摘要：生物质炭对环境有许多有益之处，有表现在对有害物质的吸附净化作用，又可表现在对甲烷的吸收等。
关键词： 生物质 环境作用 土壤
生物质能简介 ：水 + 二氧化碳 -----> 有机体 + 氧
生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转换的各种过程中，光合作用是效率最低的，光合作用的转化率约为0.5％-5％，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％-2.5％，整个生物圈的平均转化率可达3％-5％。生物质能潜力很大，世界上约有250000种生物，在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8～15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。
据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t ，含能量达3x1021J ，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。
生物能具备下列优点: 提供低硫燃料； 提供廉价能源(於某些条件下) ； 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如，垃圾燃料) ； 与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。 至於其缺点有: 小规模利用； 植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物； 单位土地面的有机物能量偏低； 缺乏适合栽种植物的土地； 有机物的水分偏多(50%～95%)。
生物能大致可以分为两类——传统的和现代的。现代生物能是指那些可以大规模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物能。巴西、瑞典、美国的生物能计划便是这类生物能的例子。现代生物质包括：1、木质废弃物（工业性的）；2、甘蔗渣（工业性的）；2、城市废物；3、生物燃料（包括沼气和能源型作物）。传统生物能主要限于发展中国家、广义来说它包括所有小规模使用的生物能，但它们也并不总是置于市场之外。第三世界农村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子。传统生物质包括：1、家庭使用的薪柴和木炭；
2、稻草，也包括稻壳；3、其他的植物性废弃物；4、动物的粪便。
生物质炭吸附作用：
1、农作物残体制备的生物质炭对水中亚甲基蓝的吸附作用
将稻草、稻壳、大豆秸秆和花生秸秆低温热解制备生物质炭, 用平衡吸附实验和淋溶实验研究了制备的生物质炭对阳离子染料亚甲基蓝的吸附及对水体中亚甲基蓝的去除效果. 结果表明, 生物质炭对亚甲基蓝有很高的吸附能力, 但不同生物质炭之间存在较大差异,4种生物质炭吸附亚甲基蓝能力的大小顺序为:稻草炭大豆秸秆炭花生秸秆炭稻壳炭, 这一顺序与生物质炭表面负电荷数量和生物质炭比表面的大小顺序基本一致. 但亚甲基蓝在生物质炭表面主要发生专性吸附, 因为亚甲基蓝的吸附量随介质离子强度的增加而增加, 而且亚甲基蓝吸附使生物质炭颗粒的Zeta 电位向正值方向位移.Langmuir 方程对吸附等温线的拟合效果较好, 可以用Langmuir 方程描述生物质炭对亚甲基蓝的吸附. 由Langmuir 方程预测的亚甲基蓝在稻草炭、
大豆秸秆炭、花生秸秆炭和稻壳炭表面的最大吸附量分别为196.1、169.5、129.9和89.3 mmol.kg-1. 淋溶实验表明,156 g稻壳炭可以将30 L水中亚甲基蓝浓度为0.3 mmol.L-1的染料几乎全部除去, 累积吸附量达57.7 mmol.kg-1. 生物质炭可以用作高效吸附剂去除染料废水中的亚甲基蓝.
2、生物质炭施用对土壤中氯虫苯甲酰胺吸附及消解行为的影响:
分别在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中添加0.5%(质量分数) 生物质炭, 采用批处理等温吸附实验及室内消解实验测定了CAP 的吸附等温线及消解动态, 目的是揭示不同类型土壤中施用生物质炭对残留CAP 的环境行为影响规律, 为评估生物质炭田间施用综合生态效应, 评价土壤残留CAP 的环境污染风险提供理论依据. 结果表明, 生物质炭施用可提高土壤对CAP 的吸附活性, 但提高程度因土壤性质不同而异. 有机质含量较高的黑土中添加生物质炭, 吸附农药Kd 值提高了2.17%,而有机质含量较低的潮土添加等量生物质炭后则提高了139.13%.生物质炭施入土壤后其对农药吸附活性受到不同程度抑制. 与施入土壤前比较, 生物质炭施入黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中后吸附常数KF,biochar 分别降低了96.94%、90.6%、91.31%、68.26%和34.59%.CAP在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中的消解半衰期为115.52、133.30、154.03、144.41和169.06 d,而在添加生物质炭的土壤中消解半衰期分别延长了20.39、35.76、38.51、79.19和119.75 d. 与吸附实验结果一致, 生物质炭施入黑土对延缓农药土壤消解作用最小, 而潮土中施入生物质炭效果最明显. 本研究表明生物质炭施入土壤后可增强对农药的吸附作用, 延缓农药的土壤消解, 但影响程度与土壤性质有关.
