如果您关心种植作物的土壤健康状况，您一定听说过…… 生物炭 作为改良土壤的关键工具这并非一时风尚：其背后是数十年的研究、引人入胜的历史实例，以及在欧洲乃至全世界迅速发展的产业。
这种材料起到了一种……的作用 这种“肥沃的骨架”能够改善土壤结构，保持水分和养分，并能固碳数百年。此外，它完美契合有机农业、再生农业和循环经济，利用了原本会被浪费的农业和林业废料。
什么是生物炭？它与其他类型的煤有何不同？
当我们谈到生物炭时，我们指的是…… 通过生物质热解专门生产用于农业的木炭也就是说，加热有机残渣（木材、修剪下来的枝叶、稻草等） 果园里的粪肥（纯化污泥）在几乎完全无氧的条件下，于约 300 至 700 ºC 之间进行处理。
在此过程中，有机物转化为 一种富含碳的固体，极其稳定，并具有微孔和纳米孔网络。这种多孔性使其能够像海绵一样吸收水分，储存营养物质，并为有益微生物提供庇护所。
与烧烤木炭不同，农业生物炭是人工制造的。 在受控条件下，最大限度地减少焦油和污染物 并最大限度地发挥其稳定性和改良土壤的能力。它不作为燃料燃烧，而是混入土壤中。
热解温度很大程度上决定了其性质： 高温（≥ 600 ºC）可产生非常稳定且多孔的生物炭。非常适合长期碳封存，同时 在较为温和的温度（400-500 ºC）下，稳定性和保持水分和养分的能力之间可以达到更好的平衡。.
另一个决定性因素是原材料：人们可以使用 农业废弃物、修剪残枝、森林生物质、橄榄油厂副产品、稻壳，甚至污水污泥前提是重金属和其他潜在污染物得到适当控制。
祖先起源：亚马逊黑土
我们今天所说的生物炭，其灵感来源于一种古老的做法：著名的 “亚马逊黑土”（Terra Preta），由前哥伦布时期土著居民创造。这些如今依然异常肥沃的黑色土壤中含有大量的木炭，其中混杂着有机残骸和陶瓷。
研究表明，这些社区 他们在挖入地下的类似烤箱的结构中对生物质残余物进行热解。这些房屋通常用土坯建造成半球形。产生的木炭被掺入贫瘠的土壤中，使其变成肥沃深厚的土壤，并具有令人惊讶的持久肥力。
从化学层面来看，黑土中的碳呈现出…… 高度顽固的多稠环芳烃结构也就是说，微生物极难分解它们。这就解释了为什么它们在数百年后仍然保持活性，并具有很强的营养和水分保持能力。
从2000年代开始，人们对黑土的兴趣重新高涨，这促进了…… 关于生育力、可持续农业和碳封存的研究项目这些都促成了现代生物炭产业的诞生。
生物炭如何发挥碳汇作用
生物炭的一大优势在于其作为……的作用 非常持久的碳汇当生物质自然分解时，大部分碳会以二氧化碳的形式释放回大气中；然而，当生物质被热解时，它会转化为一种非常稳定的形式，可以固定在土壤中数百年甚至数千年。
参考研究表明，热解后，在 50%至70%的原始碳仍保留在生物炭结构中。这些碳不再处于有机物的快速循环中，而是进入了一种更持久的“储存”状态。
据估计 一吨生物炭最多可固定2,5吨二氧化碳当量。这使其成为基于土壤的气候变化减缓策略中最强大的工具之一。
在全球范围内，各种荟萃分析计算得出，大规模采用这项技术可能会带来…… 每年减少数百太克二氧化碳当量这约占全球农业排放量的8%。正因如此，越来越多的碳信用项目和气候政策将其列为优先选项。
一个实际的例子：在葡萄藤等木本作物中， 每公顷施用约10吨生物炭，可固定约20吨二氧化碳当量于土壤中。这相当于抵消一支小型乘用车车队的年度排放量。
物理益处：保水和改善结构
从物理角度来看，生物炭起到了……的作用 由于其巨大的内部表面积和孔隙网络，它既能储存水又能进行曝气。这就像把数百万个微小的矿物海绵混入土壤中一样。
在传统上保水性极差的沙质土壤中，试验表明 储水能力提高15-20%，甚至更高这意味着需要浇水更少，植物受到的水分胁迫也更小。
干旱时期，生物炭可以延长土壤保持水分供植物根系利用的时间。 减少水分胁迫，提高作物抗逆性这一点已在集约化滴灌园艺中得到证实，在不影响产量的情况下，灌溉量减少了约 25%。（见） 如何判断我的土壤是否脱水？.)
