Highlights► Biochar releases DOC, N

Highlights
► Biochar releases DOC, N and P into aqueous solution, much of it in organic form. ► Biochars made at lower temperature and from grass release relatively more nutrients. ► Leached DOC & N correlate with volatile matter and P release with ash content. ► Biochar sorbs soil nutrients and soil sorbs nutrients released by biochar.

Keywords
Biochar; Nutrients; Leaching; Sorption; Dissolved organic carbon; Phosphorus
1. Introduction
Biochar is the carbonaceous product obtained by the heat treatment of biomass under limited or no oxygen (pyrolysis). Biochar has recently gained attention for its potential, when used as a soil amendment, to improve the fertility of degraded soils and to store carbon removed from the atmosphere by plants. While there has been much recent work examining biochar's chemical characteristics and effect on plant and microbial growth, the primary mechanism for these effects and the possible environmental consequences that may accompany biochar amendments, such as organic contaminant or nutrient releases, is unclear.

Biochar's positive effects on the soil ecosystem, including both plants and microbes, have been proposed to derive either directly from nutrients within biochar itself, or indirectly from its ability to sorb and retain nutrients (Hammes and Schmidt, 2009 and Lehmann et al., 2011). However, nutrient leaching can have negative environmental consequences such as causing eutrophication in surface or ground waters. Recent studies have shown the nutrient content of biochars to range widely and be controlled by both biomass type and combustion conditions (Mukherjee et al., 2011). More relevant to plant and microbial growth, however, is its bioavailable nutrients content. A recent study found that 15–20% of Ca, 10–60% of P and about 2% of N in mallee wood biochar was readily leachable with distilled water, with amounts that varied both with charring temperature and portion of the plant sampled (Wu et al., 2011).

When added to soil, plant available nutrients provided by the biochar will also vary with char and soil type, as both increases and decreases in available nutrients following biochar amendment have been observed. For example, the column leachate of a Norfolk loamy soil amended with a pecan shell biochar made at 700 °C temperature contained greater K and Na, but less P (by about 35%) Ca, Mn and Zn, relative to a control soil with no biochar (Novak et al., 2009). Thus, biochars were hypothesized to exchange multivalent cations for surficially sorbed monovalent cations. Another column leaching experiment using bamboo charcoal pyrolyzed at 600 °C added to a variety of sandy silt soils showed a cumulative reduction in NH4+-N loss of 15% over 70 days (Ding et al., 2010). Column experiments with poultry litter and garden waste biochars produced at 550 °C without soil also showed a reduction in NO3, NH4+ and P leaching, but these reduction were not maintained beyond the addition of 20 pore volumes of water (816 mm) suggesting the involvement of either weak surface interactions or water trapping (Downie et al., 2007 and Major et al., 2009). In contrast, biochar made from green-waste such as chicken manure may greatly increased extractable (i.e. leachable) nutrient levels in amended soils (Chan and Xu, 2009 and Chan et al., 2008). And a 45-week soil column leaching study using Midwestern agricultural soil (Clarion, fine-loamy) leached with 0.4–0.7 pore volumes of 0.001 M CaCl2 once a week for 500 days showed a slight increase in total N and P leached when amended with 20 g kg− 1 biochar, but a reduction in N and P leached of 11% and 69%, respectively, when manure was also added, relative to the control with no biochar (Laird et al., 2010). The amount of N immobilization in soil has also been shown to vary greatly with pyrolysis time period (Bruun et al., 2012) and P release varied with pH (Silber et al., 2010).

Whether biochar will ultimately benefit plants by providing nutrient or inhibit plant growth by sequestering them is still an open question. Declines in plant growth in some experiments with biochar have been attributed to a decline in available ammonium (Deenik et al., 2010). Soil column experiment with bagasse biochar made from 400 to 800 °C indicated that higher temperature bagasse biochar can adsorb significant amount of NO3− (Kameyama et al., 2012), possibly decreasing the amount of available nutrients in soils and inducing plant N deficiency. However, N exists primarily in soil as organic complexes which are eventually ammonified (NH4+) then nitrified (NO3−) before plant uptake. There has been no prior study which simultaneously compares the adsorption of these different forms.

