生物炭与农业生产
一、什么是生物炭？
生物炭也叫生物质炭、生物质焦生物黑炭的，它是指农林废弃物等生物质在缺氧条件下热解形成的富碳产物。生物碳具有特殊的理化性质，在农业环境，能源等领域有着广阔的应用前景，并可以与脱氧管理和碳封存相联系，因此近年来国际上越来越倾向于把它的农业和环境属性作为定义生物炭的核心的内容。
二、生物炭的形成及特点
生物炭原来是作为能源属性来做的，从它的形成来看，植物细胞壁当中的纤维素等高分子化合物的醚键和碳碳单键是极易被断裂降解的，特别是其中的复杂芳香族聚合物，如木质素等，是由苯基丙烷结构单元以碳碳键和醚键连接而成的，断裂以后极易形成结构稳定大分子，这些大分子进一步拧紧就生成了碳。
从生物炭的微观结构来看，它的最大特征就是多微孔比表面积特别大，生物质炭化以后，孔隙结构和比表面积会发生很大的变化，一般随着碳化温度的升高，孔隙结构会更加发达，比表面积明显增大，并直接影响生物炭吸附性，也就是说碳化过程当中温度越高，生产的碳越少，但是这个碳的比表面积大，孔隙越多而且越细腻。
那么从生物碳的元素组成来说，主要是含碳大约在60%到65％以上，随温度的升高，含碳力也在增加，也就是说，温度越高，制成的生物炭它的含碳量也越高。而且它的一个最大特点就是高PH值，因为植物在生长发育过程当中会积累一定量的碱基，在热解过程当中，这些碱基会被浓缩，使生物碳呈碱性。另一方面，生物炭在碳化过程当中有机官能团也会发生明显的变化，尤其是去羧基化作用也是导致生物炭PH变高的重要原因，原因生物炭也具有非常明显的离子交换特性，同时这也是生物碳具有缓冲性的主要来源，而且它的交换量大小基本上代表了生物碳保持养分的能力，也就是用于土壤改良的主要依据。
不同原材料碳化以后，离子交换量是有一定差异的，同一种材料在不同的温度条件下碳化，离子交换量也不一样，随着碳化温度升高它的离子交换量也会不断的加大，生物碳还有很多表面生物炭的表面还有很多小的分子，生物炭表面它是有多种化合物，包括酚类醇类和脂类，这个其中的有一些是含有最羟基苯环基等功能团的有机小分子。这些有机小分子对植物的生长发育是有重要影响的，有些小分子是直接参与植物的这个防御作用的。
三、生物炭的理化性质
①高含碳量，一般都在60%以上的含碳率。 ②抗生分解能力非常强，性质特别稳定。
③比表面积特别大，孔隙非常丰富。因此具有很强的系统性 ④养分固持能力很强。
⑤试水能力很强。能促进微生物繁殖，极强的吸附性能（类似于活性炭）。 在改善土壤物理化学和生物学特性方面发挥重要的作用，因此它与农业息息相关，也为最近这些年为什么生物炭在农业上大量应用的一个证据。
四、生物炭在农业生产上的应用
主要是以生物炭为载体开发炭基肥和土壤改良剂，实现贫瘠土壤的C/N平
衡，尤其在我们国家由于人多地少，由于国家对耕地的强化生产使大多数耕地，一个是酸化，另一个碳氮比失衡，因此我们通过生物炭可以实现判断平衡。把这个瘠薄的土壤重新让它焕发出生机。改良剂方面进行了一系列的实验，因为碳库的亏缺和微生物失衡是土壤肥力和化肥利率低的一个重要原因之一。
生物炭还可以有效地平衡土壤的碳氮比，降低土壤容重，增加通透性，促进作物生长发育，增加产量。至2006年专家提出通过炭基肥厩秸秆化还田试验土壤改良以后，就开展了一系列实验：
（1）首先在玉米专用炭基肥实验，增产率可以达到8.6%。
（2）大豆进行的实验增产率达到7.7%，都是多年多点多地试验的结果。 （3）马铃薯的实验增产率是16.9%，其中的大薯和中薯的比例明显的提高32.2％和56.9。
（4）特别是在烟草上，通过改善土壤的施碳改善土壤的碳氮比使烟草的品质大大提升，也是烟草的烟叶的这个香气明显的增加，那么做高档烟的时候可以不再进口外国烟，就可以做出非常高档的烟。
（5）生物炭进行的白浆土的改良，每公顷施入30t生物炭土壤改良剂种植大豆增产率达到37%。
（6）生物炭水稻旱育苗基质试验，也取得了很好的效果。 那么生物碳为什么会有如此大的效果？
陈温福院士的博士曾经做过这样的一个实验，用这个生物炭种菠菜来看化肥利用率，然后洗菠菜根的时候都是发现有很多的碳粒洗不掉。于是拿下来在显微镜下可以看到这根毛已经直接穿透了碳粒，也就是说生物炭和植物的根系有很好的相容性。
生物炭与植物保护后面污染治理和土壤再修复也有一定的关系
因为生物炭及土壤肥力改良剂吸附剂的优点一身作为新型的材料，在土传病害防治和污染土壤修复等方面也有巨大的潜力和广阔的发展前景，已有的研究结果表明生物炭有提升植物的抗病性促进植物生长发育的作用，特别是对有细菌和真菌引起的土传病害有明显的防控效果，比如：它能抑制立枯丝核菌，尖孢镰刀菌等也可以降低番茄青枯病。红辣椒疫病小麦根腐病等等的危害。 在克服设施农业土壤障碍方面也具有很好的效果，试验表明用5%的生物炭添加量可抑制黄瓜蔓枯病的发生，使保护地使黄瓜当地增长25.7%；也可以在西洋参上和西洋参调理剂来解决西洋参的重茬问题，也取得了很好的效果。
