从国际会议看生物炭研究及产业发展动态——第一届生物炭研究与应用国际研讨会述评

我国农业发展已处于历史转折和变革期,绿色低碳发展成为新时期农业发展方向。在此背景下,加强耕地保护和质量提升,推进农业废弃物资源化利用,加快化肥农药减施增效、农业面源和重金属污染综合防治与修复等成为农业发展的重大议题。生物炭是生物质材料在厌氧高温条件下热裂解产生的高度芳香化的富碳物质,其独特物理和化学性质使其在土壤、环境和生态等领域具有广泛应用价值,成为土壤和农业可持续管理的重要途径。通过对第一届生物炭研究与应用国际研讨会进行总结与评述,对会议涉及到的生物炭制备及材料、生物炭与农业、生物炭与生态环境、生物炭与碳氮循环、生物炭与黑土地保护等领域的最新进展做了简要概括,对今后生物炭领域的研究热点进行了展望,以期为生物炭研究及产业发展提供参考。     

农用生物炭研究进展与前景

生物炭以其良好的解剖结构和理化性质,广泛的材料来源和广阔的产业化发展前景,成为当今农业、能源与环境等领域的研究热点。本文综合分析、评述了生物炭在土壤、作物、农田生态系统等领域应用的主要研究进展及其未来保障中国粮食安全的重要意义,从低碳、循环、可持续视角,客观、辩证地探讨了生物炭在农业上的应用价值及其产业化发展前景。生物炭在修复土壤障碍,提升耕地生产性能和作物生产能力,促进农业可持续发展和保障国家粮食安全等方面具有重要现实意义和应用价值,本文结合中国国情,提出了进一步深入研究与开发生物炭产业的方向与建议,旨在为中国生物炭产业的健康发展提供参考。     

农业废弃物制备生物炭方法及应用现状

农业废弃物是指在农产品生产、再生产过程中,由于资源的投入和产出的差异,导致资源利用中物质和能源的流失。农业废弃物产量日益增多,但没有得到合理利用,对环境造成污染。利用农业废弃物制备生物炭是一种有效的资源化利用方式,已成为国内外研究热点。本文主要归纳总结了农业废弃物制备生物炭的4种方法及其优缺点,并对生物炭在土壤改良、环境修复和气候变化的应用进行了分析,以期为生物炭在农业领域的应用开发提供依据。     

利用生物炭改良土壤研究进展

生物炭成为近年来农林、环境及能源等诸多研究领域关注的焦点,为废弃生物质利用、生物能源生产、土壤改良培肥、肥料创新、温室气体的减排等提出了综合解决方案。通过对近年文献资料的搜集与整理,对生物炭技术发展历程、生物炭特性、土壤改良及作物增产理论等方面进行论述,旨在为生物炭在农业领域中更广泛的应用提供思路,并对我国开展生物炭的应用研究提供依据。     

东北地区秸秆生物炭利用潜力、产业模式及发展战略研究

东北地区耕地广袤、秸秆资源量巨大,作为战略性新兴产业,生物炭技术及其产业化有助于系统综合解决东北地区存在的秸秆焚烧、利用及土壤退化等突出问题,是当今研究领域热点。本文在系统分析近20年东北秸秆资源动态变化、可利用资源量及发展趋势基础上,探讨了东北地区秸秆生物炭利用的资源基础、技术途径及发展潜力,从产业化视角综合分析评述了东北秸秆生物炭产业发展的基础、条件与优势、市场及开发潜力等,认为东北地区秸秆生物炭利用的资源丰富,产业化条件成熟,发展潜力与空间巨大,对促进东北秸秆资源化高效利用、耕地质量提升及农业可持续发展具有重要意义和价值,并结合农业、经济和社会发展实际,构建了基于全产业链的东北秸秆生物炭产业模式,提出了东北生物炭产业发展建议,旨在为解决东北地区秸秆处理和农业生产现实问题,促进生物炭产业健康、稳定发展提供参考。     

