生物炭生产与农用的意义及国内外动态
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生物炭可作为微生物肥料接种菌的载体，增加接种菌在土壤中存活率及对植物的侵染。生物炭用于农业可改良和培肥土壤，提高土壤作物生产率，促进土壤可持续利用及作物增产，促进农业可持续发展。
2.生物炭与环境
以废弃生物质热裂解生产生物炭，还可以获得生物油和混合气，并可进一步升级加工为氢气及化学品，增加废弃生物质的附加值，从而可促进废弃生物质利用，实现对废弃生物质的有效管理。
任务要求
1.了解生物炭与碳减排过程
2.理解生物炭的一举多赢战略
3.掌握生物炭生产与原料
4.了解生物炭国内外研究动态与方向
任务实施
目前全球对生物炭的科学研究重视源于对亚马逊盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）的认识，在哥伦布进入南美大陆之前，南美洲土著人就用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。然而，在20世纪80年代以前，全球关于生物炭的科学研究论文仅有寥寥数篇，也尚未充分认识到生物炭的重要性。20世纪80年代，虽然日本人用生物炭作为盆景植物土壤的改良剂及作为生物菌肥的载体，并有研究论文发表。但是全球真正科学认识生物炭开始于20世纪90年代中期。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Terra Preta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，从此有关生物炭改良土壤及改善肥料性能及效益的研究日益增多，全球关于生物炭的期刊科研论文数从2000年的2篇左右上升到2009年约80篇以上，且仍呈增长趋势。在google搜索引擎上以biochar关键词搜索（截止2010年10月31日）可搜到约15.1万条结果。“生物炭”搜索到211万条结果，这充分说明生物炭成为全球科学研究和媒体关注的焦点。
二、生物炭农用与多赢战略
以生物炭农业应用为核心，可以解决农业、能源、环境及气候的多方面的问题，是一举多赢的战略（图3）。
1.生物炭与农业
生物炭富含有机碳，可以增加土壤有机碳含量，以及土壤有机质或腐殖质含量，从而可提高土壤的养分吸持容量及持水容量。
生物炭含有一定量的矿质养分，可增加土壤中矿质养分含量，如磷、钾、钙、镁、及氮素，特别是畜禽粪便生物炭具有较高矿质养分，生物炭通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显。
生物炭大多呈碱性，或者具有较大石灰当量值，可以作为石灰替代物，通过提高土壤碱基饱和，降低可交换铝水平，消耗土壤质子而提高酸性土壤pH值，因此，可改良酸性土壤一些养分的有效性。
生土壤的持水量，从而改善土壤持水能力。
生物炭具有离子吸附交换能力及一定吸附容量，其可改善土壤的阳离子或阴离子交换量，从而可提高土壤的保肥能力。生物炭对土壤阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）或保肥能力的改善取决生物炭的CEC，pH及生物炭在土壤中氧化。
本文-称之为“生物炭”。 生物炭是粉状颗粒化的木炭，是活性炭的生产原料之一，在性质和特征上三者具有相似性，均属于黑炭（black carbon），黑炭涵盖了生物质略微炭化到燃烧后黑烟颗粒的炭化物质，包括自然野火或人为烧荒燃烧植物、化石燃料不完全燃烧形成的碳物质，黑炭对全球碳循环起着较大的作用。
实践任务
生物炭具有高的吸附能力、CEC及化学反应性，因此，生物炭可作为肥料缓释载体，可延缓肥料养分在土壤中的释放，降低肥料养分的淋失及固定等损失，提高肥料养分利用率。生物炭基肥料在其养分释放完后，仍可发挥土壤改良剂的作用。
生物炭的孔隙结构及水肥吸附作用使其成为土壤微生物的良好栖息环境，为土壤有益微生物提供保护，特别是菌根真菌，促进有益微生物繁殖及活性，增强泡囊丛枝菌根菌（vesicular-arbuscular mycorrhizae，VA M）对植物的侵染。
一、生物炭与碳减排