生物炭与重金属污染土壤和农田有机污染物的修复也有一定的关系
生物炭PH值高对固定土壤中的重金属有一定的强化作用，但是效果取决于制碳材料的性质。特别是热碱条件，和他制备过程中的热解前后的改性作用，虽然现有的研究还无法仅凭特定的生物质原料和特定热解条件来准确的预测生物炭对金属的吸附能力，但修复重金属污染土壤的实际效果早已有有报道。
美国科罗拉多州附近的一个重金属，污染了100个尾矿，在施入生物炭以后大为改观。再制生物炭的过程当中会产生大量的木醋液，如果要是用的好的话，可以作业面叶面肥和杀菌剂，在制造过程中的生物生物质热解汽化的时候才产生的是大量的混合液体，生物质提取液——木醋。就是很好的叶面肥，可以直接使用，而且是一种很好的杀菌剂，那么我们用木醋液对典型土传病害进行实验。木醋液有很好的抑菌作用，同时可提高果菜品质。不同浓度的木醋液处理苹果和李子对果实着色、口感和产量有明显的作用，特别是对大棚里边的设施蔬菜里边的樱桃番茄对品质的提高具有非常明显的效果，也就是说施用碳基肥以后，这个樱
桃番茄适口性会大大加强。
五、生态治理农业面源污染的理论基础基础是什么呢？
首先生物碳的多微孔结构及其表面的官能团对土壤养分离子平衡调控有重要的影响，其表面含有丰富的正负电荷，对土壤氮磷等离子有较好的吸附作用，有利于减少因施肥不当导致的面源污染。
第二，生物碳对多环芳烃和染料类污染物，特别是农药等有机污染物，具有很强的吸附、解吸和迟滞作用。进而影响迁移转化和生物的有效性，
第三，生物炭本身呈碱性可中和土壤或废水中的酸性污染物，且对污染中的微生物有一定的抑制作用。
六、存在的问题
亟待加强生物炭土壤—植物—体系内污染物归趋作用机制研究，尤其需要明确特定条件下生物炭对不同类型有机污染物的吸附容量和强度，筛选适宜的土壤修复炭材料，根据需要对生物炭进一步活化或改性，以提高修复效果。
相关研究缺乏长期田间定位试验。生物炭在土壤中的稳定性决定其修复污染土壤的长期效果，尤其对土壤微生态环境的长期影响需要持续跟踪研究，在全生命周期视角下评价其综合效果。为此，在当前研究基础上实现材料、方法和工艺的标准化，同时应注意污染农田治理的系统性。 生物炭在农田中能不能大量使用？（国内与国外）
关键取决于能否用很方便的这个一切设备和工艺得到非常便宜的生物炭，所以关键是低成本的制炭技术与工艺的研发，国内早期烧炭做能源的时候用的是这种非常简便的炭窑，也就是用土堆的或者砖头，陈温福院士在2005年研究生物碳的时候用的是水泥砌的小的碳窑。每一次可以装300公斤的生物质烧出100公斤的碳（大约出1/3吧），而国外一些公司，特别是美国一些小的生态公司，一般适用简易的，经过简单的处理以后，它是以茶包的形式接接种生物菌密闭培养以后直接应于园艺和花卉生产，外国烧炭的时候几乎用的是木头，我们国家不用（因为影响生态）。主要是用农作物的秸秆。经国内外多年研究，已经研究出来了立式炭化炉，滚筒式炭化炉等。美国较先进，因为用起来成本特别高，因此现在最使用的是立窑式炭化炉，成本低烧炭效果较好，而且在相对低温条件下，可以烧出适合农业生产的这个生物碳。
七、生物炭未来前景
根据上述的理论和方法。开发做的很多生物炭的产品，包括碳化生物质煤，生物碳肥，土壤改良剂，从而制定出这个农业部的第一个生物炭基肥的标准。
通过研究，建立了生物碳农业生产的技术体系，以生物炭为核心，以简易的制碳技术为基础，碳基肥和土壤改良剂为主要发展方向，兼顾生物质煤的多元化
的农业废弃生物质综合利用的理论技术体系。进而明确了生态产业开发的基本模式，把突破生物碳在秸秆环境耕地永续利用与粮食安全之间，架起了一座通往绿色循环和可持续发展的桥梁。
生态农用农业应用方面的研究，在国内外已经做了大量工作。特别是美国，中国，英国……最近些年我国主要是在生物碳的应用方面做了大量的研究，取得了非常好的结果。
经国内外发表的一些文章所得出的结论，例如：增加作物产量，增加水和养分的次序能力，增加土壤微生物的活力等等。
生物炭是汇聚于当下造福子孙的一些战略性新兴产业，我们可以用生物炭生产新的能源，我们的目的不止于此，因为生物炭来自于生物质，生物质是给我们的农田的一种东西，我们拿来做能源实际上违背了循环。应该还回去。改善碳氮平衡。并不赞成用它做新能源。
生物炭：一项功在当代、惠及子孙的战略性新兴产业! 我们可以用生物炭生产新能源，调整农村能源结构! 我们可以用生物炭改良土壤，让贫瘠的农田迸发出生机! 我们可以用生物炭固碳减排，应对日趋剧烈的气候变化! 我们也可以用生物炭服务三农，促进农业的可持续发展!
为了给子孙后代留下一片良田沃土，一弯碧水青山，让我们共同托起希望， “炭”索未来！
生物炭与生物产业