生物炭及其在稻田尾水净化中的应用研究进展

保障水稻稳定增产事关国家粮食安全。水中的农药、化肥、重金属等物质随稻田尾水流出，排入周边水域，易造成水体面源污染。生物炭具有原材料丰富、孔隙结构发达、比表面积大、离子交换能力强、成本效益高等优势，已被广泛应用于环境修复领域。生物炭经适当改性能增加吸附活性位，提高吸附性能。在促沉净化材料中添加生物炭或生物炭基材料，可增强稻田面源污染促沉净化装置效能，提高稻田尾水利用率，助推农业绿色发展。本文介绍了稻田尾水的特点、常见处理技术及治理意义，阐述了生物炭及生物炭基材料在稻田尾水净化中的应用，展望了稻田尾水防治工作待深入开展的方向，并提出了生物炭材料在参与废水处理上存在的问题，以期为促进生态循环农业发展提供参考。     

生物炭的研究现状与对策分析

生物炭也称生物质炭,是生物质原材料如植物组织、果园枝条、农作物废弃物、动物骨骼等在厌氧或缺氧的条件下,高温裂解炭化而成的一种富碳产物。生物炭技术作为新兴的综合技术,已成为全球农业、生态和碳减排等领域研究的前沿热点。介绍了生物炭的基本特性,并对其在农业生产和生态环境方面的应用研究进行了综述,最后分析了生物炭研究中存在的问题并提出了相应的对策,希望为生物炭技术的应用和推广提供一定的参考。     

基于CNKI的我国生物炭研究趋势文献计量学分析

为客观全面地分析我国生物炭领域的发展脉络及研究动态,利用CNKI中国期刊全文数据库的出版年份、论文数量、研究机构、资助资金等指标,结合Citespace关键词可视化分析方法,系统阐述我国生物炭研究领域的概况,综合分析我国生物炭研究的主要热点及趋势。结果表明：我国生物炭领域的研究处在快速发展阶段,总发文量呈指数增长;发文量最多的研究机构是南京农业大学,被引频次最多的是西北农林科技大学;我国生物炭领域的研究主要受国家层面的基金引导;南京农业大学的潘根兴发表生物炭文章最多,被引频次最多的作者是西北农林科技大学的耿增超;发文量和总被引频次最多的期刊均是《农业环境科学学报》,篇均被引用次数最多的期刊是《应用生态学报》;我国生物炭研究的热点主要集中在肥料、土壤有机碳、土壤养分、吸附、解吸、改良剂等方向。总体而言,我国生物炭研究热点从农业领域向环境领域转变,土壤环境污染修复、土壤质量改善和土壤可持续发展、碳库储量提升是我国未来生物炭研究的主要趋势。     

生物质炭化技术及其在农林废弃物资源化利用中的应用

随着科学技术不断进步和农村经济快速发展,包括农作物秸秆在内的各种农林废弃物总量和种类显著增加,农林废弃物的高效处理及资源化利用已成为制约农业可持续发展的一个难题。生物质炭化技术是近年来新兴的农林废弃物资源化利用新技术。该技术主要通过将农林废弃物生物质炭化并以稳定的碳形式固定形成新型的生物炭产品。生物炭不仅在固碳减排、改良土壤与肥料增效方面具有良好作用,而且在土壤修复与水污染处理等一系列环境资源领域中也具有广阔的应用前景。本文阐述了我国农林废弃物资源化利用的现状以及生物质炭化及生物炭物理化学性质特征,重点探讨生物炭产品在农业及环境资源领域的应用现状与发展前景,并对生物炭技术领域及其在未来农业及环境中的应用进行展望,旨在为农林固体废弃物高效资源化提供新的思路,为农林废弃物的高效循环处理利用提供新的模式。     

