一个土地贫瘠的地区,零星分布着非常肥沃的土壤,当地人称这种土壤为Terra Preta。科学家研究发现,这种肥沃土壤的特征是存在大量的黑色炭颗粒[1]。土壤中的黑色炭颗粒是2500多年以前当地原住民将植被开垦后的林木废弃物土法炭化后混入土壤中的。21世纪以来,全球掀起了对这种人为黑色肥沃土壤的研究热潮,也拉开了农业生物质炭研究的序幕。2009年,《生物质炭与环境管理:科学与技术》一书问世。科学家们总结了生物质炭制备方法、性质、功能及土壤和环境应用效果等,并描绘出了生物质炭产业的美好蓝图。新疆污泥生物质炭