生物炭,也称为木炭,是增加土壤健康的古老​​方法。 向专家Kai Hoffman-Krull了解有关科学以及如何制作自己的生物炭的更多信息。

在气候变化中种植粮食是我们大家都需要问的一个问题。 我们都吃。 预测表明,气候变化可能导致发展中国家的灌溉小麦产量下降13%,到15年,灌溉水稻可能下降2050%。在非洲,同期玉米产量可能下降10-20%。 [1] 政府间气候变化专门委员会估计,由于天气变化加剧导致农作物歉收,到17年,全球粮食产量可能最多减少2100%。[2] 2100年的人口估计为11.2亿。[3]

正如我们许多人所知,农业已成为全球碳危机的一部分,这使我们走到了历史的这一步。 研究表明,到本世纪初,农业已成为我们全球温室气体排放量的三分之一。[4] 食品生产在所有与食品相关的温室气体排放中占最大份额,为86%。[5] 我们如何种植食物是我们如何改善氛围的一部分。

作为可再生碳基做法的一部分,包括减少和免耕系统,覆盖作物,绿肥,轮牧,堆肥等,木炭(也称为“生物炭”)说明了减少碳排放的能力。碳矿化,使碳在土壤中更稳定,同时也增加了生物活性。 这项研究表明,生物炭可以协助所有其他这些再生实践,从而最大限度地发挥其碳储存能力。 本文将涵盖部分研究内容,以及生物炭对生物食物网中土壤弹性的影响以及如何在自己的农场上制作木炭。

木炭在稳定农业土壤中的碳中的作用

众所周知,碳是我们用来形容以前生活的词汇,所有来去去去的有机物现在都存在于土壤中。 农民如何与碳循环相互作用并将其存储在我们的土壤中的问题,不仅是应对气候变化的一部分,而且也是为气候变化做准备的一部分。 碳耕作是一门抗灾性科学,即如何制作强度更高,营养密度更高,能够承受更大压力的食品。 正如农业导师和生物炭专家史蒂夫·本塞尔(Steve Bensel)所说,原始有机食品运动的顶峰和实践都围绕着了解碳循环。

有大量研究表明,生物炭可以在帮助其他基于碳的实践进一步发展,稳定土壤中的天然碳方面发挥作用。 这超出了我和许多人的想法,生物炭存储了转化为热解的生物质中大约50%的碳,这种碳可以作为土壤中稳定的碳源持续数千年。[6] 2014年发表的一篇论文发现,木炭将碳矿化和除气减少了64.9-68.8%,这种现象被称为负启动效应。[7] 这意味着稳定了自然土壤中64.9-68.8%的碳(已经存在于土壤中的碳)并保留在土壤中。 然后,一项荟萃分析论文证实了负启动效应,该论文对395篇有关木炭和碳除气的研究出版物进行了研究,发现碳除气平均减少了40%(称为呼吸),同时还发现了平均增加量。 18%的微生物量。[8]

很难完全预测生物炭在土壤中的影响。 由不同原料(木材,肥料,农作物残渣)制成的不同生物炭似乎具有独特的物理和营养特性。 这些不同的生物炭将在不同的土壤类型中发生独特的相互作用。 如先前的研究发现,转化为生物碳的生物质的温度和pH值对其性能似乎有重大影响。 另一篇论文发现,在970华氏度和1,200华氏度之间的较高温度下产生的生物炭,其负引发作用(碳稳定)更为明显。[9] 第三项研究证实了这一发现,并指出:

与以前的研究一致,我们的结果表明较高的热解温度导致比表面积和水分保留增加,同时降低CEC和DOC含量(Mukherjee等,2011; Wang等,2013)。 在我们的研究中,这些高温生物炭的特征促进了(土壤有机质)更大的负引发作用,最近它们被认为是最大化土壤碳储存的最佳炭类型(Yuan等人,2014)。[10]

元,等。 发现较低温度的生物炭可能还有其他好处,显示出增加养分和水分并立即具有生物可利用碳的能力。 该论文的结论是,高温和低温生物炭在土壤健康中均可能扮演独特的角色,高温生物炭对稳定碳水平的影响更长,低温生物炭对养分保持,水分保持和吸收的影响更直接。前几年的生物活性。[11]

制作生物炭

如果您对制造生物炭感兴趣,这里有两种简单,低成本和低技术的方法,可以用燃烧堆材料和/或周围森林的材料来制造木炭。

保护烧伤[12]   

 
保护性燃烧是生物炭生产中最简单,最容易获得的一种形式,因为它们所需的全部是系统地将木材堆叠在一起。 保护性燃烧背后的理论是,所有原料都达到有机物完全挥发的相同点,此时着火了。 该方法模仿了刀耕火种的许多要素,这是最常用的刷子和木质生物质去除方法,但可产生有价值的产品,同时还减少了烧伤部位土壤的灭菌。 保护性烧伤可以在各种规模上进行,木材尺寸也可以变化,但是每次烧伤都需要在较小的直径范围内有效地进行工作。 保护性烧伤确实需要大量的水才能扑灭,因此理想地,烧伤应在加压水源附近进行。

