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生物有机肥厂家科普生物炭与腐植酸的联系与区别
作者:时科碳肥 时间:2018-04-03 11:05:21 阅读:

今天,生物有机肥厂家为科普生物炭与腐植酸的联系与区别,首先,虽然两类产品都富含碳,但来源与制备方法以及产品性质均有差异。


生物炭(Biochar)是以作物秸秆等农林植物废弃生物质为原料,在无氧或低氧条件下,400-700℃裂解得到的稳定的固体富碳的产物。从概念中可以看出,生物炭产品在我们日常生活中并不少见。我们冬季取暖以及野外烧烤所用的木炭、竹炭、机制炭以及工业上常用的活性炭等产品,均属于生物炭的一种,它属于人为通过物理化学方法所制备的富碳产物。从组成成分上来说,生物炭主要由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构的碳组成,一般含有60%以上的C元素,含有的其它元素主要有H、O、N、S以及丰富的矿质元素等。生物炭长期应用在人们的生产生活中,然而把其应用到农业生产中,则是近年来才得到大家的重视。这一应用的提出源于对亚马逊流域印第安人留下的黑土地的增产效果。目前科学界普遍认为生物炭在农业上的应用对促进土壤固碳、改善土壤健康、提高作物品质具有重要的意义。


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生物炭产品的品质受生物质材料、制备技术等方面的影响。一般来说,良好的生物炭制品在制备完成后,其在土壤中的应用主要的功能成分由三部分组成:稳定的支架碳、小分子的有机碳以及吸附的丰富矿质元素。其中,支架碳是生物炭的主体,主要是由单质碳或类似石墨结构的芳香碳组成。这一部分碳的可溶性极低,溶沸点极高,具有高度羧酸酯化、芳香化结构和脂肪族链状结构,因此使生物炭具备了极强的吸附能力和抗氧化能力。这一部分碳结构保留了原生物质的细微孔隙结构(如下图所示),具有较大的比表面积,因此具有强烈的吸附性,能够吸附重金属、农残等污染物,从而减少植物对这些污染物的吸收;这些孔隙还能吸附植物一时不能利用的氮素养分,后期再缓慢地释放供给植物,从而提高氮肥的利用率;同时,这部分支架碳也可以吸收水分子进入小孔中,当干旱发生时,小孔可以保护水分子不被迅速的蒸发,从而有了保持水分的效果。另外,这部分支架碳也能为一些有益菌提供生长繁殖的空间,犹如庇护所一般让有益菌免受外在环境的胁迫,从而促进有益菌在植物根系的定植,提高微生物菌肥的效果。


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图1竹制生物炭扫描电子显微镜图像。a:竹制生物炭横切面;b:竹制生物炭纵切面。


第二部分是生物炭在制备过程中的一些小分子的有机碳,这部分碳是生物炭中的活性成分。它们被吸附在支架碳上,能够被植物和微生物所利用,被植物直接吸收利用可以促进植物生长;被微生物利用可以促进微生物的繁殖。一般生物炭肥料使用后马上表现出的效果往往是由这部分小分子碳所提供的。


第三部分是生物炭中包含的矿质元素成分。由于生物炭是从植物煅烧而成的,植物中所含有的一些Ca、Mg、K、Si等大中量营养元素和Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素均保留在生物炭中,在施入土壤后可以补充土壤中的矿物质养分。另外,由于这部分营养元素一般以碱性形式存在,因此,也具有改良土壤酸性的作用。


因此,我们从以上介绍中可以看出,生物炭产品所具有的保水保肥、改良土壤和促进植物生长的效果是由于生物炭所固有的性质所决定的。特别是在目前我国土壤面临的土壤酸化、肥料利用率低、重金属污染风险问题上,生物炭肥料产品将会发挥重要的作用。


介绍完了生物质炭产品,我们再来了解下腐植酸类产品的情况。腐植酸(Humic acid)是植物遗骸经过微生物的分解和转化,以及地球物化反应等一系列过程形成和积累起来的一类有机物质。目前市场上常见的腐植酸类产品主要有两种来源,一种是从风化煤中提取的矿源腐植酸,一种是从秸秆类物质中提取的生化腐植酸,其中以矿源腐植酸为主。腐植酸总体上是一类大分子的含碳化合物的混合物,呈现弱酸性。但由于在提取时的工艺不同,呈现产品的pH也各有差异。其中,既能溶于碱、酸和水的组分,稀溶液呈黄色或棕黄色的物质被称为黄腐酸,又叫富里酸(Fulvic acid),其分子量比较小,具有一定的生物活性;而溶于碱但不溶于酸的,被称为腐植酸(Humic acid),其分子量要大于黄腐酸;而在酸碱中均不能溶解的部分,被称为胡敏素(Humin)。在不做特殊说明的情况下,我们把这三类物质均称为腐植酸类物质。黄腐酸类产品由于其中包含的小分子有机碳物质较多、易溶于水、活性较强、具有一定的生物刺激功能,因此常被作为功能成分开发特种肥料。而一般市场上常见的腐植酸肥料则包含了黄腐酸、腐植酸和胡敏素三种成分。


腐植酸类物质的组成元素成份和生物炭类似,也是C、H、O、N、S等元素组成,其中含碳率也较高,有的可达到60%以上。应该说,腐植酸产品与生物炭均为富碳产物,这两类产品在功能上存在一定的相似性。如两类物质都存在一定的小分子有机碳,具有刺激作物生长的功能;两类物质都具有吸附缓冲性能,可以吸附养分、增加养分利用率等等。然而它们虽然元素成分相似,但两者组成结构上存在较大差异,由此导致的功能差异也很多。



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首先,我们看,腐植酸不含有单质碳成分,不具有生物炭的支架碳的孔隙结构,其对养分、水分等的吸附作用是由其含碳化合物所决定的,这些就导致腐植酸化合物的稳定性较生物炭差。一方面,微生物可以通过生物作用分解这些腐植酸类的化合物,造成腐植酸在土壤中的损失;另一方面,土壤耕作、水肥的施用也会导致腐植酸的氧化分解。而生物炭的碳支架稳定性程度极高,可以在土壤中存续几百甚至上千年,从而能保证其对土壤修复效果的长期稳定。因此,在土壤中使用腐植酸物质往往在刺激作物生长上作用显著,但在改良土壤、提高土壤有机质等改良土壤的长效性上要弱于生物炭。


另外,在矿质养分上两类产品也存在差异。由于腐植酸在生产过程中,一般采用碱溶酸析法进行提取,因此一些风化煤中的矿质元素并不能被碱溶出,纯品的腐植酸含有的矿质元素的含量较低;但生物炭完整的保留了所有植物中所含有的矿质元素,从而元素的丰富度上要高于腐植酸产品。因此,从产品性质上看,生物炭适于开发为基肥产品,长期稳定的大量施用,从而保证土壤的持续健康;而腐植酸类产品更适于作为肥料助剂与化肥产品共同配合使用,从而发挥其促进化肥肥效,刺激作物生长的作用。


另外,生物炭产品能长期促进土壤有机质的积累。这主要是由于生物炭支架碳的稳定性,以及其吸附其他有机物质的能力,从而能促进土壤中有机质的长期增加。而腐植酸产品稳定性较弱,虽然能短期促进土壤有机质的增加,但在中长期来说效果不显著。特别是一些小分子的黄腐酸物质,由于其分子量小,更容易被微生物分解利用。因此在促进土壤有机质上更弱于生物炭产品。



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