众所周知，现有的化石能源利用过程是一个碳排放过程，全球每年因化石能源利用而排放的二氧化碳相当于60多亿t碳，二氧化碳是全球气候变暖温室效应的主要因素之一。因此，二氧化碳减排对减缓全球气候变暖意义重大。为了实现二氧化碳减排，俘获化石燃料燃烧排放的二氧化碳，并通过地质工程方法将其加压贮存在地下或海洋底部是碳减排途径之一，但是即使将目前现有化石燃料燃烧排放的二氧化碳以这种方式俘获和封存，其至多是碳中和过程。但是，俘获和封存所有化石燃料排放的二氧化碳是不切实际的，也是耗资浩瀚的工程，几乎不产生经济效益。虽然生物能源可减少对化石能源的依赖，也是最容易利用的新能源，但是，生物能源技术仅是碳中和的技术，因为通过生物光合作用固定大气二氧化碳形成的生物有机物（也称为生物质）在转化为能源物质利用后仍会将二氧化碳释放到大气中，生物能源既不降低也不升高大气中的二氧化碳浓度。然而，以玉米生产乙醇的生物能源会危及粮食安全，而纤维素生产乙醇的技术使用大量化学试剂、污染风险大，生物质利用率低。而以生物质（主要是废弃生物质）慢速热裂解技术生产生物炭，同时可联产生物能源和化学品（生物油及合成气升级加工）。Terra Preta土壤及土壤黑炭研究表明生物炭在土壤中可保持长达百年至数千年，生物炭是稳定的碳固定载体，将生物炭作为土壤改良剂和肥料增效载体施入土壤可实现碳的固定及二氧化碳减排。因此，废弃生物质热裂解生产生物炭及农用是一项碳减排的技术（图2）。Woolf等指出，在不危及人类粮食安全、生存环境及土壤保护的情况下，生物炭每年减排温室气体数量达目前人类温室气体排放总量的12%。因此，生物炭固碳潜力是巨大的。遗憾地是，截止目前生物炭尚未被列入联合国气候框架中的碳支付名单中。为此全球许多科学家和企业家正在努力，力求将其列入碳减排技术和产品名单中。
任务1-3生物炭生产与农用的意义及国内外动态
近年来，biochar一词不断地出现在科学期刊及媒体中，Biochar是bio-charcoal的缩写，是指生物有机材料（生物质）在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物，大多为粉状颗粒，2007年在澳大利亚第一届国际生物炭会议上取得的统一命名，主要施用于农林业土壤。国内将biochar译为生物炭、生物质炭、生物质焦，为简便起见，
2.生物炭与环境
以废弃生物质热裂解生产生物炭，还可以获得生物油和混合气，并可进一步升级加工为氢气及化学品，增加废弃生物质的附加值，从而可促进废弃生物质利用，实现对废弃生物质的有效管理。
任务要求
1.了解生物炭与碳减排过程
2.理解生物炭的一举多赢战略
3.掌握生物炭生产与原料
4.了解生物炭国内外研究动态与方向
任务实施
目前全球对生物炭的科学研究重视源于对亚马逊盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）的认识，在哥伦布进入南美大陆之前，南美洲土著人就用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。然而，在20世纪80年代以前，全球关于生物炭的科学研究论文仅有寥寥数篇，也尚未充分认识到生物炭的重要性。20世纪80年代，虽然日本人用生物炭作为盆景植物土壤的改良剂及作为生物菌肥的载体，并有研究论文发表。但是全球真正科学认识生物炭开始于20世纪90年代中期。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Terra Preta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，从此有关生物炭改良土壤及改善肥料性能及效益的研究日益增多，全球关于生物炭的期刊科研论文数从2000年的2篇左右上升到2009年约80篇以上，且仍呈增长趋势。在google搜索引擎上以biochar关键词搜索（截止2010年10月31日）可搜到约15.1万条结果。“生物炭”搜索到211万条结果，这充分说明生物炭成为全球科学研究和媒体关注的焦点。
二、生物炭农用与多赢战略
以生物炭农业应用为核心，可以解决农业、能源、环境及气候的多方面的问题，是一举多赢的战略（图3）。
1.生物炭与农业
