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生物炭基肥料
生物炭基肥料
  
  1.生物炭介绍
  生物炭(biochar,biomasscharcoal,BC),又称为生物质炭或生物焦,俗称草木炭。生物炭是由生物残体在缺氧或绝氧的情况下,经高温热解产生的富含碳素的固态物质,一般特指利用农林废弃生物质制成的炭。生物炭主要组成是碳、氢、氧和灰分,具有高度的芳香化结构、物理的热稳定性和生物化学的抗分解性。生物炭呈多孔状结构,具有较大的比表面积,吸附和持水能力较强。生物炭带负电荷,能形成电磁场,表面的羧基基团能够产生较大的阳离子交换容量。生物炭的灰分主要是硅、钾、钙、镁、磷、钠等元素,还有硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量元素,因生物质源和热解温度不同,灰分总质量分数占生物炭的25-75%,差别较大。生物质热解温度高低会影响生物炭的酸碱性,随着热裂解温度的升高,酸性基团下降,而碱性基团上升。所以,高温热解的生物炭呈碱性,而中低温热解的生物炭呈中性至酸性。
  生物炭用于农业耕作已有久远历史,直到现在农村也有制作草木炭用作农田底肥,只是不能科学应用而已。但在科学界,生物炭的研究和应用一直没有得到足够重视,到20世纪90年代中后期,为了应对气候变暖,在寻求更有效降低大气二氧化碳浓度及化石燃料碳排放的技术过程中,科学家从TerraPreta研究中认识到了生物炭作为二氧化碳俘获和碳封存剂的重要性,进而才重视生物炭在改良土壤、改善肥料性能和促进农作物丰产的价值,以至于聚焦研究南美洲亚马逊盆地土地肥沃的成因。在哥伦布进入南美大陆之前,南美洲土著人就用草木炭作为改良当地高风化淋溶土壤的主要材料,这种黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。
  生物炭既是优良的土壤调理剂和肥料调节剂,又是仿生多元素肥料,对农业生产的价值主要表现在如下三个方面:
  1.1改良土壤:生物炭多孔状、容重低、粘性小,能够降低粘质土壤的容重和硬度,改善土壤板结,提高土壤的透气性。生物炭可以增深土壤颜色,增加土壤吸热能力,进而提高土壤温度,促进农作物生根发芽。生物炭具有优良的吸附和持水能力,能够稳定和增加土壤团聚体,改良沙土质贫瘠土壤,增加持肥持水能力。生物炭能够改良土壤的酸碱度,改善土壤墒情。生物炭能够改善土壤微生物生长环境,提高微生物丰度,促进微生物对矿物分解和多糖分泌,提高土壤肥力。生物炭能够束缚土壤中的重金属和有毒物质,净化和吸收污染物,避免它们进入植物体,并且可以抑制土壤病虫害繁衍累积,对改善农作物品质有较好效果。
  1.2提高肥效:生物炭的多孔性、高比表面积、高吸附性和高阳离子交换量,不仅能够吸持有机质养分,而且还可吸持氮、磷、钾等无机养分,能够控制养分缓慢释放,避免养分的挥发和流失,提高肥料的使用效率,节约施肥量。我国化肥平均有效利用率不到30%,肥料有效成分的流失,每年折合人民币高达1000多亿元,并且肥料有效利用率呈逐年下降趋势:上世纪90年代,氮磷钾的利用率分别是30-35%、15-20%和35-40%,而进入本世纪近几年,大田作物氮磷钾的有效利用率分别是21-28%、8-13%和25-30%,肥料浪费愈发严重,既制约了农业增产和农民增收,又污染了环境。全国地表和地下水总氮和总磷污染来源,农业贡献分别是57.2%和67.3%,形势非常严峻。利用生物炭与其它化肥复合生产缓控释肥料,可以提高有效利用率1倍以上,对农业节约投入、增产增收和环境保护具有重要意义。
  1.3提供养分:生物炭作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的来源,不仅能稳定土壤有机碳库,而且能够吸收温室气体二氧化碳,增加土壤活性有机碳源,促进农作物对碳的转化吸收。生物炭的灰分主要是硅、钾、钙、镁、磷、钠等元素,还有硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量元素,虽然不能满足农作物生长需要,但具有无机养分仿生化、平衡化的特点,可以为农作物提供全面的养分,既是化学肥料的补充,减少化肥使用量,又能提供农作物必须的、而普通复合化肥无法提供的微量元素,对农业平衡施肥、增产增收和保证作物品质具有重要作用。
  2.利用草木灰生产生物炭基肥料
  农林生物质秸秆、谷壳、果壳、玉米芯、树叶、树枝、树皮、锯末等燃烧、气化或液化后产生的草木灰,就是典型的生物炭,可以与无机肥和有机肥配伍,生产各种生物炭基肥料。
  2.1生物炭基肥料品种
  生物炭基肥料的类型
炭基肥料种类 生物炭品种 复配肥料成分 适用土壤性质 施用方法

生物炭肥
(纯生物炭肥料)
碱性
热解气化灰
  无 粘土、沙土 酸性 翻耕深施、沟施、垄施
中性、微酸性
热解制油灰、碱性改性灰
  无 粘土、沙土 酸碱性均可 翻耕深施、沟施、垄施
生物炭基有机肥 中性、微酸性
热解制油灰、碱性改性灰
有机质肥料 粘土、沙土 酸碱性均可 翻耕深施、沟施、垄施

           
生物炭基氮肥
中性、微酸性
热解制油灰、碱性改性灰
中浓度氮 粘土、沙土 酸碱性均可 基肥、追肥

生物炭基复合肥
(通用型)
中性、微酸性
热解制油灰、碱性改性灰
中浓度氮磷钾 粘土、沙土 酸碱性均可 基肥、追肥
生物炭基复合肥
(水稻专用肥)
中性、微酸性
稻壳和稻秸热解制油灰、碱性改性灰
中浓度氮磷钾,适合水稻专用比例 粘土、沙土 酸碱性均可 基肥、追肥
生物炭基复合肥
(小麦专用肥)
中性、微酸性
麦秸热解制油灰、碱性改性灰
中浓度氮磷钾,适合小麦专用比例 粘土、沙土 酸碱性均可 基肥、追肥
生物炭基复合肥
(玉米专用肥)
中性、微酸性
玉米秸热解制油灰、碱性改性灰
中浓度氮磷钾,适合玉米专用比例 粘土、沙土 酸碱性均可 基肥、追肥
生物炭基复合肥
(瓜果、蔬菜、花木专用肥)
中性、微酸性
热解制油灰、碱性改性灰
有机质肥料
低浓度氮磷钾
粘土、沙土、腐殖土
酸碱性均可
基肥、追肥

  2.2生物炭基肥料技术经济
  2.2.1生产成本
  以通用型全元素生物炭基肥料为例,改性草木灰占20%,氮磷钾(N、P2O3、K2O)比例是17:8:10。
  原料:干基改性草木灰200kg/吨,金额80元
  氮磷钾无机肥料,800kg/吨,金额1664元
  包装:45元
  用电:31kwh,26.4元
  人工费用:65元
  折旧、摊销、管理费用、维修费用、销售费用:45元
  合计:1925.4元
  2.2.2经济效益
  氮磷钾含量35%的生物炭基复合肥,其养分有效利用率高出一倍多,比较氮磷钾含量达到45%的普通复合肥增产增收效果更明显,而且不用再追施氮肥。生物炭基复合肥价格可以参照45%复合肥价格。吨利润总额在400-500元之间。