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1、 课程名称：化学前沿 题 目：生物炭在农业中的运用 学 院：化学与化工学院 年 级： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 教 师：推荐精选目录摘要3关键词3Abstract .3Key words3前言31、生物炭的生产原料42、生物炭的生产过程及其理化特性43、生物炭对土壤的作用机理。53 1 生物炭对土壤物理性质的影响53 1 1 生物炭对土壤容重的影响53 1 2 生物炭对土壤孔隙度的影响63 1 3 生物炭对土壤水分的影响63 2 生物炭对土壤化学性质的影响73 2 1 生物炭对土壤pH 的影响73 2 2 生物炭对土壤阳离子交换量的影响84、生物炭对土壤污染物环境风险的消减作用9
2、4.1生物炭对土壤中N、P的持留94.2生物炭对土壤中重金属的吸附和固持95、生物炭在农业上应用的模式105.1炭基有机肥模式105.2炭基有机-无机复混肥模式105.3改良土壤的模式115.4土壤重金属污染治理的模式126、生物炭在农业生产上的应用价值分析137、发展与展望138、参考文献。14推荐精选生物炭在农业中的运用摘要 生物炭(Biochar)是在限氧或隔绝氧的环境条件下，通过高温裂解，将小薪柴、农作物秸秆、杂草等生物质经炭化而形成的，是一种碳含量极其丰富的炭。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的炭被科学家们称为“生物炭”。生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂备等运用越来越
3、广。其农用的效益是多元化的，将生物炭农用已作为当前农业的重要课题。 关键词：生物炭、性质特点、农业、改良、应用现状、发展前景Abstract: Biochar is an insoluble solid matter with high aromatization produced by biomass pyrolysis in completely or partially hypoxic conditions. In recent years，biochar is widely used in agriculture as a soil amendment and controlle re
4、lease carrier for fertilizers. In order to boost the study and utilization of biochar in agriculture，this study summarized the factors that affect properties of biochar and its effects on soil physical and chemical properties，amount of microorganisms in soil，and growth and yields of crops. The fu-tu
5、re research issues were also suggested.Biochar has showed important roles in controlling non-point source pollution, improving soil quality, increasing soil production, alleviating climate changes, and maintaining agro-ecosystem sta-bility. The prospect of biochar industrialization and development i
6、n China was also proposed.Keywords:Biochar;Character;Agriculture;Improvement;Application status;Development prospect前言推荐精选 作为农业大国的中国，年产作物秸秆8108 t以上1，而以作物秸秆为主的广泛存在的生物质Cbiomass)是制备生物质炭(biochar)的主要原料。生物质炭是由生物质在完全或部分缺氧的条件下经热裂解、炭化产生的一类高度芳香化、难溶性的固态物质团。根据原料的来源不同，生物质炭分为木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭、动物粪便炭等.门。通常认为，生物质炭属于黑炭(b
7、lack carbon)范畴的一种，而黑炭包含了生物质略微炭化到燃烧后黑烟颗粒的炭化物质，其对全球碳循环所起作用较大2。近年来，用生物质热裂解生产生物质炭己成为农业研究的热点之一，而且由于在生产过程中消耗了大量生物质资源，因此生物质炭有助于我国庞大的秸秆资源的有效利用。国内外现有的研究表明，当生物质炭施入土壤后，其在封存碳的同时，还可以改善土壤理化性质、提高土壤肥力、促进作物生长，从而提高作物产量。生物质炭的最佳施用范围因土壤类型和性质、作物种类、土壤肥力状况和矿质肥管理而变化。生物炭的运用显得越来越重要，然而，目前对生物质炭的农用研究仍存在不足，有待进一步深入开展。1、生物炭的生产原料 利用