The physical properties of some biochars, such as high surface area, porosity and ion exchange capacity, are also likely related to its ability to sorb, and possibly slowly released, OM or nutrients (Liang et al., 2006). But measured biochar cation exchange capacities (CEC) ranging from almost none to about 70 cmolc kg− 1, the latter being found for lower temperature chars (Mukherjee et al., 2011). And, large amounts of anion exchange capacity (AEC) have only been found for aged biochars (Cheng et al., 2008 and Mukherjee et al., 2011). Thus, fresh biochars might be expected to retain only NH4+ and release any exchangeable NO3− and PO43 −.

The extent to which nutrients may be lost or retained in their organic form is poorly understood. A recent study observed abundant leaching of DOC from fresh grass biochars, but also a large degree of organic compound sorption onto biochars which was controlled by its surface morphology, biomass species, and charring temperature (Kasozi et al., 2010). And in field studies, biochar–amended soils exhibited greatly enhanced concentrations of DOC in leachates from Colombian Savanna Oxisol (Major et al., 2010) and northeast England (Bell and Worrall, 2011). Both ammonium and organic N sorbed onto or released from biochar has been found to be at least partially bioavailable (de la Rosa and Knicker, 2011 and Taghizadeh-Toosi et al., 2012). However, there are no studies that examined speciation of DOC, N and P released or retained by biochar or examined a range of biochar types and over time.

Clearly, a better understanding of biochar's nutrient retention or release properties is needed so that the optimum biochar can be selected for application to each particular soil type, both to maximize soil productivity and minimize deleterious environmental effects. An additional need is to be able to predict C losses via leaching so that C sequestration credits may be assigned to those that implement biochar addition projects, if and when such a system is enacted. Here, both batch extraction and column leaching experiments were carried out using a number of types of biochar and soil/biochar mixtures. Specific objectives of this study were to: 1) assess the variation in DOC, N, and P leaching/retention from a range of biochar types including those freshly prepared and aged, 2) explore the interaction between biochar leachate C, N, P and soils, 3) examine the form of N and P lost/gained by biochar and biochar/soil mixtures, and 4) use nutrient loss patterns to predict longer term nutrient loss rates.

2. Materials and methods
2.1. Materials
Biochar was produced from Quercus lobata (Laurel oak), Pinus taeda (Loblolly pine) and Tripsacum floridanum (Gamma grass) by combustion for 3 h at 250 °C in open oven and at 400 and 650 °C in a pyrolyzer continuously flushed with 99% pure gaseous N2 (designated hereafter as Oak-250, Grass-650, etc.). Detailed information on biochar preparation and characteristics and methods of analysis have been presented elsewhere ( Hamdan et al., 2010, Harvey et al., 2012, Kasozi et al., 2010, Mukherjee, 2011, Mukherjee et al., 2011, Podgorski et al., 2012 and Zimmerman, 2010) but are summarized in Supplemental Table S1. Only the coarse ( Hamdan et al., 2010) (0.25–2 mm) size fraction, separated by sieve and briefly rinsed with double distilled water to remove ash, was used in these experiments. In addition, biochar of each type was aged by placing in containers, fine-mesh screened above and below, so that weathering by air and precipitation, but not sunlight, could occur. Aging took place during the nine month period from Dec. 1, 2009 to Sep. 28, 2010 in Gainesville, Florida, during which time 109 cm of rain fell, almost equal to the 123 cm that is the annual average for this location.

In addition to a quarts sand control, two soils were used in these experiments: a fine sandy Florida Entisol collected from a forest near Gainesville, Florida (BY) and a clay loam Ultisol collected near Jasper, Georgia (GA). Both soil samples integrated 0–10 cm depth horizons and were air dried and sieved (< 2 mm) to remove roots and vegetation. Porosity of the sand, BY and GA soils was 30.6%, 35.8% and 50.2%, respectively. Further soil details are provided in Supplemental Tables S1 and S2.