在草坪和草地上，它的使用可以改善…… 发芽均匀性、植株密度以及抗践踏和高温性能这是城市绿地和运动场上非常宝贵的资源。
化学影响：肥力、营养和酸碱度
虽然生物炭不被认为是传统肥料， 它对生育能力的影响非常显著。 因为 提高土壤阳离子交换容量（CEC）。这意味着它可以更好地保留钙、镁、钾或铵等营养物质，防止这些营养物质因淋溶而流失。（见） 如何提高土壤肥力.)
在轻质和淋溶性土壤中，生物炭的掺入可显著降低…… 氮磷流失到更深的水层或水道中这意味着肥料利用效率更高，对环境的影响更小（河流和含水层的富营养化程度更低）。
在大面积作物试验中发现，每公顷施用高达 30 吨生物炭，并与粪肥或堆肥混合使用， 与未施用生物炭的对照组相比，小麦产量可提高20%至25%。主要原因是氮素保持能力更强，养分释放更缓慢。
此外，许多生物炭呈碱性pH值，因此 它们对酸性土壤有有趣的石灰改良作用。根据剂量和原料的不同，pH值最多可升高0,5-2个单位。这可以降低可交换铝的毒性，并提高磷等营养物质的有效性。
我们绝不能忘记他的能力 吸附镉、铅或锌等重金属这提高了土壤受污染地区的粮食安全，并促进了植物修复和环境恢复项目。
生物炭和土壤微生物学
生物炭最引人入胜的方面之一是它与……的相互作用 生活 土壤微生物从有益细菌到菌根真菌孔隙网络为这些生物群落提供了稳定的庇护所，使其免受湿度和温度的突然变化的影响，从而使这些生物群落得以建立和繁衍。
据观察，施用生物炭后，……的丰度…… 植物促生细菌（PGPR）它们能产生植物激素、溶解磷或固定大气中的氮，从而改善根系发育和植物整体健康。
殖民化也随之增加 丛枝菌根，与根系密切相关的真菌 它们扩大了已勘探土壤的体积，提高了水分和养分的吸收，特别是磷和流动性较差的微量元素的吸收。
土壤酶活性（磷酸酶、脱氢酶、脲酶等）通常会显著增加，这表明碳、氮、磷循环被激活并变得更加高效。因此，土壤变得 对干旱、暴雨或气温骤变等干扰更具适应能力.
在温室等保护性系统中，向基质中添加生物炭使得获得 幼苗生长更旺盛，根部病原体发生率更低减少对植物检疫处理的需求。
减少温室气体排放和控制排放
除了直接固碳之外，生物炭还有助于： 减少其他温室气体的排放 威力非常大的气体，例如一氧化二氮（N₂O）和甲烷（CH₄）。
基于数百项现场试验的荟萃分析表明： 生物炭的应用可减少 N₂O 排放量 30% 至 50%。这种效果主要归功于氮的更好利用，氮通过气态途径和浸出作用的损失减少了。
在甲烷是主要排放源的淹水稻田中，已记录到以下情况： 在不降低作物产量的情况下，甲烷排放量减少约20%。鉴于大米在全球饮食中的重要性，这些数据具有巨大的气候意义。
在堆肥和粪便管理中，生物炭和有机物的结合已显示出以下能力： 减少氨排放量高达 80%，甲烷排放量减少约 50%。在某些情况下，混合物中生物炭含量达到 10% 时，CH₄ 的释放量可减少高达 90%。
然而，答案并非总是线性的： 剂量不当或农艺管理不善会导致局部地区一氧化二氮浓度升高。因此，必须根据每种土壤类型、作物和灌溉制度调整施用方法。
退化土壤的再生和环境修复
在严重退化的情况下，生物炭正在巩固其作为一种……的地位。 用于修复侵蚀、酸性、板结土壤或有机质含量极低的土壤的战略工具.
非洲的试点项目，重点关注木薯等作物，表明： 每公顷施用2-4吨生物炭，并配合堆肥使用。 只需两个农业季节，就有可能将酸性极强的土壤的 pH 值提高约 0,5 个单位，降低铝毒性，并使产量增加两倍。
在受侵蚀和结构破坏影响的地中海橄榄树林和葡萄园中，将生物炭与有机物混合使用可以改善土壤结构。 土壤团聚体稳定性显著提高，渗透性增强，几年内橄榄或葡萄产量提高了约 20%。.
