[发明专利]使用生物炭促进土壤生长的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于土壤促进的方法，并且更具体地说涉及用于利用高表面积的多孔炭促进土壤生长的方法。

相关技术描述

由于世界人口持续增长，使得自然资源置于严峻的压力下。一个问题涉及生长足够量的食物来养活增长的世界人口。迫切寻求促进土壤生长的试剂来帮助养活这个增长的人口数目。木炭是一种这样的试剂，但是目前为止其用途相当有限。长久以来已经知道并实践了木炭生产。森林火灾产生木炭，并且偶尔发现这对于土壤是有利的。木材在氧气耗尽的大气中燃烧产生木炭，所述木炭保留营养物但是不容易破坏。确实，它在土壤中的平均停留时间估计有几千年。参见，Cheng C.H.、Lehmann J、Thies JE以及Burton S.D.Stability of black carbon in soils across a climatic gradient.Journal of Geophysical Research Biogeosciences113(2008)G020227。生物炭可以是一种有效的碳汇和碳封存剂以及用于提高农业产量的试剂。

若干研究已经显示添加到土壤中的生物炭在某些环境下可以促进土壤生长。例如，早已知道来自巴西的亚马逊土壤亚马逊黑土(terra preta)由土壤和含有比周围土壤更高水平的植物营养物的木炭的混合物组成。所述亚马逊土壤是人为土壤，所述木炭通过在窑中燃烧木材并燃烧家庭垃圾和农业垃圾而形成。常规厨房垃圾和灰烬也堆积在亚马逊土壤中。亚马逊黑土包含9%生物炭，然而邻近的土壤通常具有小于0.5%的木炭浓度。土壤肥力已存留超过数百年。然而，已难以在其它地方复制这种土壤。已经显示生物炭添加增大了营养物如N和P的生物利用度。参见，例如Lehmann J、DaSilva JP、Steiner C、Nehls T、Zech W以及Glaser W.Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin:fertilizer,manure and charcoal amendments.Plant Soil249(2003)343-357。还参见，Tryon EH.Effect of charcoal on certain physical,chemical,and biological properties of forest soils.Ecological Monographs18(1948)81-115。在一些环境下，已显示生物炭其自身提供了额外的营养物。一些农民实践了刀耕炭种(slash-and-char)技术，所述技术优先于更任意的刀耕火种(slash-and-burn)土壤管理。

将高水平生物炭掺入到土壤中的先前的尝试已部分失效，因为部分燃烧使剩余的多芳香烃(PAH)遗留在所述炭内。所述PAH与生物炭一起产生并且被吸附在所述生物炭内。参见，Preston C.M.和Schmidt M.W.I.Black(pyrogenic)carbon:A synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions.Biogeosciences3(2006)397-420。这些烃类抑制种子发芽并排斥土壤生长所必需的微生物如真菌和细菌。尽管已知某些真菌能降解土壤中的PHA，但是开始降解可能要花费数星期，因为真菌不能定居于适合的环境中。大约80%的导管植物家族由丛枝菌根(AM)真菌所定居。这些真菌是专性共生物并且利用己糖形式的植物光合作用产物，同时提供用于植物摄取营养物(尤其是是磷)的高表面积网络。由化石燃料(例如，煤、焦油砂、石油)产生的碳包含有毒化合物并且除去或过滤掉这些化合物没有成本效益。因此，来自这些来源的碳通常不适合添加到土壤中。