利用屠宰场废弃物制备生物炭提升土壤肥力的研究

《Scientific Reports》：Enhancing soil fertility through Biochar using slaughter-house waste as a feedstock

为解决埃塞俄比亚农业受土壤酸度、肥力等影响的问题，研究人员开展了复合生物炭（纸 - 反刍物）对土壤养分（pH、有机碳、氮、阳离子交换容量 CEC）影响的研究。结果表明生物炭能改善土壤理化性质，这对可持续农业和农村发展意义重大。

　　在农业生产的大舞台上，土壤肥力如同农作物生长的 “幕后英雄”，发挥着至关重要的作用。然而，现实却给农业发展带来诸多挑战。在埃塞俄比亚，这个以农业为主导经济的国家，土壤问题尤为突出。水涝灾害频发，土壤酸性过强，肥力不断下降，这些问题如同沉重的枷锁，严重束缚了农业生产力的提升 。长期以来，传统的土壤肥力提升方法依赖化学肥料，但这不仅成本高昂，还会对环境造成负面影响，就像在生态画卷上留下了一道道难以抹去的 “伤痕”。为了打破这一困局，寻找可持续的土壤改良方案迫在眉睫。
在这样的背景下，来自埃塞俄比亚贡德尔大学理工学院（Department of Mechanical Engineering, Institute of Technology, University of Gondar）和阿达玛科学技术大学机械化学与材料工程学院（Department of Mechanical Engineering, College of Mechanical Chemical and Materials Engineering, Adama Science and Technology University）的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦在生物炭上，尝试利用屠宰场废弃物（反刍物 CUD）和废纸作为原料制备复合生物炭，探究其对土壤肥力的影响。这项研究成果发表在《Scientific Reports》上，为解决土壤肥力问题带来了新的曙光。
研究人员在实验过程中，运用了多种关键技术方法。首先是生物炭制备技术，他们收集屠宰场的反刍物和大学办公室的废纸，经过干燥处理后，在特定反应器中以 24°C/min 的升温速率加热至 167°C 进行热解，制备出不同类型的生物炭 。其次是土壤采样与处理技术，从埃塞俄比亚贡德尔北部达巴特地区的农田采集 0 - 20cm 深度的酸性土壤样本，在暗室中干燥、研磨并过 0.5mm 筛 。最后是土壤化学性质测量技术，采用 Walkley - black 法测定有机碳（OC）含量，Kjeldahl 法测定总氮（TN）含量，通过特定的铵醋酸盐置换法测定阳离子交换容量（CEC）。
下面让我们来看看具体的研究结果：

• 土壤化学性质变化：研究发现，添加生物炭能显著改变土壤的化学性质。与未处理土壤相比，添加生物炭后，土壤的 pH、有机碳（OC）、阳离子交换容量（CEC）和总氮（TN）都有大幅提升。其中，反刍物生物炭处理的土壤 pH 最高可达 9.80，纸张生物炭处理的土壤 pH 为 7.8 。有机碳含量方面，反刍物生物炭添加后土壤有机碳增加量的平均值为 6.22，纸张生物炭为 2.31，复合生物炭（纸 - 反刍物）为 4.95 。在阳离子交换容量（CEC）方面，纸张生物炭对土壤 CEC 的提升贡献较大 。总氮含量也显著增加，反刍物生物炭使土壤总氮含量增加的幅度比纸张生物炭大 0.11% 。
• 不同生物炭的效果差异：不同原料制备的生物炭对土壤养分的影响存在差异。在相同实验条件下，添加反刍物生物炭对土壤养分的提升效果优于纸张生物炭 。例如，在提高土壤 pH 和有机碳含量方面，反刍物生物炭表现更为突出；而在增加土壤氮含量方面，纸张生物炭有一定作用，但反刍物生物炭的效果更显著。
  研究结论表明，应用反刍物和纸 - 反刍物复合生物炭能够有效改善酸性土壤的理化性质，提升土壤肥力 。这一研究成果为埃塞俄比亚乃至全球面临类似土壤问题的地区提供了新的土壤改良思路和方法，对推动可持续农业发展具有重要意义。它不仅为解决废弃物处理问题提供了新途径，还能减少化学肥料的使用，降低农业生产成本，保护生态环境。然而，研究也指出，未来还需要关注生物炭生产的经济可行性、作物对生物炭的响应、温室环境下植物对生物炭改良的反应以及植物的生物学响应等方面的研究，为生物炭在农业领域的广泛应用奠定更坚实的基础。