除了农业之外，生物炭已被用于其他领域。 植树造林项目，荒漠化土壤的恢复 以及沙丘稳定作用。其保水能力和支持微生物群落的能力有利于极端环境下的植被生长。
在污染环境中，生物炭有助于 固定重金属和某些持久性有机化合物降低其生物利用度，促进植物修复或生物修复过程。
可用于畜牧养殖、堆肥和水生物过滤器
生物炭不仅仅留在田间：它还有 在畜牧场、堆肥厂和水净化系统中都有非常有趣的应用。.
在牛、猪或家禽的垫料中，可以铺一层生物炭，并与稻草或木屑混合。 吸收水分，减少异味，提高动物舒适度之后，这片富营养化的土壤可以用作高价值的有机肥料，从而完成养分循环。
在动物饲料中，人们正在研究以少量比例（占日粮的0,05%至0,3%）添加这种物质，尤其是在反刍动物中。 它可以提高消化率并有助于减少肠道甲烷排放必须始终遵守每种物种的推荐限量标准。
最后，在生物滤池和水渗透器中，将生物炭与沙子或砾石混合到排水沟中可以 保留农业径流中 40% 至 60% 的硝酸盐除了吸附磷和一些有毒金属外，它还能在水进入含水层或河流之前改善水质。
工业生产、熔炉和认证
近年来，欧盟已将自身定位为 生物炭行业的科技领导者拥有超过一百家运营工厂，专门用于生产和该过程的能源利用（沼气、合成气、热能和电力）。
人们已经开发出各种各样的热解炉：从专业公司推广的集装箱式工业设备，到 像 Kon-Tiki 烤箱这样的开源设计这使得在几个小时内，通过非常清洁的燃烧，可以生产出几百升生物炭。
这些系统旨在最大限度地提高热解过程中的能源效率并最大限度地减少排放。在许多情况下， 产生的热量可用于发电或为工业生产提供动力。，并融入具有碳捕获功能的生物能源计划。
为了保证农艺质量和环境安全，需要进行诸如以下方面的认证： 欧洲生物炭认证（EBC）该法规对重金属、多环芳烃和其他污染物设定了严格的限制，并要求原材料可追溯。
经过认证的生物炭能让农民或园丁安心，因为他们知道 它不会向土壤中引入有害物质。 并且该产品具有适合农业用途（包括有机农业）的孔隙率、稳定性和成分。
推荐的田间施用剂量和方法
生物炭的理想用量取决于…… 土壤类型、作物、目标（维护或再生）和可用预算国际上，通常的施用量为每公顷 1 至 10 吨，尽管在修复项目中，这些数字可以分阶段地超过。
在大面积种植中，通常会施用 每季产量为0,5至3吨/公顷每年或每两年施用一次，用轻耕法将其表层（10-15厘米）混入土壤中，并且几乎总是与粪肥、堆肥或矿物肥料混合，以避免可能出现的初期氮缺乏症。
在集约化园艺中，使用的剂量会稍高一些。 每个周期产量约为2-6吨/公顷掺入脊状土或生长基质中（新混合物中体积为 5-10%，如果多年来不断补充，则为 2-4%）。
它们常用于果园和葡萄园。 每株植物用量（0,5-2公斤）或每公顷用量（1-5吨/公顷）可施用于种植穴、根带或沿灌溉线，并始终与充分腐熟的有机物混合使用，以增强生根和抗逆性。
对于严重退化的土壤，建议采取分阶段的策略， 每年每公顷投入5-7吨，持续2-3年，直至累计总量达到每公顷10-20吨。始终将生物炭与堆肥或粪便混合，以重建结构、pH值和碳含量，而不会造成“氮饥饿”。
原始生物炭、活性生物炭和菌根生物炭
新生产的生物炭具有极强的孔隙率，如果直接掺入土壤中，可能会造成严重问题。 它们从土壤中吸收养分，最初会与植物根系竞争氮素。因此，通常建议在使用生物炭之前对其进行“活化”或激活。
激活可以通过以下几种方式进行： 可以将其与成熟的堆肥混合几周，用植物液（荨麻粪、紫草、堆肥茶）浸泡，或浸泡在有机肥料溶液中。这样一来，它们的毛孔在与植物接触之前就会充满营养物质和微生物。