通过在顶部点燃保护性燃烧,随着火势向着新材料的方向移动,火焰中所含的煤被保持在氧含量较低的环境中。 这些火焰消耗氧气,否则氧气将直接进入煤。 火焰帽窑通过添加更多材料来抬高火箱,从而消除木炭中的氧气,而保护性燃烧则是一个大火区,操作员在该区域将火扑灭,否则他们会向窑中添加材料。

保护烧伤。 归功于葡萄酒和葡萄藤:https://www.winesandvines.com/news/article/185902/Burning-Vineyard-Waste-for-Biochar

选项

保护性烧伤的成功取决于桩的构造方式。 原料的直径应有点均匀,最大的碎片仅比最小的碎片大几英寸。 长度变化可能更大,但将材料保持在1-4英尺的差异范围内将提高生物炭稳定生产的速度。 材料应构造成圆锥形,最大的材料放置在烧伤的中心,随着堆向底部和顶部移动,材料逐渐减小直径。 这是因为火的中心会产生最高的热量,因此会烧焦更大的热量。

桩建成后,在顶部开火。 如果有风,那堆应该朝着底部的2/3的顺风侧点燃。 较之其他生产方式,干燥剂材料对保护性燃烧更重要,因为原料中较高的水分含量将导致火势发展缓慢,从而导致顶部材料在下部生物质转化为木炭之前变成灰烬。 保护性烧伤的目的是使焊炬迅速燃烧,火势会根据桩的大小在2-20分钟内从桩的顶部移至底部。 扑灭大火的理想时间是在火势蔓延至堆垛底部之后,从顶部到底部,所有材料上都可以看到少量的灰烬。

用干物质进行的保护性燃烧消耗了火箱中的大部分挥发性气体,这为火势提供了动力,并减少了向大气中的排放,特别是与传统的斜线堆燃烧相比。

灭火

熄灭保护性燃烧的理想方法是用加压水喷洒火。 重要的是要确保堆在离开前已完全饱和,因为堆通常看上去已熄灭,但有少量的活煤会使周围的木炭变干并再次着火。

火焰帽窑

火焰盖窑使用底部开口或封闭的金属圆筒或盒子。 用于农业和林业生产的火焰盖窑的显着优势之一是,可以在整个燃烧过程中装载材料,并且结论是当窑中充满生物炭时发生燃烧。 这可以增加产生的生物炭的量,并消除大量的砍伐材料,使其成为林业或农场生产的理想选择。

熄灭前的火焰帽窑

火焰帽窑消除了火炉两侧的氧气进入。 活性火焰的面积随着新材料的添加而增加,从而消耗了氧气,否则氧气将进入下面的木炭。 窑炉可以用各种直径和高度制造,直径更大,尺寸更短,导致燃烧更热,更快燃烧,并将生物质转化为生物炭的效率较低。 更高,更窄的窑炉可产生更凉爽,更有效的烧伤。 理想窑炉尺寸的一般准则是高度与直径的比率为1.5:1,但是许多不同的比率都是有效的。

如果要切割金属圆柱体或盒子来创建窑炉,那么重要的是要发现容器之前是否已存储过任何易燃产品。 如果是这样,请在切割前在容器中注满水,因为火花会捕获残留在容器中的残留气体,从而有爆炸的可能。

选项

用点燃的火和小木棍烧热。 如果窑炉的底部是敞开的,则允许空气从底部进入窑炉,以便于着火,这可以通过简单地铲出圆柱体底部与土壤接触的几个接入点来完成。 当火势良好时,通常在燃烧开始后10-20分钟,用污垢密封窑炉的底部,以免空气从底部周边进入。

当您看到现有材料的顶部在外部上出现灰烬时,请添加材料。 每次装载时添加大小,水分含量和木材类型相似的材料是有帮助的,因为该材料将同时过渡到相似的木炭阶段,从而最大程度地提高了燃烧效率。 将直径最大的材料放在燃烧过程的三分之一处,因为那是最大热量的一点。

继续添加燃料,直到窑炉中充满炭或燃料用完。 随着圆筒中烧焦木材的高度上升,圆筒外部的较低高度应比主动燃烧的区域低,这表明没有氧气从下方进入窑炉。

来自窑炉的烟气颜色将显示温度以及您进行的燃烧程度如何:

  • 理想的是用热波清洁燃烧。
  • 白烟是蒸汽放气的结果,并不是什么大问题,因为它主要是水进入空气。
  • 蓝烟表明某些挥发性气体并未燃烧,并且火势比理想的还凉。 停止添加燃料或开始添加更干燥的燃料以进行纠正。
  • 黄色和绿色的烟雾是甲烷(有害的温室气体)和其他挥发性气体的产生,这意味着火势变得太冷,火势并未消耗气体。 这是停止添加燃料并清除燃烧物的重要时间。
黄烟意味着立即添加过多的物质来冷却火势,从而使有机挥发气体上升到大气中。

