生物炭的應用研究進展

朱奕豪

摘要：隨著對生物炭研究和應用的不斷深入，生物炭在土肥、生物能源等科學研究領域已成為備受矚目的焦點。特別在環境危機、能源危機日益突顯的今天，生物炭以其獨特的作用在農業、環境、能源等領域中都起到不容忽視的作用。本文綜合分析、評述了生物炭在農業、環境、能源三大領域應用的主要研究進展，從低碳、循環、可持續視角，客觀、辯證地探討了生物炭在三大領域上的應用價值及其產業化發展前景。

關鍵詞：生物炭；應用；作用；進展

1 生物炭在農業領域的應用

當今大量農田存在著長期過量使用化肥和高強度生產的風險，導致了大批優良農田土壤板結、土壤肥力下降等一系列生態、環境問題，給糧食安全和農業的循環、可持續發展帶來了嚴峻挑戰。生物炭在農業領域的應用，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，效果明顯且穩定。殷大偉等將花生殼生物炭施入土壤，發現生物炭能夠改善土壤孔隙結構，增加土壤含水率，并能夠增加土壤中的養分。

絕大部分生物炭呈堿性，可以有效提高土壤的堿基飽和度，消耗酸性土壤的質子以提高pH值，改良土壤養分。Chan等試驗研究表明，在低緯度地區，每1 hm²農田土壤施用20t以上的生物炭可減少10%的肥料施用量。張雯等在土壤中施入20t/hm²的木炭生物炭，土壤陽離子交換量值增大。

因此，生物炭的增產作用及適宜用量需視農田作物類型、土壤類型和性質等復雜因素制約，生物炭的作物學效應不能一概而論。

1.2 生物炭作為肥料載體的應用 雖然生物炭直接炭化還田可以實現土壤地力的提高和一定程度上農業的增產，但是生物炭本身可被作物利用的養分含量較少，如果單純以生物炭來替代化學肥料存在一定難度。研究表明，生物炭配合肥料施用可明顯改善作物肥效。

2 生物炭在環境領域的應用

在保證經濟發展不減速的同時又能滿足環保、低碳、可持續的發展要求，成為世界各國面臨的重大挑戰。而生物炭作為一種更加綠色、環保的技術措施，在解決上述問題中將發揮著重要作用。

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，促進植株正常生長。崔立強等通過田間試驗，發現生物炭施用可以增強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，減少農作物對重金屬的吸收。

2.2 有機污染降解 生物炭由于具有多孔隙、比表面積大等結構特征，對農藥除草劑等有機污染物有較強的吸附和固定效果，還可以增強土壤中微生物的活性，從而利用微生物活動來促進土壤中的污染物更快降解或失活。研究發現，在種植韭菜的土壤中施用生物炭后，雖然氟蟲腈和毒死蜱2種農藥的殘留率較高，但韭菜對農藥的吸收顯著降低。

2.3 水污染治理 生物炭對于處理污水、凈化和改善水質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的升高對水中Cd²⁺的吸附量也會相應增加從而起到凈化水質作用。

綜上所述，生物炭在環境領域被廣泛應用于固碳減排、污染治理、水體凈化等多個方面。作為一種綠色、可再生的資源，生物炭的應用更加適應新時期低碳經濟發展模式，對環境與資源的循環和可持續發展具有重要意義。

3 生物炭在新能源領域的應用

生物質能是未來能源的重要來源，開發潛力極大。雖然生物質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，限制了其直接使用的可行性。若將生物質熱解為生物炭后再作為燃料使用，既可避免生物質直接使用的缺點，也可以緩解能源危機。吳琪琳等將板栗殼在高溫下進行熱解，得到的生物炭熱值為30～35MJ/kg，達到了國家一級精煤的標準。

不僅如此，生物質在熱解生成生物炭的過程中還會產生合成氣及生物油，合成氣和生物油經過深加工又可得到氫氣、生物柴油及工業化學品，其應用范圍十分廣闊。

4 展望

生物炭在農業、環境、資源等方面的作用已被國內外大量研究所證實。生物炭在修復和改善土壤功能，吸附土壤重金屬離子，緩解能源危機等方面將會發揮更大的作用。但現階段生物炭的大規模商業化生產和應用研究缺乏，有待進一步拓展。以秸稈還田炭化為核心的生物炭技術，未來必將迅速發展，其應用前景將十分廣闊。

（收稿：2016-04-27）