100多年以来，生物炭——一种由脱氧植物或其他有机物制成的富碳、木炭状物质，让科学家们既兴奋又迷惑。作为一种土壤添加物，生物炭能够储存碳，并减少温室气体排放，而且，还能缓慢释放养分，进而充当无毒肥料。
但是，生物炭储存养分，促进作物生长背后的精确化学原理依然是未解之谜，因而其商业开发潜力大受限制。
如今，由美国科罗拉多州立大学专家参与并发挥主导作用的一个国际研究团队，以前所未有的详尽程度，展示了对于生物炭看似神奇特性的机械学认识。该研究由德国图宾根大学领衔，成果发表在了10月20日的《自然通讯》杂志上。其研究结果表明，生物炭能够通过堆肥（composting），生成一层薄薄的有机涂层（coating），进而显著提升其肥力。综合运用先进的分析技术，研究人员发现涂层能增强生物炭与水之间的相互作用，并提高储存土壤中的磷酸盐及其他养分的能力。
该研究深化了对于生物炭特性的认识，并能推动生物炭肥料更为广泛的商业化行动。此外，该研究成果也会降低全球对于无机氮肥的依赖，这将形成一场肥料革命，要知道无机氮肥用于现代农业生产已有100多年的历史。
该研究的合作者包括科罗拉多州立大学的Thomas Borch以及RobertYoung，前者是土壤与作物科学系以及化学和土木与环境工程系联合聘任的教授，后者则是一名研究科学家。科罗拉多州立大学的团队利用其国家高磁场实验室在高分辨质谱方面做出重要贡献，他们的数据帮助项目组弄清了生物炭纳米级碳涂层的构成。
Borch指出，在一个碳基板（carbon substrate）上分析超薄碳涂层的特性几乎是不可能的，研究团队使用了多种不同的先进技术来试图攻克难关，最终还是由Robert Young领导团队利用超高分辨率质谱（ultra-highresolution mass spectrometry）成功地获取了涂层的构成元素数据。
该研究由德国图宾根大学应用地球科学中心的Andreas Kappler教授及地质生态学家Nikola Hagemann牵头。研究人员重点考察了与复合肥堆肥前后的生物炭。综合利用微观和光谱分析，研究人员发现溶解的有机物质在生物炭堆肥过程中起着关键作用，是它们促成了薄薄的有机涂层。
Kappler强调，这种有机涂层将新鲜的和堆肥后的生物炭区别开来，涂层能提升生物炭贮存养分的性能，并进一步形成有机土壤物质。Hagemann补充指出，未经处理的生物炭施入土壤中后也会形成涂层，只是速度非常慢。堆肥实验依托瑞士伊萨卡研究所（Ithaka Institute）的基础设施和专家资源进行，达到了小型商业化的规模。
农业中矿物质氮肥和液态肥的过量使用严重影响了生态环境，它们会释放一氧化氮，进而导致硝酸盐渗入地下水。作为一种生态友好型的替代物，生物炭是一种有效的养分载体，科学家已经建议将其施加入土壤中。然而，大规模施用生物炭经济上并不可行，因为之前人们尚不清楚它储存和释放硝酸盐的机理。
Hagemann补充提出，在农业生产过程中，高产出通常只能在生物炭与诸如液态肥等非焦炭类生物质（non-charredbiomass）共同施用时才实现。在很多试验中，在不添加养分或仅添加纯矿物质养分的情况下，施用生物炭的效果非常有限。（来源：美国科罗拉多州立大学网站 北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道）
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