100多年来，生物炭是一种富含碳的木炭状物质，由缺氧植物或其他有机物质制成，既有令人高兴又困惑的科学家。作为土壤添加剂，生物炭可以储存碳，从而减少温室气体排放，并且可以缓慢释放养分，起到无毒肥料的作用。

但生物炭储存营养物质和促进植物生长的精确化学作用仍然是一个谜，因此其商业潜力受到严重限制。

现在，由科罗拉多州立大学专家做出重要贡献的国际研究团队已经对生物炭看似神奇的特性进行了前所未有的细节和机制理解。由德国图宾根大学领导并于10月20日发表的Nature Communications研究表明，生物炭的堆肥如何产生非常薄的有机涂层，显着提高了生物炭的施肥能力。先进的分析技术的结合证实，涂层增强了生物炭与水的相互作用及其储存土壤硝酸盐和其他营养素的能力。

这种对生物炭性质的更好理解可能会引发生物炭肥的更广泛商业化。这种变化可以减少全球对无机氮肥的依赖，这些无机氮肥在一个多世纪以来一直是现代食品生产的主力军。

“在碳基板上表征超薄碳涂层几乎是不可能的，”Borch说。“我们的国际团队使用了许多不同的先进技术来进行分析。Robert Young领导我们小组对超高分辨率质谱的贡献，研究涂层并探测其元素组成。“

堆肥生物炭

该研究由Tuebingen大学应用地球科学中心的Andreas Kappler和地质生态学家Nikolas Hagemann领导。作者开始研究用混合肥料堆肥前后的生物炭。研究人员结合微观和光谱分析发现，溶解的有机物质在生物炭的堆肥过程中发挥了关键作用，并形成了薄的有机涂层。

“这种有机涂层使新鲜和堆肥生物炭之间产生差异，”Kappler说。“涂层改善了生物炭储存养分的性质，并形成了更多的有机土壤物质。”Hagemann补充说，当未经处理的生物炭被引入土壤时，涂层也会发育 - 只会慢得多。使用瑞士伊萨卡研究所的基础设施和专业知识，在小规模商业规模上进行堆肥试验。

为什么生物炭?

在农业中过量使用矿物氮肥或液体肥料会对环境产生严重影响。这种肥料会导致一氧化二氮的排放，导致硝酸盐浸入地下水中。作为一种环保替代品，科学家们建议将生物炭作为营养载体添加到土壤中。但是，大规模使用生物炭在经济上并不可行，因为人们对其储存和释放硝酸盐的确切方法知之甚少。

“在农作物生产中，通常只有当生物炭与来自非烧焦生物质(如液体肥料)的养分一起施用时才会出现更高的产量，”哈格曼说。“在没有添加营养素或纯矿物营养素的情况下使用生物炭已经证明在许多实验中远没有那么成功。”