市场上也有 富含微生物群落或菌根的活性生物炭这些即用型产品大大简化了终端用户的操作。在这些产品中，多孔基质与共生真菌之间的协同作用加速了根系定殖，并改善了根系发育。
菌根版本尤其引人注目 树木、灌木、树篱、果树和家庭花园其目标是在最小的管理投入下，最大限度地吸收水分和养分。
总之，无论是活性生生物炭还是菌根生物炭，都很重要。 将其与表层15-20厘米的土壤充分混合。 拌入后要浇透水，避免将其留在表面或埋入过深的土层中。
与其他改良剂的比较：堆肥、腐殖质、褐煤和沸石
生物炭并非旨在取代其他土壤改良剂，而是为了…… 通过提供极其稳定的碳组分来补充它们 这是其他产品所不具备的。
堆肥是一种富含营养的改良剂，能够相对快速地释放养分，并且具有很强的…… 在短期和中期内激活土壤微生物并改善其结构但它的碳矿化速度相对较快，只需几年时间即可完成。
蚯蚓粪是一种更精细的版本，含有 具有极高的生物活性和腐殖质含量虽然大规模应用成本高昂，且在长期碳封存方面作用有限，但对于苗床和要求较高的作物来说，这种方法非常有趣。
褐煤和其他腐殖质校正剂提供 腐植酸和富里酸能使营养物质复杂化并提高其吸收率。农业沸石因其极高的离子交换能力以及在稳定营养物质和水分方面的用途而脱颖而出。
生物炭的不同之处在于，除了改善结构、阳离子交换容量和水分动力学之外， 它能将大气中的碳固定成一种可以在土壤中保存数百年的形式。与堆肥、腐殖质或沸石混合使用，可形成非常有效的有机矿物改良剂，对气候产生明显的积极影响。
风险、局限性和良好做法
像所有农业投入品一样，生物炭也有其自身的问题。 使用不当可能存在细微差别和风险它不是一根可以随意使用的魔法棒。
在碱性已经很强的土壤中，过量施用高pH值的生物炭可能会加剧土壤的碱性。 持续升高pH值，直至达到限制微量营养素有效性的水平。导致铁、锰或锌等元素缺乏。
如果生产过程控制不佳，生物炭可能含有…… 重金属、多环芳烃或有毒化合物因此，使用经过认证的产品或经过分析保证其安全性的产品至关重要。
不分次服用，也不与有机物混合，高剂量服用可能会造成严重后果。 暂时改变土壤微生物群落并导致氮素固定最好逐步增加生物炭储备，并观察作物的反应。
最后，从全球可持续发展的角度来看，关键在于确保： 用于制造生物炭的生物质来源于农业、林业或城市废弃物。而不是破坏生态系统的土地利用变化（例如，为了生产生物炭而砍伐森林是绝对不合理的）。
国际生物炭倡议组织等参考机构建议 并未将100%的作物残茬用于生物炭生产始终在田间留出一部分，以循环利用养分并保护土壤表面免受侵蚀。
生物炭的经济前景和未来
除了其农艺和环境效益外，生物炭正开始作为一种…… 对于农民、合作社和农村地区来说，这是一个有趣的经济机遇.
多项经济可行性研究表明，当使用当地废弃物作为原材料并结合使用时， 提高产量带来的收入以及潜在的碳信用额生物炭投资可在 7-10 年内摊销，内部收益率超过 15%。
预计未来几年全球生物炭市场规模将达到[数字]。 每年数十亿美元受气候政策、对再生农业的需求以及对废物进行智能增值利用的需要所驱动。
欧盟已将生物炭纳入其产品中。 土壤保护策略、生物经济和气候减缓种种迹象表明，它将在可持续建筑、水过滤、复合材料和其他工业应用中发挥越来越重要的作用。
对于农民、园丁或绿地管理者来说，所有这些都意味着能够获得以下资源： 这种投入物既能改善土壤，又能增强作物抗逆性，在中期内降低成本，还有助于遏制气候变化。在当前形势下，这是一个罕见且极具价值的组合。
简而言之，生物炭已占据了重要地位。 长期土壤改良剂、微生物的盟友和强大的碳封存工具将其与堆肥、粪肥和良好的农艺实践合理结合，可以将贫瘠或枯竭的土壤转变为充满活力、肥沃且具有抵抗力的系统，能够以更少的水、更少的肥料和更小的环境影响生产更多的产品。
