據(jù)報道，亞洲每年產(chǎn)生約3 .5 億噸農(nóng)業(yè)廢棄物，除一部分作綠肥外，大部分作為垃圾被丟棄，不僅造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，還導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費，對人類、動物及環(huán)境帶來極大的負(fù)面影響。而農(nóng)業(yè)廢棄物的再利用可以減少溫室氣體的排放，還可以作為生物能源替代不可再生的化石能源發(fā)展綠色燃料產(chǎn)業(yè)或者轉(zhuǎn)化生成其他物質(zhì)等，利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備的生物炭在降低溫室氣體排放、土壤養(yǎng)分流失和土壤污染物等方面具有比較好的效果。

基于此， 越南國立大學(xué) Ha Huynh Ky Phuong 團(tuán)隊和越南科學(xué)技術(shù)學(xué)院 Thi Thuy Van Nguyen 團(tuán)隊對農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為生物炭進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述，該文從農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生及類型、制備生物炭的方法、生物炭的性質(zhì)和優(yōu)缺點、生物炭對環(huán)境和環(huán)境中植物修復(fù)的作用及生物炭與環(huán)境中金屬和非金屬等的相互作用等方面進(jìn)行了綜述 。 并且強調(diào)了制備生物炭的農(nóng)業(yè)廢棄物的來源、因素以及生物炭在土壤修復(fù)中的競爭性應(yīng)用等方面存在的知識鴻溝。為農(nóng)業(yè)廢棄物制備的生物炭的有效利用提供了較為可靠的參考。

1 . 生物炭的制備方法

生物炭因其高熱容和高碳含量的優(yōu)點，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，而大量環(huán)保低廉的農(nóng)業(yè)廢棄物可以作為制備生物炭的理想原料，既能節(jié)省生物炭的制備成本，又能減少資源的浪費和環(huán)境的污染。圖1為多種來源的農(nóng)業(yè)廢棄物通過多種轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物炭的過程。生物炭的制備方法主要有熱解、氣化等方法。

制備生物炭的熱解方法是農(nóng)業(yè)廢棄物在3 00 - 900 ℃且沒有氧氣的條件下，轉(zhuǎn)化為生物炭的過程，根據(jù)溫度變化，加熱速率和保留時間的不同可以將熱解分為快速熱解、中速熱解和慢速熱解三種類型，溫度、空氣和保留時間是影響熱解效果的關(guān)鍵因素，影響最終生物炭的生成效果，如圖1所示。制備出來的生物炭一部分繼續(xù)加工為精細(xì)的生物炭，一部分應(yīng)用于污染土壤的處理。

圖1 多種來源的農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)通過熱解法制備生物炭。

2 . 生物炭與被污染土壤中的金屬或非金屬污染物的相互作用

農(nóng)業(yè)廢棄物基生物炭可以用作土壤調(diào)節(jié)劑，土壤中的各種成分對于金屬元素的傳遞、修飾等有著較大的影響。土壤中的金屬（非金屬）離子可以以陽離子或陰離子的形式存在，可以與生物炭表面上的陰、陽離子電荷相互作用。帶有陰離子電荷的生物炭在與表層土壤混合時可以牢固地吸附陽離子成分（如Pb ²⁺ 和Cd ²⁺ ），同樣，帶陽離子的生物炭也可以吸附陰離子成分。陰、陽離子成分通過生物炭固定化的機(jī)制主要是物理吸附、共同沉淀及與活性官能團(tuán)形成的表面復(fù)合物等。圖2為生物炭與土壤中污染物相互作用的示意圖。圖2(A)為生物炭對土壤孔隙中陽離子金屬的物理吸附；圖2(B)為生物炭對金屬的共沉淀；圖2(C)為土壤中金屬離子與生物炭表面的功能團(tuán)一起形成復(fù)合物；圖2(D)為K、Ca、P、DOC和N等促進(jìn)植物生長的元素的釋放。這些過程能夠有效降低地下水中污染物（金屬膠體）的含量，進(jìn)一步降低對植物的毒性，創(chuàng)造的環(huán)境更適合植物的生長，并且也能夠增加植物在污染的土壤中的適應(yīng)性和耐受性。

圖2 生物炭與污染的土壤中金屬（非金屬）污染物之間可能的相互作用。

3. 農(nóng)業(yè)廢棄物基生物炭的優(yōu)缺點

農(nóng)業(yè)廢棄物基生物炭的優(yōu)點如圖4所示： (1 )能夠減少空氣中溫室氣體C O ₂ 和C H ₄ 等的排放。( 2) 生物炭可以吸附重金屬離子，減少其毒性。 (3) 生物炭能夠釋放植物所需要的營養(yǎng)元素。 (4) 改變有金屬（非金屬）污染物的土壤中的生物多樣性。盡管在土壤中使用生物炭具有比較多的好處，但是也存在一些缺點： (1) 生物炭應(yīng)用在土壤中會降低土壤中蠕蟲的活動，影響土壤的結(jié)構(gòu)和成分，從而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。 (2) 生物炭降低農(nóng)藥的利用率，增加農(nóng)藥的用量。 (3) 生物炭可能還會導(dǎo)致土壤的退化。

圖4 生物炭對金屬（非金屬）污染的土壤中植物生長的積極和消極的影響。

農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化的生物炭具有成本低、效率高、易于使用、安全和不破壞生態(tài)等優(yōu)點，可以應(yīng)用于污染土壤的修復(fù)，生物炭較大的比表面積和孔隙率能夠固定土壤中的金屬（非金屬）污染物，改善土壤的pH，減少金屬（非金屬）離子的流動性和生物利用性，并增加土壤微生物的多樣性。另外，本文針對生物炭對毒性較大的金屬離子的吸附效果比較差，只能輔助植物對污染土壤的修復(fù)等存在的不足提出了以下研究的方向：( 1 )研究熱解后的生物炭的物理化學(xué)性質(zhì)與土壤生物和植物修復(fù)之間的相互作用。( 2 )評估生物炭的可靠性及其對污染土壤中金屬（非金屬）吸附的影響的現(xiàn)實案例的研究。( 3 )了解生物炭輔助的生物和植物修復(fù)系統(tǒng)，特別是生物炭與微生物多樣性、根際區(qū)域和土壤顆粒之間的相互作用。