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古老源头
尽管直到目前才吸引了农民的注意,但生物炭有着古老的渊源。数十万年前,亚马逊流域的居民就已经通过加热有机物制造肥沃的土壤——亚马逊黑土。但当欧洲国家开始入侵南美洲时,这种实践活动开始被遗弃,而且其他地区很少有农民常规使用生物炭。
大约10年前,科学家首先对这种物质产生浓厚的兴趣,随着对全球变暖担忧的加剧,作为将大量碳封存到地下的一种方法,一些人开始兜售生物炭。但随着这种用途的淡出,土壤学家现在开始探索将生物炭用于农业和消除污染。
其中一个特殊关注点是,生物炭如何影响水在土壤中的流动。科罗拉多大学生物地球化学家RebeccaBarnes及其同事将生物炭添加到不同物质中,测试了产生的结果。在沙子中,水能够非常快速地排出,生物炭能平均减缓水分流动92%。在保水功能好的富含黏土的土壤里,生物炭能加速水分流动超过300%。研究人员表示,生物炭会改变水在孔隙空间(土壤颗粒间的空隙)内的运动。
“黏土更多为扁平的颗粒,而沙土颗粒更加圆滑,但生物炭是没有定型的,因此,不止在生物炭内会产生奇妙的路径,在孔隙空间中也会产生特殊通路。”Barnes说。她和同事指出,这些复杂的通路会帮助降低沙土的排水能力,并提高水流过黏土的速度。
Barnes表示,这非常有意义,因为即便黏土能够保留大量水分,这些水分也很难通过土壤颗粒到达植物根系。许多研究显示,与普通土壤和添加了混合肥料的土壤相比,植物在添加了生物炭的土壤中生长地更好。
研究人员还梳理了生物炭如何影响土壤中的微生物活性。例如,细菌通常能形成一个群落,许多病原菌只有当有足够数量克服宿主的免疫反应时,才会攻击植物根系。得克萨斯州莱斯大学地球生物化学家CarolineMasiello及其合作者发现,生物炭能通过捆绑信号分子抑制这种情况。
“它们会认为自己是孤立的,因为我们把‘电话线’切断了。”Masiello说。她表示,进一步研究有可能调整生物炭的这种功能,以降低植物感染。
污染“斗士”
生物炭可能开始于农业领域,但研究人员目前正在寻找其他应用。生物炭能够束缚土壤中的重金属,以避免它们进入植物和水源。这也引起了美国环境保护局等机构的关注。在科罗拉多州阿斯彭附近的希望矿山,人们在2010年向土壤中添加了生物炭,以中和数十年来矿渣产生的影响,并增加斜坡的保水量,从而减少污水溢流的数量。阿斯彭环境中心研究显示,它还有助于促进贫瘠山坡上的作物生长。
生物炭还在清理污水方面显示出希望,或许可以充当活性炭的廉价替代品,后者通常被用于污水处理厂和被有毒化学物质污染的地区。密西西比州立大学退休化学家CharlesPittman表示,生物炭有相对较大的表面积,在水中甚至能延展更多,这就为污染物束缚提供了更多空间。他提到,那些缺乏全面水处理系统的国家或尤其能从这种污染修复方法中获益。它还有助于帮助移除传统水处理系统难以消除的抗生素和化学废物。
科学家甚至开发利用生物炭用于处理石油和天然气钻井液体以及作为印刷增色剂和油漆产品成分的潜能。“还有其他的市场没有完全被开发出来。”农业部农业研究所土壤学家KurtSpokas说。
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