生物炭与农业环境研究回顾与展望

生物炭是生物有机材料(生物质)在特定的缺氧或者绝氧的环境之下,经过高温热裂解之后生成的固态产物。生物炭的用途十分广泛,其既可以作为高品质的能源和土壤改良剂,同时在农业环境中也可以作为还原剂、二氧化碳的封存剂等。生物炭在农业环境当中的应用已经有相当长的一段历史,本文就生物炭在农业环境研究中的应用进行了回顾,同时结合到农业环境发展前景,展望生物炭在其中的应用。     

生物炭制备及其对土壤理化性质影响的研究进展

生物炭作为一种新型的土壤改良剂和吸附剂,近年来成为农业、环境、能源等领域的关注热点。生物炭是通过有机物质在缺氧的条件下热解形成的,不同的原料及生产条件都会对生物炭的性质产生影响。生物炭能够能够改良土壤,改善土壤的容重、总孔隙度和保水性,还可以调节土壤的酸碱度,增强土壤阳离子交换量（CEC）,提高土壤养分。系统总结了生物炭生产方法、理化特性及其对土壤理化性质的影响,为优选生物炭、提升生物炭产品附加值、促进土壤改良提供理论支撑。     

生物炭老化及其对重金属吸附固定的影响研究进展

生物炭是生物质在限氧条件下通过高温热解得到的富碳固体,其丰富的含氧官能团、较大的比表面积、高度的芳香性结构等特性,使得生物炭对重金属具有很好的固定作用,因此,生物炭在重金属污染土壤的修复方面具有良好的前景。目前关于生物炭的研究大多集中在新制备的生物炭对重金属污染土壤的短期修复,但生物炭进入土壤后,随着时间的推移,会受到各种地球自然力的作用,逐渐发生老化,老化过程会对生物炭的物理化学性质和吸附性能产生不可忽视的影响。本文系统性地综述了国内外生物炭老化方法以及老化处理对生物炭理化性质、重金属吸附性能和生物有效性的影响等方面的研究进展,阐明当前生物炭老化研究现状,并对未来生物炭老化研究的发展方向提出建议,以期为重金属污染土壤的长期修复提供理论支撑。     

生物炭对杉木人工林土壤氮素的影响

为探讨不同类型生物炭对杉木人工林土壤氮素形态的影响,以福建省三明市莘口教学林场不同发育阶段杉木人工林为研究对象,选择2种不同类型生物炭(竹炭和木炭),研究其对杉木人工林土壤不同形态氮素的影响。结果表明:2种生物炭对土壤全氮含量影响较小且主要集中于表层,施炭处理1 a后,土壤水解氮含量均有显著提高,但从第2年开始水解氮含量逐渐下降,在第3年水解氮含量与对照无显著差异;2种生物炭对土壤无机态氮含量影响差异较小,竹炭处理的土壤无机氮含量有所增加,而木炭处理的则多为下降。施炭处理分别与发育阶段、土壤层次对土壤水解氮含量有明显的交互影响。生物炭对杉木不同发育阶段影响为:幼龄林>中龄林>老龄林。竹炭对土壤改良作用优于木炭。     

生物炭对农田N2O排放的影响机制研究

N₂O是影响全球气候变化的主要温室气体之一,对臭氧层的消耗起着催化作用。农田土壤作为温室气体第二大排放源,如何降低其N₂O的排放已成为不断探索的重大课题。生物炭是在缺氧条件下由含碳量丰富的生物质热解而成的一种高比表面积、多孔性材料,具有提高土壤肥力,促进作物生长等诸多优点,已成为研究热点。对农田N2O排放的影响以及作用机制已有较多研究,但尚未形成统一定论。综述了N₂O排放机制,以及生物炭特性、生物炭与环境因子的相互作用对农田N₂O排放的影响,并对未来生物炭对温室气体排放的影响研究提出方向性建议。     

