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1.什么是草木炭

草木炭是生物炭的俗稱。草木炭是由植物殘體在缺氧或絕氧的情況下，經(jīng)高溫熱解產(chǎn)生的富含碳素的固態(tài)物質(zhì)，一般特指利用農(nóng)林廢棄生物質(zhì)制成的炭。生物炭主要組成是碳、氫、氧和灰分，具有高度的芳香化結(jié)構(gòu)、物理的熱穩(wěn)定性和生物化學的抗分解性。生物炭呈多孔狀結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，吸附和持水能力較強。生物炭帶負電荷，能形成電磁場，表面的羧基基團能夠產(chǎn)生較大的陽離子交換容量。生物炭的灰分主要是硅、鉀、鈣、鎂、磷、鈉等元素，還有硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬等微量元素，因生物質(zhì)源和熱解溫度不同，灰分總質(zhì)量分數(shù)占生物炭的25-75%，差別較大。生物質(zhì)熱解溫度高低會影響生物炭的酸堿性，隨著熱裂解溫度的升高，酸性基團下降，而堿性基團上升。所以，高溫熱解的生物炭呈堿性，而中低溫熱解的生物炭呈中性至弱堿性。

草木炭用于農(nóng)業(yè)耕作已有久遠歷史，直到現(xiàn)在農(nóng)村也有制作草木炭用作農(nóng)田底肥，只是不能科學應(yīng)用而已。但在科學界，生物炭的研究和應(yīng)用一直沒有得到足夠重視，到20世紀90年代中后期，為了應(yīng)對氣候變暖，在尋求更有效降低大氣二氧化碳濃度及化石燃料碳排放的技術(shù)過程中，科學家從Terra?Preta研究中認識到了生物炭作為二氧化碳俘獲和碳封存劑的重要性，進而才重視生物炭在改良土壤、改善肥料性能和促進農(nóng)作物豐產(chǎn)的價值，以至于聚焦研究南美洲亞馬遜盆地土地肥沃的成因。在哥倫布進入南美大陸之前，南美洲土著人就用草木炭作為改良當?shù)馗唢L化淋溶土壤的主要材料，這種黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。

草木炭對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價值主要表現(xiàn)在如下三個方面：

（1）提高肥效：生物炭的多孔性、高比表面積、高吸附性和高陽離子交換量，不僅能夠吸持有機質(zhì)養(yǎng)分，而且還可吸持氮、磷、鉀等無機養(yǎng)分，能夠控制養(yǎng)分緩慢釋放，避免養(yǎng)分的揮發(fā)和流失，提高肥料的使用效率，節(jié)約施肥量。我國化肥平均有效利用率不到30%，肥料有效成分的流失，每年折合人民幣高達1000多億元，并且肥料有效利用率呈逐年下降趨勢：上世紀90年代，氮磷鉀的利用率分別是30-35%、15-20%和35-40%，而進入本世紀近幾年，大田作物氮磷鉀的有效利用率分別是21-28%、8-13%和25-30%，肥料浪費愈發(fā)嚴重，既制約了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收，又污染了環(huán)境。全國地表和地下水總氮和總磷污染來源，農(nóng)業(yè)貢獻分別是57.2%和67.3%，形勢非常嚴峻。利用草木炭的吸附作用，將草木炭與其它化肥復(fù)合生產(chǎn)緩控釋肥料，可以顯著遏制肥料養(yǎng)分流失，提高有效利用率1倍以上，對農(nóng)業(yè)節(jié)約投入、增產(chǎn)增收和環(huán)境保護具有重要意義。