生物炭富含有机碳，可以增加土壤有机碳含量，以及土壤有机质或腐殖质含量，从而可提高土壤的养分吸持容量及持水容量。
生物炭含有一定量的矿质养分，可增加土壤中矿质养分含量，如磷、钾、钙、镁、及氮素，特别是畜禽粪便生物炭具有较高矿质养分，生物炭通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显。
生物炭大多呈碱性，或者具有较大石灰当量值，可以作为石灰替代物，通过提高土壤碱基饱和，降低可交换铝水平，消耗土壤质子而提高酸性土壤pH值，因此，可改良酸性土壤一些养分的有效性。
生土壤的持水量，从而改善土壤持水能力。
生物炭具有离子吸附交换能力及一定吸附容量，其可改善土壤的阳离子或阴离子交换量，从而可提高土壤的保肥能力。生物炭对土壤阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）或保肥能力的改善取决生物炭的CEC，pH及生物炭在土壤中氧化。
本文-称之为“生物炭”。 生物炭是粉状颗粒化的木炭，是活性炭的生产原料之一，在性质和特征上三者具有相似性，均属于黑炭（black carbon），黑炭涵盖了生物质略微炭化到燃烧后黑烟颗粒的炭化物质，包括自然野火或人为烧荒燃烧植物、化石燃料不完全燃烧形成的碳物质，黑炭对全球碳循环起着较大的作用。
实践任务
生物炭具有高的吸附能力、CEC及化学反应性，因此，生物炭可作为肥料缓释载体，可延缓肥料养分在土壤中的释放，降低肥料养分的淋失及固定等损失，提高肥料养分利用率。生物炭基肥料在其养分释放完后，仍可发挥土壤改良剂的作用。
生物炭的孔隙结构及水肥吸附作用使其成为土壤微生物的良好栖息环境，为土壤有益微生物提供保护，特别是菌根真菌，促进有益微生物繁殖及活性，增强泡囊丛枝菌根菌（vesicular-arbuscular mycorrhizae，VA M）对植物的侵染。
一、生物炭与碳减排
众所周知，现有的化石能源利用过程是一个碳排放过程，全球每年因化石能源利用而排放的二氧化碳相当于60多亿t碳，二氧化碳是全球气候变暖温室效应的主要因素之一。因此，二氧化碳减排对减缓全球气候变暖意义重大。为了实现二氧化碳减排，俘获化石燃料燃烧排放的二氧化碳，并通过地质工程方法将其加压贮存在地下或海洋底部是碳减排途径之一，但是即使将目前现有化石燃料燃烧排放的二氧化碳以这种方式俘获和封存，其至多是碳中和过程。但是，俘获和封存所有化石燃料排放的二氧化碳是不切实际的，也是耗资浩瀚的工程，几乎不产生经济效益。虽然生物能源可减少对化石能源的依赖，也是最容易利用的新能源，但是，生物能源技术仅是碳中和的技术，因为通过生物光合作用固定大气二氧化碳形成的生物有机物（也称为生物质）在转化为能源物质利用后仍会将二氧化碳释放到大气中，生物能源既不降低也不升高大气中的二氧化碳浓度。然而，以玉米生产乙醇的生物能源会危及粮食安全，而纤维素生产乙醇的技术使用大量化学试剂、污染风险大，生物质利用率低。而以生物质（主要是废弃生物质）慢速热裂解技术生产生物炭，同时可联产生物能源和化学品（生物油及合成气升级加工）。Terra Preta土壤及土壤黑炭研究表明生物炭在土壤中可保持长达百年至数千年，生物炭是稳定的碳固定载体，将生物炭作为土壤改良剂和肥料增效载体施入土壤可实现碳的固定及二氧化碳减排。因此，废弃生物质热裂解生产生物炭及农用是一项碳减排的技术（图2）。Woolf等指出，在不危及人类粮食安全、生存环境及土壤保护的情况下，生物炭每年减排温室气体数量达目前人类温室气体排放总量的12%。因此，生物炭固碳潜力是巨大的。遗憾地是，截止目前生物炭尚未被列入联合国气候框架中的碳支付名单中。为此全球许多科学家和企业家正在努力，力求将其列入碳减排技术和产品名单中。
任务1-3生物炭生产与农用的意义及国内外动态
近年来，biochar一词不断地出现在科学期刊及媒体中，Biochar是bio-charcoal的缩写，是指生物有机材料（生物质）在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物，大多为粉状颗粒，2007年在澳大利亚第一届国际生物炭会议上取得的统一命名，主要施用于农林业土壤。国内将biochar译为生物炭、生物质炭、生物质焦，为简便起见，