生物炭和秸秆还田对华北农田玉米生育期土壤微生物量的影响

基于华北农田长期定位试验,研究了长期施用生物炭和秸秆还田对整个玉米生育期内土壤微生物量的影响.试验共设4个处理:CK(单施氮磷钾肥)、C1(生物炭4.5 t·hm^-2·a^-1+氮磷钾肥)、C2(生物炭9.0 t·hm^-2·a^-1+氮磷钾肥)和SR(秸秆还田+氮磷钾肥).结果表明,各处理土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)动态变化趋势基本一致,均在玉米拔节期达到最高值,施用生物炭和秸秆还田均显著提高了土壤MBC、MBN含量(P <0.05),并且随着施炭量的增加而增加.与CK相比,C1、C2和SR处理的土壤MBC和MBN分别提高了105.2%、146.5%、96.4%和123.9%、183.6%、114.3%;与秸秆直接还田相比,施用高量生物炭更有利于增加土壤MBC、MBN含量.土壤MBC、MBN均与土壤温度呈现显著的正相关关系,而与土壤水分的相关性较差,说明在玉米生育期土壤温度是影响土壤微生物量变化的主要因素之一.施用生物炭显著降低了MBC、MBN的季节波动,而对土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)没有显著影响.综上所述,施用生物炭更有利于维持较高的微生物活性和较稳定的土壤环境.     

生物炭对土壤氨氮转化的影响研究

通过测定NH3挥发和氯仿灭菌试验,探讨了生物炭如何通过影响NH3挥发和微生物来影响土壤中NH4+-N的变化,为研究生物炭对土壤外加N素的影响机制提供一定理论依据.结果表明:生物炭加入稻田土后,土壤中KCI浸提态的NH+4-N含量减少34％,其中由于微生物作用受到影响而引起的NH4+-N减少约占总减少量的42％.生物炭加入红壤后,KCl浸提态的NH4+-N含量减少了13％,生物炭对红壤中微生物影响不大.生物炭使两种土壤的pH值升高,引起NH3的挥发,生物炭处理的稻田土和红壤外加NH3-N累计挥发量分别为未加生物炭时的7.8倍和1.7倍.     

生物炭及炭基肥影响农田土壤改良效应的研究进展

我国南方农田普遍存在土壤酸化加速、土壤肥力和质量不断下降、土壤微生物群落结构和功能失调等土壤退化现象。近年来,大量研究表明生物炭是一种应用前景广阔的土壤改良剂,而将其与肥料有效结合制成生物炭基肥,将在我国农田酸化土壤改良和作物增产等方面发挥重要作用。本文重点针对生物炭和生物炭基肥在农田生态系统中影响土壤改良的效应进行了综述,旨在为我国南方农田土壤改良和农业生产可持续发展提供参考。     

生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展

生物炭是一种由农林废弃物等物质在无氧或低氧的环境下经高温裂解得到的含碳量 很高的固体物质。因其具备原料来源广、比表面积大、孔隙发达、稳定性强等特征而得到了越来 越多的关注,现已成为土壤环境修复领域的研究热点。文章综述了近年来生物炭在土壤固碳方 面的国内外相关研究进展及机理分析,展望了生物炭在土壤修复领域的推广应用前景。     

生物炭对土壤氮磷转化和流失的影响

针对土壤非点源污染产生的负面环境问题,近年来国内外的研究主要集中在有效减少农业生态系统中土壤氮磷的流失等方面。笔者综述了化学修复钝化剂生物炭对土壤中氮磷转化和流失影响的研究进展。生物炭凭借其特殊的材料结构和理化性质,影响着土壤中氮磷的存在。生物炭能够增加农作物对土壤中氮磷养分的吸附作用,提高作物的存活率和产量;改善土壤理化性质,起到减少土壤中氮磷养分的流失作用;降低田面水中氮磷的流失,抑制土壤中氮磷淋失,减少氨挥发损失,改善肥料效益。生物炭在促进氮磷吸收和吸附、促进氮磷形态转化和减少农田氮磷流失方面有巨大潜力,未来应加强其在土壤环境污染治理及其可持续性利用方面的研究。