生物質炭與土壤可持續管理：從土壤問題到生物質產業
|
|
生物炭農業應用研究的興起和一些生物質炭機構的涌現再一次推動了生物質炭科技的發展。2008?年，由?Stephen Joseph?與?Johannes Lehmann?等人發起，并在美國注冊成立了國際生物質炭協會（International Biochar Initiative，IBI）。成立伊始，國際生物質炭協會就通過聯合國防治沙漠化公約組織（UNCCD）和聯合國控制氣候變化框架公約組織（UNFCCC）向聯合國提交了生物質炭固沙和固碳減排的全球行動動議。國際生物質炭協會成立后，美國本國的生物質炭科技交流網絡（USBI）也相繼注冊成立（其理事長還是?IBI?董事局現任主席）。在美國，有些州也成立了自己的生物質炭協會，而賓夕法尼亞州和科羅拉多州還相繼注冊成立了生物質炭系統工程公司（Biochar Engineering System）和生態生物質炭公司（Eco-engineering）。美國這兩家公司圍繞林木和污泥廢棄物炭化開發出大規模的固定的炭化系統和可移動的炭化系統，在?2010?年前后居于全球領先。其產品已經廣泛應用于園藝生產中。歐盟于?2011?年啟動全歐生物質炭計劃，從科學問題、技術分析和應用前景方面開展泛歐國家的交流和合作。英國愛丁堡大學在?2010?年已經開發出可以連續運行數月的自動控制連續炭化系統中試生產線，但至今沒有產業化的工程設備面世。然而，歐盟國家的生物質炭科技主要停留在基礎和前期預備性研究中，有些國家（如英國）尚未通過法案允許生物質炭在農業土壤中商業化應用。
生物質炭與土壤可持續管理：效應與行動
生物質炭效應
隨著生物質炭化技術和工程的發展，人為控制條件下將廢棄物轉化生成的生物質炭被廣泛用于農業和環境試驗研究。研究內容包括，利用生物質改善土壤肥力，提高作物產量，降低溫室氣體排放，鈍化土壤中的重金屬，以及吸附水體和土壤中的有機污染物等。十年間積累了大量的觀測數據，使得利用整合分析方法評估生物質炭的土壤-生態系統效應成為可能。盡管生物質炭的性質和效應隨生物質來源及炭化條件存在差異，但其對許多土壤生物地球化學過程的影響是顯著的。這些影響包括改善土壤結構（圖?2），提高團聚體穩定性，提高土壤水容量，促進微生物生長，并最終提高土壤的生產力（10%）。
圖?2 掃描電鏡下施用生物質炭后土壤（褐土）團聚體顆粒變化
（a）未施用生物質炭；（b）施用生物質炭（20噸/公頃）
在提高作物產量的同時，生物質炭還能夠快速提高土壤有機碳含量，降低?N2O?排放量和污染土壤重金屬生物有效性。土壤改良與提質效應，特別是固碳減排仍然是當前的突出需求。廢棄物炭化不但處理了秸稈等廢棄物，避免了直接焚燒或堆埋分解的排放，增加了土壤有機質碳庫，還大幅度改善了土壤的物理性質，促進了生物生長和活性，提升了肥力且降低了環境污染風險，是土壤可持續管理的重要途徑。
全球生物質炭與土壤可持續管理全球行動
2015?年，科學家和社會活動家在?Nature?撰文呼吁全球農業引入生物質炭土壤改良提升機制，鼓勵發展廢棄物生物質炭促進土壤固碳和農業生產力提高。近年來科學家們也將生物質炭施加土壤的實踐列入減緩氣候變化的可行技術途徑。聯合國全球環境基金（GEF）于?2015?年啟動了生物質炭與全球土壤可持續管理（示范）項目，資助在亞洲、非洲和南美洲等地區的?6?個國家開展農民參與的生物質炭土壤改良與肥力提升實踐。亞洲開發銀行也設立種子項目支持在尼泊爾等亞洲欠發達國家山區的農民進行農業廢棄物炭化和生物質炭土壤改良項目，幫助保持和提升土壤肥力，增進農業生產效益。這些項目也帶動了非洲一些國家發展生物質炭科技和農業應用的熱情，法國?Pro-Natura?等一些國際組織將生物質炭改良土壤和施肥作為脫貧的主要解決方案，還建立了生物質炭試驗示范和培訓基地，并成立了泛非洲生物質炭研究中心和生物質炭協會以推廣其生物質炭科技與應用。生物質炭通過土壤改良與肥力提升而幫助欠發達地區土壤保持和農業增產增效已經被廣泛接受，越來越受到國際基金組織的關注。作為扶貧減困助農富農的小計劃，一些金融機構也越來越樂于支持這樣的環保、自然和農業多贏項目。全球土壤可持續管理的生物質炭應用助推了生物質炭科技及產業的發展。