生物炭固碳减排效应及其在低碳农业中的应用.docx

生物炭固碳减排效应及其在低碳农业中的应用【摘要】农业是温室气体的第二大排放源同时也是巨大的“碳汇”生物炭在土壤中高度的稳定性起到良好的“碳封存”效应其在全球尺度上碳封存潜力可达0.8×109t・a-1；能够抑制土壤中温室气体的排放起到“减碳”效应；能够替代或减少化肥的使用达到“零碳”效应严格区分生物炭的“储碳”、“减碳”“和零碳”效应对于应对气候变化具有重要意义。粗略估算1t生物炭施加到土壤中相当于2.15tCO2被封存。能够替代氮肥0.58t减少温室气体1.04t可获得的固碳减排收益约13.15美元。生物炭保肥增产、固碳减排作用也为低碳农业提供着力点应重点发展生物炭在低碳农业中的应用。【关键词】生物炭；温室气体；固碳；减排；零碳；低碳农业生物炭通常指树木、农作物废弃物、植物组织或动物骨骼等生物质在无氧或部分缺氧及相对低温（生物炭具有巨大的比表面积、发达的多孔结构表面有大量的官能团对有机物和重金属离子具有强烈的吸附能力因此生物炭常被用在污染物吸附、重金属污染治理、土壤改良等方面。近年来生物炭在土壤中的固碳减排效应成为各研究机构和学者关注的重点被认为是缓解温气候变暖的有效途径。生物质炭化成本低原料充足制得的生物炭具有高度稳定性在土壤中具有明显固碳减排的作用目前对其研究主要集中在碳封存和减少温室气体排放两个方面弱化了生物炭替代氮肥生产及使用过程所产生的减排效应没有严格的从“固碳”、“减碳”和“零碳”三个方面细分进行研究生物炭在替代化肥生产使用量方面所起的“零碳”效应潜力巨大也是固碳减排的重要方面。本文综合论述了生物炭的“固碳”、“减碳”和“零碳”效益以及生物炭在低碳农业中的应用为今后生物炭的研究和应用提供参考。1.生物炭在固碳减排领域的效应1.1生物炭在土壤中的储碳、固碳效应CO2在全球温室气体排放中所占比重最大全球每年CO2排放量达250多亿t[3]。土壤是引起气候变化和全球变暖的温室气体重要的排放源土壤和植物根系的呼吸作用释放的CO2占全部CO2排放的20%[4]。同时农田土壤也是重要的碳汇是《京都议定书》认可的固碳减排方法之一在减少温室气体排放稳定大气CO2浓度中具有重要地位。自然条件下植物经过光合作用吸收的CO250%进过植物呼吸作用返回到大气另50%经过矿化作用转化为CO2（碳中性）没有任何净固碳作用。而如果将植物残体炭化植物残体中剩余的25%的C被转化为生物炭施加到土壤中由于生物炭非常稳定可能仅有大约5%C在土壤微生物的作用下矿化分解成CO2返回到大气中整个大气中碳会因此减少20%（碳负性）[5]。生物炭具有高度的芳香化结构具有很强的抗腐蚀性同时能与土壤中矿物质形成团聚体减弱微生物对生物炭的作用能够长时间的保留在土壤中起到碳储存的作用。Kuzyakov等[6]研究表明生物炭在土壤中的平均停留时间大约为2000年半衰期约为1400年。另外生物炭能够扩充土壤有机碳库增加土壤的碳封存能力和肥力。生物炭的碳封存途径一是通过炭化直接使易矿化的植物C转变为稳定的生物炭；二是通过增加植物生物量提高了植物对大气CO2的捕获能力增大植物体转变成土壤中的有机碳[7]；还能够通过改变土壤中有机质（SOM）腐质化、稳定性和呼吸速率等抑制土壤有机碳（SOC）的分解起到碳封存的作用[8]。将生物炭作为储碳形式埋在土壤或者山谷中能够实现大规模的碳封存效果对于减缓气候变化具有重大意义。1.2生物炭的“零碳”效应生物炭的零碳效应主要体现在增加作物产量代替或减少化肥使用量从而在化肥全过程中不排放或者减少温室气体的排放。化肥的生产及运输过程中消耗大量的能源West等[9]研究认为在整个氮肥生产和运输过程中所排放的温室气体为0.857gCO2-CgN-1。程琨等[10]对农作物生产碳足迹的分析表明农业化肥投入引起的碳排放约占农作物生产总碳排放的60%其中氮肥占95%`。土壤N2O排放量与施肥量存在线性相关关系王效科等[11]研究发现当化肥施用量减少到0和50%时土壤N20减排量分别占当前排放的41%和22%。并且氮肥使用量减少30%不会造成粮食的减产[12]因此减少氮肥使用量是农业减排的重要途径。生物炭施加到土壤中能够明显改善土壤营养状况起到缓释肥作用减少或替代化肥的使用从而减少化肥生产过程中及施用过程中温室气体的产生。据估算10t的生物炭能够替代1t氮肥从而可以减少1.8t碳当量的温室气体产生[13]。生物质炭化过程电耗低电耗产生的CO2排放远低于生产氮肥的CO2排放量。生物炭就地炭化可以直接还田也可以与肥料混合制成炭基肥替代或减少氮肥的施用量从而减少生产及运输氮肥过程的能耗减少温室气体的产生因此生物炭具有