生物質(zhì)炭與土壤可持續(xù)管理：從土壤問題到生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)
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生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究的興起和一些生物質(zhì)炭機構(gòu)的涌現(xiàn)再一次推動了生物質(zhì)炭科技的發(fā)展。2008?年，由?Stephen Joseph?與?Johannes Lehmann?等人發(fā)起，并在美國注冊成立了國際生物質(zhì)炭協(xié)會（International Biochar Initiative，IBI）。成立伊始，國際生物質(zhì)炭協(xié)會就通過聯(lián)合國防治沙漠化公約組織（UNCCD）和聯(lián)合國控制氣候變化框架公約組織（UNFCCC）向聯(lián)合國提交了生物質(zhì)炭固沙和固碳減排的全球行動動議。國際生物質(zhì)炭協(xié)會成立后，美國本國的生物質(zhì)炭科技交流網(wǎng)絡(luò)（USBI）也相繼注冊成立（其理事長還是?IBI?董事局現(xiàn)任主席）。在美國，有些州也成立了自己的生物質(zhì)炭協(xié)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(zhì)炭系統(tǒng)工程公司（Biochar Engineering System）和生態(tài)生物質(zhì)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(fā)出大規(guī)模的固定的炭化系統(tǒng)和可移動的炭化系統(tǒng)，在?2010?年前后居于全球領(lǐng)先。其產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于園藝生產(chǎn)中。歐盟于?2011?年啟動全歐生物質(zhì)炭計劃，從科學(xué)問題、技術(shù)分析和應(yīng)用前景方面開展泛歐國家的交流和合作。英國愛丁堡大學(xué)在?2010?年已經(jīng)開發(fā)出可以連續(xù)運行數(shù)月的自動控制連續(xù)炭化系統(tǒng)中試生產(chǎn)線，但至今沒有產(chǎn)業(yè)化的工程設(shè)備面世。然而，歐盟國家的生物質(zhì)炭科技主要停留在基礎(chǔ)和前期預(yù)備性研究中，有些國家（如英國）尚未通過法案允許生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)土壤中商業(yè)化應(yīng)用。
生物質(zhì)炭與土壤可持續(xù)管理：效應(yīng)與行動
生物質(zhì)炭效應(yīng)
隨著生物質(zhì)炭化技術(shù)和工程的發(fā)展，人為控制條件下將廢棄物轉(zhuǎn)化生成的生物質(zhì)炭被廣泛用于農(nóng)業(yè)和環(huán)境試驗研究。研究內(nèi)容包括，利用生物質(zhì)改善土壤肥力，提高作物產(chǎn)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(shù)據(jù)，使得利用整合分析方法評估生物質(zhì)炭的土壤-生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)成為可能。盡管生物質(zhì)炭的性質(zhì)和效應(yīng)隨生物質(zhì)來源及炭化條件存在差異，但其對許多土壤生物地球化學(xué)過程的影響是顯著的。這些影響包括改善土壤結(jié)構(gòu)（圖?2），提高團聚體穩(wěn)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(chǎn)力（10%）。
圖?2 掃描電鏡下施用生物質(zhì)炭后土壤（褐土）團聚體顆粒變化
（a）未施用生物質(zhì)炭；（b）施用生物質(zhì)炭（20噸/公頃）
在提高作物產(chǎn)量的同時，生物質(zhì)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(zhì)效應(yīng)，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(zhì)碳庫，還大幅度改善了土壤的物理性質(zhì)，促進了生物生長和活性，提升了肥力且降低了環(huán)境污染風(fēng)險，是土壤可持續(xù)管理的重要途徑。
全球生物質(zhì)炭與土壤可持續(xù)管理全球行動
2015?年，科學(xué)家和社會活動家在?Nature?撰文呼吁全球農(nóng)業(yè)引入生物質(zhì)炭土壤改良提升機制，鼓勵發(fā)展廢棄物生物質(zhì)炭促進土壤固碳和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高。近年來科學(xué)家們也將生物質(zhì)炭施加土壤的實踐列入減緩氣候變化的可行技術(shù)途徑。聯(lián)合國全球環(huán)境基金（GEF）于?2015?年啟動了生物質(zhì)炭與全球土壤可持續(xù)管理（示范）項目，資助在亞洲、非洲和南美洲等地區(qū)的?6?個國家開展農(nóng)民參與的生物質(zhì)炭土壤改良與肥力提升實踐。亞洲開發(fā)銀行也設(shè)立種子項目支持在尼泊爾等亞洲欠發(fā)達國家山區(qū)的農(nóng)民進行農(nóng)業(yè)廢棄物炭化和生物質(zhì)炭土壤改良項目，幫助保持和提升土壤肥力，增進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。這些項目也帶動了非洲一些國家發(fā)展生物質(zhì)炭科技和農(nóng)業(yè)應(yīng)用的熱情，法國?Pro-Natura?等一些國際組織將生物質(zhì)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(zhì)炭試驗示范和培訓(xùn)基地，并成立了泛非洲生物質(zhì)炭研究中心和生物質(zhì)炭協(xié)會以推廣其生物質(zhì)炭科技與應(yīng)用。生物質(zhì)炭通過土壤改良與肥力提升而幫助欠發(fā)達地區(qū)土壤保持和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效已經(jīng)被廣泛接受，越來越受到國際基金組織的關(guān)注。作為扶貧減困助農(nóng)富農(nóng)的小計劃，一些金融機構(gòu)也越來越樂于支持這樣的環(huán)保、自然和農(nóng)業(yè)多贏項目。全球土壤可持續(xù)管理的生物質(zhì)炭應(yīng)用助推了生物質(zhì)炭科技及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。