8、耕地种植用于生产生物炭的原料作物或营造速生林作为生物炭生产原料的思路，在生物炭研究的初期一度很盛行，但这种做法很快受到大家的质疑，因为集约化种植作物或造林会加快土壤肥力耗竭，甚至会加快地球荒漠化。然而，近年来大家开始重视以废弃生物质（如植物秸秆）作为生物炭生产原料的思路，许多科学家致力于研究废弃生物质生产生物炭的技术及设备。废弃生物质包含初级农林生产剩余物，如农作物秸秆、穗芯、种皮、种壳、果皮、果核、木工木屑、林木采伐废枝、果树修剪及换代枝条等；农林次级剩余物，如甜菜渣、甘蔗渣、果渣（如苹果、梨、桃、草莓等果渣及猕猴桃、葡萄籽和皮等），葵花粕、棉籽粕、大豆粕、菜籽粕、造纸黑液等；生物利用及转化
9、废弃物，如发酵渣（沼气渣、味精 渣、酒糟（高粱渣、大麦渣）、畜禽粪便、菌菇栽培废基质等。据初步统计，全球废弃生物质资源量可达 1400 亿t，资源丰富，可谓取之不尽。尽管废弃生物质的收集及运输都有点困难，但是大型养殖场、榨汁厂（如甘蔗糖厂、果汁厂）及易于长距离运输的废弃生物质完全可以利用固定厂房热裂解，零散及难以长距离运输的废弃生物质资源热裂解则利用热裂解移动设备。用废弃生物质生产生物炭不但可以获得生物炭，还可以获得生物能源或化学品，使废弃生物质附加值得到提高，有利于对废弃生物质的利用和管理，有助于解决废弃生物质弃置、焚烧、随意排放的环境污染问题。推荐精选2、生物炭的生产过程及其理化特性 生物
10、质原料在裂解炉限氧的环境下燃烧发生裂解反应，产生的烟气在真空泵的抽引下经过冷却分离设备可以得到生物油、木醋液和可燃气体三种产品，裂解反应的剩余物就是生物炭。一吨生物质原料可以产出300kg左右的生物炭、250kg左右的木醋液、50kg左右生物油和近700m的可燃气体。该技术与其它生物质能利用技术相比，一是对原料的适应性强，二是自热式裂解反应不需耗费其它能源，三是能源转化效率高，达70%左右3,4。 生物炭主要组成是碳、氢、氧、氮和灰分。其中含有大量的高分子、高密度的碳水化合物，灰分的含量与生产生物炭的原料来源和种类有直接关系。生物炭多孔，容重小，比表面积大，吸水、吸气能力强，带负电荷多，能形成
11、电磁场；生物炭具有高度的芳香化、物理的热稳定性和生物化学抗分解性5,6。表1 两种主要农作物秸秆制取的生物炭的检验数据Table 1 The test data of biochar prepared from two main types of strawItem项目碳C%氢H%氧O%氮N%硫S%钾K%磷P%Organic matter有机质%Wheatstalk biochar麦秸生物炭71.373.348.190.630.047.00.559cornstalk biochar玉米杆生物炭62.582.741.420.710.126.90.660推荐精选3、生物炭对土壤的作用机理。3 1
12、生物炭对土壤物理性质的影响3 1 1 生物炭对土壤容重的影响 生物炭的容重远低于矿质土壤，因此，将生物炭添加到土壤中可以降低土壤的容重7。在农学上，不同土壤容重会产生不同的农业效益。一般来说，拥有较高有机质含量的低容重土壤更有利于土壤营养的释放、养分的保留( 化肥的存储) 并降低土壤板结程度，有利于种子的萌发并节约种植成本8。因此，土壤施用生物炭可以降低土壤容重，提高土壤生产力。如Laird 等9研究表明，同空白土壤相比，施生物炭显著降低土壤的容重。Eastman10在粉砂土壤上施用25 g /kg 的生物炭，土壤容重从1 52 g /cm3 降低到1 33 g /cm3。土壤的容重与土壤的紧
13、实度密切相关，Soane11总结出有机质有可能通过以下几种机制来影响土壤的紧实度: 团聚体内部和颗粒间的结合力，土壤有机质中存在许多长链的分子，对矿物颗粒具有很好的约束力，通过这种作用可以改变土壤紧实度; 弹( elasticity) ，土壤有机质在压缩情况下会表现出比矿物质土壤更高的弹性; 稀释作用，有机质容重明显低于矿物质土壤容重，加入有机质可以减小土壤紧实度; 菌丝、根、真菌菌丝和其他生物结合土壤基质改变土壤紧实度; 摩擦力，土壤颗粒和有机质之间有一种涂层能增加颗粒间的摩擦，可以改变土壤紧实度。生物炭对土壤容重的影响的研究还不多，但从上面提到的几种机制来看，生物炭对土壤容重的影响可能主要
14、与稀释作用和摩擦力有关。生物炭弹性较低，土壤压实后不会随着生物炭的添加而得到有效恢复，但是可能通过一些直接或间接影响( 土壤有机质和水文学的交互作用) 来提高土壤紧实度。一些研究表明在土壤中加入生物炭后会使真菌土壤紧实度增长变快并使植物生产力提高，而根系和菌丝的发展也会对土壤的容重产生影响12。但是如果施加的生物炭碎裂成细小的颗粒进入土壤孔隙，会造成干土壤容重增加。因此，还需要对生物炭对土壤密度的影响机制进行更深入的研究。3 1 2 生物炭对土壤孔隙度的影响 生物炭的孔隙分布、连接性、颗粒大小和颗粒的机械强度以及在土壤中移动等因素均可以影响土壤孔隙结构。具有多孔结构的生物炭应用到土壤中，能增加
15、土壤的孔隙度，生物炭应用到土壤中对土壤微生物群落和土壤整体吸附能力都有益，不仅可以促进微生物的活动，也可以增加土壤孔隙度推荐精选13。但是另一方面，生物炭的细粒子可能会堵塞土壤孔隙从而使水的渗透率降低13。然而，这种机制仍缺乏实验证据，因此，生物炭的孔径分布对土壤性质和功能所造成的影响仍然不确定。3 1 3 生物炭对土壤水分的影响 土壤的保水性( soil water retention) 取决于土壤孔隙的分布和连通性，而它在很大程度上受土壤粒径( 纹理) 、结构特征( 聚集) 和土壤有机质含量的限制。生物炭高表面积也可以导致土壤持水力上升。当生物炭加入土壤时，土壤表面积增加，对土壤微生物群落和土壤整体的吸附能力都有益，随后会提高土壤的保水性。Tryon研究了生物炭对不同质地土壤中水分的影响: 在沙土中加入生物炭会增加18%的土壤有效水，然而在肥沃的土壤中没有观察到这种现象，并且在黏质土壤中有效水含量随着生物炭的加入而减少。有研究发现活性炭95%