（2）提供養(yǎng)分：草木炭作為土壤腐殖質(zhì)中高度芳香化結(jié)構(gòu)組分的來源，不僅能穩(wěn)定土壤有機碳庫，而且能夠吸收溫室氣體二氧化碳，增加土壤活性有機碳源，促進農(nóng)作物對碳的轉(zhuǎn)化吸收。生物炭的灰分主要是硅、鉀、鈣、鎂、磷、鈉等元素，還有硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬等微量元素，雖然不能滿足農(nóng)作物生長需要，但具有無機養(yǎng)分仿生化、平衡化的特點，可以為農(nóng)作物提供全面的養(yǎng)分，既是化學肥料的補充，減少化肥使用量，又能提供農(nóng)作物必須的、而普通復(fù)合化肥無法提供的微量元素，對農(nóng)業(yè)平衡施肥、增產(chǎn)增收和保證作物品質(zhì)具有重要作用。

（3）改良土壤：草木炭表面多孔、容重低、粘性小，能夠降低粘質(zhì)土壤的容重和硬度，改善土壤板結(jié)，提高土壤的透氣性。草木炭可以增深土壤顏色，增加土壤吸熱能力，進而提高土壤溫度，促進農(nóng)作物生根發(fā)芽。草木炭具有優(yōu)良的吸附和持水能力，能夠穩(wěn)定和增加土壤團聚體，改良沙土質(zhì)貧瘠土壤，增加持肥持水能力。草木炭能夠改良土壤的酸堿度，改善土壤墑情。草木炭能夠改善土壤微生物生長環(huán)境，提高微生物豐度，促進微生物對礦物分解和多糖分泌，提高土壤肥力。生物炭能夠束縛土壤中的重金屬和有毒物質(zhì)，凈化和吸收污染物，避免它們進入植物體，并且可以抑制土壤病蟲害繁衍累積，對改善農(nóng)作物品質(zhì)有較好效果。

2.利用草木炭生產(chǎn)炭基肥料

生物炭基肥料（biochar based dertilizer）是近幾年得到系統(tǒng)化研究和發(fā)展的肥料品種，其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義，已得到國際廣泛認可和關(guān)注，開發(fā)研究和推廣應(yīng)用逐漸成熟，生產(chǎn)和使用逐漸科學、合理和規(guī)范。我國對生物炭基肥料的開發(fā)應(yīng)用也非常重視和支持，我國在“十四五”期間要實現(xiàn)化肥施用零增長，甚至降低使用量15%，開發(fā)和應(yīng)用具有長效緩釋養(yǎng)分、增效增產(chǎn)、改善土壤和作物品質(zhì)的生物炭基肥料是農(nóng)業(yè)創(chuàng)新的戰(zhàn)略決策之一，2016年農(nóng)業(yè)部著手起草<生物炭基肥料>行業(yè)標準，同年12月23日迅速頒布，規(guī)定2017年4月1日開始實施。2020年農(nóng)業(yè)部又頒布實施了<生物炭基有機肥料>標準NY/T3618-2020，進一步完善和規(guī)范生物炭基肥料的品種系列。相關(guān)生物炭基肥料的NY/T3041-2016 和NY/T3618-2020兩個標準的頒布和實施，對生物炭基肥料的發(fā)展將起到重大推動作用。

農(nóng)林生物質(zhì)秸稈、谷殼、果殼、玉米芯、樹葉、樹枝、樹皮、鋸末等燃燒、氣化或液化后產(chǎn)生的草木灰，如果固定碳不小于25%，就是典型的可以農(nóng)用的生物炭，可以與無機肥和有機肥配伍，生產(chǎn)各種生物炭基肥料。

鑒于生物炭的特性，只有將其它化學肥料與生物炭復(fù)合，才能充分發(fā)揮生物炭的吸附作用。所以，生物炭基復(fù)合肥料是以生物炭作為載體，吸附化學肥料，起到緩釋控釋養(yǎng)分的作用，提高養(yǎng)分利用率，達到增產(chǎn)增收的目的。

特別注意的是，碳含量大于25%，黑色的草木炭才能做炭基肥料；灰色甚至灰白色的草木灰，因含碳量很低，吸附能力差，不能用于炭基肥料。

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