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国际权威期刊对生物炭的权威诠释：碳涂层是生物炭固持养分与提升土壤肥力之源

来源：花匠小妙招时间：2024-10-26 05:15

何为生物炭？

生物炭是脱氧植物或其它有机物热解处理后而制成的富碳、木炭状物质。作为一种土壤添加物，生物炭可以储存碳，提高土壤保水保肥能力，缓慢释放养分，提高养分利用率，且能够减少温室气体排放，进而充当绿色无毒肥料。

生物炭未解之谜

利用生物炭（焦化生物质）改良土壤是全球土壤改良的通用方法，生物炭通过固碳、减少土壤温室气体排放和固持土壤养分，以解决土壤退化与气候变化的问题。然而，生物炭储存养分、促进作物生长背后的应用机理仍为未解之谜，令科学家们既兴奋又迷惑，也因此而使其商业开发潜力大受限制。

解密生物炭

2017年10月20日在国际权威期刊《Nature Communications》（《自然通讯》）上的一篇文章《Organic coating on biochar explains its nutrient retention and stimulation of soil fertility》（《生物炭上的有机涂层促进其养分固持与提高土壤肥力》），诠释了生物炭对储存养分，促进作物生长的作用机理。

该研究由德国图宾根大学领衔、由美国科罗拉多州立大学专家参与并发挥主导作用，以前所未有的详尽程度，展示了对生物炭看似神奇特性的机械学认识。其研究结果表明，生物炭能够通过堆肥而生成一层薄薄的有机涂层，进而显著提升其肥力。综合运用高分辨光谱（显微）和质谱分析等先进技术，研究人员发现有机涂层能够增加生物炭的亲水性、氧化还原活性片段等，增强生物炭与水的相互作用，进而提高储存土壤中磷酸盐与其他养分的能力。该研究深化了对生物炭特性的认识，并能推动生物炭肥料更为广泛的商业化行动。

科罗拉多州立大学的Thomas Borch指出，在一个碳基板（carbon substrate）上分析超薄碳涂层的特性几乎是不可能的，研究团队使用了多种不同的先进技术来试图攻克难关，最终还是由科罗拉多州立大学的Robert Young领导团队利用超高分辨率质谱（ultra-highresolution mass spectrometry）成功地获取了涂层的构成元素数据。

该研究由德国图宾根大学应用地球科学中心的Andreas Kappler教授及地质生态学家Nikola Hagemann牵头。研究人员重点考察了与复合肥堆肥前后的生物炭。综合利用微观和光谱分析，研究人员发现溶解的有机物质在生物炭堆肥过程中起着关键作用，是它们促成了薄薄的有机涂层。

Kappler强调，这种有机涂层将新鲜的和堆肥后的生物炭区别开来，涂层能提升生物炭贮存养分的性能，并进一步形成有机土壤物质。Hagemann补充指出，未经处理的生物炭施入土壤中后也会形成涂层，只是速度非常慢。堆肥实验依托瑞士伊萨卡研究所（Ithaka Institute）的基础设施和专家资源进行，达到了小型商业化的规模。

农业中矿物质氮肥和液态肥的过量使用严重影响了生态环境，它们会释放一氧化氮，进而导致硝酸盐渗入地下水。作为一种生态友好型的替代物，生物炭是一种有效的养分载体，科学家已经建议将其施加入土壤中。然而，大规模施用生物炭经济上并不可行，因为之前人们尚不清楚它储存和释放硝酸盐的机理。

Hagemann补充提出，在农业生产过程中，高产出通常只能在生物炭与诸如液态肥等非焦炭类生物质（non-charredbiomass）共同施用时才实现。在很多试验中，在不添加养分或仅添加纯矿物质养分的情况下，施用生物炭的效果非常有限。

文章来源

美国科罗拉多州立大学网站

北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道

Hagemann N, Joseph S, Schmidt H P, et al. Organic coating on biochar explains its nutrient retention and stimulation of soil fertility[J]. Nature communications, 2017, 8(1): 1089.