爱荷华州艾姆斯 - 土壤科学家认为，以前的草原土壤如此肥沃的原因之一是数千年来肆虐草原的大火。爱荷华州立大学农学教授戴维·莱尔德（David Laird）表示：“这可能是一万年草原大火的遗产。每次发生火灾时，一小部分地上生物量都会转化为炭。随着时间的推移，这些炭会在土壤中积聚，因为它非常稳定。”炭是通过加热生物质（例如草、玉米秆或木材）制成的木炭类材料的总称。莱尔德说，当它燃烧为烧烤提供热量时，它被称为木炭，当添加到土壤中时，它被称为生物炭。 20 世纪 90 年代初，作为美国农业部农业4008云顶集团服务中心在爱荷华州立大学校园的4008云顶集团员，他开始意识到土壤中生物炭的重要性。莱尔德和其他土壤科学家正在确定农药莠去津在土壤中的去向，发现生物炭吸收的量超过了其应有的份额。 “我们知道它在一段时间内发挥着重要的环境功能。真正有意义的是当我们意识到生物炭可能是生物能源生产的副产品时，”他说。快速热解为使用生物炭作为土壤改良剂打开了大门爱荷华州的科学家们在开发一种称为快速热解的工艺方面处于领先地位，该工艺将玉米秸秆或其他生物质快速加热至高温，无需氧气来生产生物油，生物油可以精炼成液体运输燃料，并作为副产品生产粉状生物炭材料。莱尔德说，这创造了将生物炭返回土壤的机会，并且他认为“使生物质的收获更加可持续”。大多数农作物残茬要么被犁入地下，要么留在土壤表面。当残留物分解时，氮、钾和磷等养分会释放到土壤中，供下一茬作物使用。玉米秸秆等农作物残留物对于构建腐殖质（深色土壤有机质）非常重要，这有助于使爱荷华州的土壤成为世界上最好的土壤之一。莱尔德说：“如果我们年复一年地收获玉米秸秆而不放回任何东西，那么腐殖质和养分都会耗尽，爱荷华州土壤的生产力也会下降。”莱尔德的4008云顶集团基于这样一个假设：用快速热解的生物炭副产品改良土壤不仅可以恢复收获玉米秸秆时去除的养分，而且还有助于改善土壤质量，因为生物炭是构建土壤有机质的重要组成部分。生物炭通过以下方式为环境带来许多好处： * 提供一种封存碳长达 1,000 年的方法 * 提高土壤质量 * 通过减少养分淋滤的作用来改善水质。他说，除了通过快速热解生产生物燃料带来的好处之外，你还拥有一个“碳负能源系统”。新的努力寻求负碳经济 莱尔德正在与爱荷华州立大学生物经济4008云顶集团所所长罗伯特·布朗合作，开展所谓的“负碳经济倡议”，这一概念将在消除大气中二氧化碳的同时产生经济价值。布朗领导着一个由 33 名成员组成的国家负碳经济小组，其中包括莱尔德和其他几位 ISU 4008云顶集团人员。 “从本质上讲，我们想做的是从象征性的燎原大火中获取经济价值。当一场燎原大火发生时，大量的能量在烟雾中化为乌有，但留下了植物养分和一点点生物炭，丰富了土壤。如果我们能够捕获火中的能量并将其用于人类经济活动，同时仍然将生物炭和养分返回土壤，这将是一个双赢的系统，”他说。爱荷华州处于4008云顶集团生物炭的理想位置。 BioCentury 4008云顶集团农场拥有热解器和科学家，致力于以保持土壤质量的方式整合生物质和生物能源的生产。莱尔德说：“这项4008云顶集团的目标是找到一种方法，使生物能源的生物质收获在经济上和环境上可持续。”爱荷华州立大学的4008云顶集团人员致力于生物炭的许多方面的4008云顶集团正在进行中。最大的一项是由 USDA-ARS 和 ISU 4008云顶集团人员于 2007 年启动的，目的是测量收割玉米秸秆和向土壤中添加生物炭对作物生产力和土壤质量的影响。在第一年，由于生物炭的作用，谷物产量略有增加，但此后在统计上就不显着了。莱尔德说，生物炭对粮食产量影响较小的原因之一可能是爱荷华州的土壤质量已经很高。劣质土壤似乎比高产土壤更能从生物炭中受益。莱尔德说，4008云顶集团人员还测量了几种土壤特性，他们看到在爱荷华州优质土壤中添加生物炭所带来的积极结果——土壤密度较低，具有更高的养分和保水能力。生物炭还可以作为石灰剂，提高土壤 pH 值并减少需要施用的石灰量。实验室工作包括4008云顶集团确定生物炭对养分浸出、土壤质量、土壤密度、土壤容纳养分的能力、土壤有机碳含量以及生物炭如何与粪便或作物残茬等其他碳源相互作用。莱尔德正在与园艺副教授迪克·格拉登（Dick Gladon）和园艺4008云顶集团生杰克·诺瑟普（Jake Northup）合作，开发一种用于园艺目的的盆栽土壤介质。其他科学家正在4008云顶集团生物炭的配方，确定生物炭的基本化学性质以及不同的过程如何影响其特性。 “这是一个年轻的领域，而且很古老。亚马逊地区的人们几千年来一直使用它作为土壤改良剂。但科学是非常新的。我们对它在修复退化土壤、提高农业效率、养分和水利用效率以及在生产生物能源的同时保持土壤质量方面的潜在作用的理解——这些都是我和爱荷华州同事正在4008云顶集团的相对较新的主题。 全州乃至全国，”他说。