1、生物炭在农业上应用的依据
物质结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途，生物炭的这些特点使其用途变得极为广泛。参考木炭的用途，生物炭也可广泛应用于农业、工业、建筑业、环保、卫生、保健等众多领域。生物炭是一种多孔体，通气性和透水性特别好；容重小，表面积大，吸水、吸气能力强，有利于保水保肥；除含有大量的高分子碳水化合物之外，还含有多种矿物质营养，可提供作物所需的营养元素，提高土壤肥力；生物炭可以调节土壤的PH值和水、肥、气、热状况；生物炭还可以改善微生物生存环境，为许多重要微生物的生长和繁殖提供了有利的条件。微生物呼吸释放的CO2可以提高作物附近的CO2浓度，在白天增强光合作用，增加有机物的积累，在夜里抑制呼吸作用，减少有机物的消耗，从而达到作物增产的效果。微生物的代谢可为作物的生长提供氮肥，减少氮肥的使用量。这对整个环境的影响是巨大的，因为氮肥释放的N2O对温室效应的影响要比CO2高出300多倍。生物炭施入土壤以后利用自身超强的吸附性像海绵一样把土壤中作物生长所需要的营养元素吸附在它周围，一是可以防止流失，二是可以达到缓释的效果，这对作物的生长极为有利。生物炭的副产品——木醋液， 呈弱酸性，有机质含量丰富，渗透性很强，与叶面肥或农药混合使用可提高两者的利用率，减少使用量，从而减少化肥和农药的残留，使农产品的品质有所提高。生物炭与木醋液的这些功能和特点，决定它在农业上应用的广阔前景。 2、生物炭在农业上应用的模式
2.1炭基有机肥模式
钢管自动切割机生物炭与牲畜粪便混合发酵，然后烘干，掺上木醋液，制成优质的炭基有机肥。我国人口众多，像国外那样的养殖业规模根本无法保障居民的饮食需要，所以我国的养殖业必须规模化，追求高产出、高品质。我国的耕地资源又十分紧张，规模化养殖场附近根本不可能有足够的耕地来消化利用这些养殖场排出的粪便，大量的养殖污水和养殖粪便无法得到安全处理，引发了一系列环境问题。我国发展有机农业、生态农业需要大量的有机肥料，有机肥料市场广阔，发展前景良好，因此用牲畜粪便做有机肥符合循环经济的发展模式。但牲畜粪便含水量大，做有机肥需要烘干，经过调查，烘干费用在有机肥的生产成本中占到15%左右。我们用刚出炉的炽热的生物炭与湿的牲畜粪便混合先使一部分水分气化，然后再干燥；生物炭的多孔结构使与粪便混合干燥过程中传热性能提高，减少了能量的消耗，
降低了生产成本，产品也更具价格优势。生物炭多孔，利于微生物生长和繁殖，可以缩短发酵时间、提高发酵质量；木醋液具有杀毒作用，可以杀死寄生虫卵；所以两者可以说是有机肥的“黄金搭档”。生物炭和木醋液本身也含有很高的有机质，这对土壤有机质的提升也很有帮助，符合现代生态农业、绿农业对肥料的要求。
2.2炭基有机-无机复混肥模式
生物炭与市面销售的各种化肥进行掺混（主要是为了满足各种农作物对氮、磷、钾等各种元素的需要）造粒，制成新型的炭基有机-无机复混肥料（表2），其中NPK的总含量≥15%，有机质的含量≥30%。
表2 炭基有机-无机复混肥料的配方
Table 2 The fertilizer formula ofcarbon-based organic - inorganic compound
项目名称 | 生物炭 | 木醋液 | 粘合剂 | 尿素 | 磷酸二铵 | 硫酸钾肥 |
禾谷类及叶菜类 | 45% | 3% | 2% | 45% | 5% | |
果树类及果蔬类 | 45% | 2.5% | 2.5% | 35% | 5% | 10% |
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农业的高产、增产离不开化肥，但作物对化肥的吸收利用率是有限的，目前中国农业的科学施肥不是很普遍，由此造成的化肥流失、土壤板结和水体污染等十分严重。生物炭与化肥掺混造粒后，化肥与生物炭紧紧结合在一起，可以减少化肥的流失，缓释肥效，从而提高化肥的利用率，减少化肥的用量。农田多处的田间试验表明，农田土壤施用生物炭达到1公顷20吨时，大约可以减少10%的化肥施用量；在残留化肥量较多的农田土壤中，当季甚至可以不用化肥只用生物炭就可达到高产的效果。
2.3改良土壤的模式
生物炭的强吸附性可以吸附大气中的一部分水分和减少降雨时雨水的流失，最大量的将雨水吸附到它所在的可耕层，供作物的生长需要，使缺水干旱缺水地区的土壤能够长出植被，防止沙漠化。木醋液（表3）作为生物炭生产过程中的一种副产品，每吨生物质能够产生250kg左右，数量巨大，如不安全适当的处理，会造成二次污染。经过研究发现木醋液可以用来改良盐碱土壤。上海市农业工程学会将木醋液原液稀释50倍，对崇明地区大棚内盐碱土改良进行试验（表4），结果表明土壤的PH值平均降低了1.84，EC值（可溶性盐含量）平均降低了0.69。据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地的面积
为9.5438亿公顷，其中我国为9913万公顷，所以利用木醋液来治理盐碱土壤的前景和意义都非常巨大。
表3 木醋液的检验数据
电子级硝酸Table 3 The test data of wood vinegar liquid
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木醋液 | PH | 密度（20℃）g/m³ | 挥发酚% | 有机酸% | 总有机质含量% |
abs-210原液 | 4.7 | 0.998 | 1.1 | 3.8 | 7.9 |
pppd-287浓缩液 | 2.6 | 1.189 | 5.9 | 19.1 | 47.0 |
| | | | | |
表4 土样处理前后的ＰＨ值和ＥＣ值的对比
Table 4 The contrast of PH value and EC value before and after soil samples treatment
项目 | 处理前 | 处理后 |
原1 | 原2 | 原3 | 50-1 | 50-2 | 50-3 |
土量(g) | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 |
水量(ml) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
ＰＨ值 | 7.76 | 7.65 | 7.83 | 5.96 | 5.92 | 5.84 |
ＥＣ值 | 1.86 | 1.92 | 1.79 | 1.22 | 1.19 | 1.09 |
| 绿豆肽 | | | | | | |
试验结果：土壤的PH值平均降低了1.84，EC值平均降低了0.69。
土壤重金属污染是由于废弃物中重金属在土壤中过量沉积而引起的土壤污染。污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大。大量的生物炭施入被污染的土壤后，利用生物炭的强吸附性，可以将土壤中的重金属离子有效固持，降低重金属的有效态含量，减少重金属对微生物的胁迫。
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