生物质炭环境效益：农田土壤有机碳矿化释放CO2是农业温室气体排放的重要途径, 促进土壤碳截获对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物质炭具有改良土壤性质、促进土壤团聚体的形成、对土壤微生物生态具有调控作用等特性。因此, 生物质炭对增强土壤碳截获能力及减少土壤CO2气体排放可能具有重要作用。采用实验室盆栽的方式, 以黑麦草为目标植物, 对农业秸秆生物质炭土地利用的环境效益进行了研究。实验结果表明:农业秸秆制生物质炭应用于农田土壤能产生多方面的环境效益。与对照相比, 添加1%~4%生物质炭处理的土壤活性有机质质量分数均增加了25%以上, 土壤呼吸度降低了23%~50%,同时, 添加生物质炭对植物的生长也有促进作用。添加4%秸秆炭的处理的黑麦草生物量增加了68%。此外, 秸秆生物质炭的添加对土壤中的养分具有较好的持留功能, 与比照相比, 添加生物质炭处理的土壤淋出液中氮和磷质量浓度显著降低, 说明生物质炭能够有效减少水冲刷造成的氮磷流失, 降低农业面源污染。
生物质炭还田能有效减少土壤重金属含量。生物质炭孔隙结构发达, 比表面积巨大, 带负电荷多, 高度芳香化, 具有很强的吸附特性和高度的稳定性。基于以上特性, 添加生物质炭对土壤性质和功能的影响日益受到关注, 成为目前的一个研究热点。 本文通过采集江西鹰潭红壤水稻土的样品, 布置室内培育试验, 研究添加小麦秸秆源的生物质炭对红壤微生物生物量碳、氮及有机碳矿化的影响；用δ12C方法研究玉米秸秆源的生物质炭对土壤中原有有机碳分解的影响；在铜锌污染的土壤中添加不同温度烧制的生物质炭, 研究生物质炭对铜锌污染土壤的改良效果。结果表明： 红壤有机碳矿化速率在培养第2天达最大值后迅速降低, 培养7天后下降缓慢并趋于平稳；添加生物质炭降低了土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量, 培养结束时, 不加生物质炭的对照处理中有机碳的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物质炭的处理高10.0%和10.8%。此外, 生物质炭的加入显著提高了土壤微生物生物量, 添加0.5%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高111.5-250.6%和11.6-97.6%,添加1.0%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高58.9-243.6%和55.9-110.4%。相同处理中, 干旱条件下(40%田间持水量) 土壤微生物生物量要高于湿润条件(70%田间持水量) 。同时, 添加0.5%和1.0%的生物质炭使土壤代谢熵分别降低2.4%和26.8%,微生物商减少了43.7%和31.7%。 在红壤水稻土中加入生物质炭以后, 提高了土壤的有机碳含量和δ13C
值, 并且加入量越多, 这种变化越明显。随着培养时间的延长, 土壤有机碳含量不断下降, 而土壤的δ13C值却是不断升高的。生物质炭的加入对土壤中原有有机碳的分解速率有影响, 这种影响在培养期间是不断变化的。添加300℃烧制的生物质炭的处理在培养前期(30d和90d) 减缓了原有有机碳的分解, 减缓作用的大小与施入量有关；在后期(180d)却又促进了有机碳的分解。400℃烧制的生物质炭在培养前期(30d)对土壤中原有有机碳的分解没有影响, 在90 d 时减缓了原有有机碳的分解, 后期(180d)却促进了土壤有机碳的分解。500℃烧制的生物质炭在培养前期(30d和90d) 对土壤中原有有机碳的分解没有影响, 后期(180d)却促进了土壤有机碳的分解。 生物质炭的加入对铜锌污染的红壤水稻土有一定的改良效果。加入生物质炭后能显著降低土壤中有效态铜锌的含量, 并随着生物质炭用量的增加下降的幅度变大。不同温度烧制的生物质炭对铜污染土壤的改良效果存在差异。