灭火

灭火帽窑有两种不同的灭火方法:用盖子或水将氧气从火中排除。 盖方法非常适用于可能限制取水的林业应用。

要使用盖方法,请创建一个比窑炉直径小1-2英寸的盖,以便将盖放在里面。 盖子的理想材料是金属屋顶,可以将其与屋顶螺钉拧在一起,并用角向磨光机或Sawzall切割。 将10-15加仑的水均匀地放在火炉顶附近,然后在窑内加盖。 用污垢密封盖子和气缸边缘之间的间隙。 蒸汽泄漏将表明需要更好的密封。 气瓶完全冷却后(至少需要2天),将其翻倒以回收生物炭。 新鲜的焦炭要非常小心,因为它会长时间保温。 如果仍然存在的煤炭暴露在空气中,它将燃烧。 运输之前,请确保木炭中没有热量。

在洛佩兹岛的Midnight Farm上将锅盖放到火上之前熄灭大火

如果靠近火源(80-100加仑)有大量可用水,则可以使用供水方法。 这种方法对于底部封闭的窑炉更为理想,因为水会在容器中上升并淹没煤。 如果窑炉底部没有封闭,请向炉顶喷水,然后用手或用机械手(例如拖拉机或加长型)将窑炉翻倒。

用水喷洒木炭,同时使其周围倾斜。 继续搅拌并弄湿炭,同时寻找热点。 浇水30分钟后,从桩上喷出的任何蒸汽都表明没有着火。 一两个小时后,回到桩上并再次喷洒并耙平。 强烈建议在假定火熄灭之前对炭进行多次检查,并且炭可以安全处理和运输。

总结思考

生物炭这个词听起来很新,但是木炭却没有什么新鲜的。 木炭与火一样古老,而火已成为使古老的生长森林生态系统变薄的核心要素。[13] 在圣胡安县,普吉特海湾的萨利什人还利用火种来种植野生食物。 虽然最早的欧洲移民认为西北太平洋的森林是自然地富含粮食作物的森林,但实际上是花园。[14] 萨利什人用火将鹿和麋鹿驱赶到更容易被猎杀的中心位置,并在收获后焚烧了最常见的块根和浆果作物。 受控烧伤可以复制野火在旧的生长系统中的作用,可以稀疏和清洁森林地面,同时还可以提供灰分和木炭为下一代植物施肥。[15] 有插图表明,历史上南美和欧洲部分地区也将火和木炭用于农业。[16] [17]

今天,生物炭可能比以往任何时候都具有更大的意义。 当我们寻找将碳保持在土壤和大气中的方法时,生物炭可能不是答案,但它可能是帮助其他所有答案的一部分。

有关生物炭的用途,过程和益处的更多信息,请访问 恢复字符.

这篇文章是根据一篇文章发表的 开拓市场,可能是2019。

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5对“什么是生物炭? 如何稳定土壤中的碳=

  1. “在我们寻找将碳保持在土壤中和排除大气层的方法时,生物炭可能不是答案,但它可能是帮助其他所有答案的一部分。”

    这句话似乎遗漏了一两个字。 通过添加“仅”一词(如“不是唯一的答案”中的字眼),可以改善这种情况。

    生物炭的使用是一种至关重要的工具-是众多工具中的一种-但也许是唯一一种能够隔离数百年或数千年的碳入侵量的工具,并且是唯一一种可以消除水泥等非农产品中的化石燃料的工具,沥青,建筑材料和塑料。

    我认为,该句子的用词掩盖了证实其惊人特性的研究的合法性。

  2. 很棒的文章! 感谢Kai和Rodale宣传了这些制造生物炭的简单方法。 我与一个称为Umpqua生物炭教育团队的团队合作,我们从NRCS获得了保护创新赠款,以开发类似的方法以及在堆肥和粪便管理中使用生物炭的实践准则。 我们可以在ubetbiochar.blogspot.com或wilsonbiochar.com上免费提供指南和一些开源生物炭窑图纸。

  3. 这是一个伟大的作品,肯定会激发人们对生物炭及其所有使用方式的兴趣,而不仅限于改善土壤健康。 我们正在与佛蒙特州合作,安装生物炭过滤器以捕获农业径流中的磷。 我们的生物炭是在创新的原型装置中生产的,该装置由我们自行设计和制造,在一天350小时内的产量为8磅。 今年夏天,我们将再生产两个单位,每个单位每天可生产至少500磅。 我们仅使用本地采购的废木。 我们更喜欢使用单独的窑炉,因为这样可以使我们具有选择性,并拥有单一来源的原料。

    找到这样的文章总是很不错的,这些文章可以保持“大火燃烧以制造生物炭”。

    谢谢Kai,谢谢Rodale Press。

  4. 我们用木头加热,烟囱的底部有一扇小门。 当我们清理它时,这些东西看起来像生物炭。 我们应该尝试将其应用于我们的花园吗? 如果是这样,多少钱?

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