2.2. Batch extraction experiment
Preliminary experiments showed that leaching of nutrients from biochar was not a time limited phenomena but rather varied with extractant volume (i.e. an equilibrium as opposed to a kinetically-driven phenomenon). However, we found that equilibrium was reached after only a few hours in early extractions, and required a few days for later extractions. Because the goal of this research was to estimate the maximum amount of nutrients likely to be release by biochar in the natural environment, we performed successive batch extractions of biochar samples in water, each time with removal and replacement of supernatant, and each time allowing for enough time to reach equilibrium. About 0.5 g of each biochar sample was added to 40 mL of distilled deionized (DI) water in 50 mL plastic centrifuge tubes and placed horizontally on a mechanical platform shaker (150 rpm) in the dark. On days 1, 2, 4, 10 and 20, tubes were weighed and centrifug

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ไฮไลท์
► Biochar ประชาสัมพันธ์เอกสาร N และ P เป็นละลาย มากของมันในฟอร์มอินทรีย์ ► Biochars ได้ ที่อุณหภูมิต่ำ และ จากหญ้าปล่อยสารอาหารค่อนข้างมาก ►เอกสาร Leached & N ซึ่งระเหยและปล่อย P กับเถ้าเนื้อหา ► Biochar sorbs ดินสารอาหารและสารอาหาร sorbs ดินออก โดย biochar

คำ
Biochar สารอาหาร ละลาย ดูด ละลายอินทรีย์คาร์บอน ฟอสฟอรัส
1 แนะนำ
Biochar เป็นผลิตภัณฑ์ carbonaceous ได้ โดยรักษาความร้อนของชีวมวลจำกัดหรือไม่มีออกซิเจน (ชีวภาพ) Biochar เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับความสนใจในศักยภาพ เมื่อใช้เป็นการแก้ไขดิน การปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดินเนื้อปูนเสื่อมโทรม และเก็บคาร์บอนออกจากบรรยากาศ โดยพืช ในขณะที่มีงานมากล่าสุดตรวจสอบลักษณะทางเคมีและผลกระทบต่อพืชและจุลินทรีย์เจริญเติบโตของ biochar กลไกหลักสำหรับลักษณะพิเศษเหล่านี้และผลกระทบสิ่งแวดล้อมได้อาจพร้อมแก้ไข biochar เช่นสารปนเปื้อนอินทรีย์หรือธาตุอาหารรุ่น ไม่ชัดเจน

ผลบวกของ Biochar ระบบนิเวศ ดินรวมทั้งพืชและจุลินทรีย์ มีการนำเสนอการสืบทอดมาโดยตรง จากสารอาหารภายใน biochar เอง หรือโดยทางอ้อม จากความสามารถในการ sorb และรักษาสารอาหาร (Hammes และ ชมิดท์ 2009 และ Lehmann et al., 2011) อย่างไรก็ตาม การละลายธาตุอาหารได้ค่าลบผลกระทบสิ่งแวดล้อมเช่นเคที่ทำให้เกิดพื้นผิวหรือพื้นน้ำ การศึกษาล่าสุดแสดงเนื้อหาของ biochars ช่วงธาตุอาหารกันอย่างแพร่หลาย และถูกควบคุม โดยเงื่อนไขทั้งสองชีวมวลชนิดและเผาไหม้ (Mukherjee et al., 2011) เกี่ยวข้องกับพืชและจุลินทรีย์เจริญเติบโต อย่างไรก็ตาม ได้เนื้อหาสารอาหาร bioavailable การศึกษาล่าสุดพบว่า 15-20% ของ Ca, 10 – 60% ของ P และประมาณ 2% ของ N ใน mallee ไม้ biochar ถูก leachable พร้อม ด้วยน้ำกลั่น มียอดเงินที่แตกต่างกัน ด้วย charring อุณหภูมิและส่วนของโรงงานตัวอย่าง (Wu et al., 2011)

เมื่อเพิ่มดิน พืชมีสารอาหารโดย biochar จะแตกต่างกันกับอักขระ และชนิดดิน เป็นทั้งเพิ่ม และลดลงในสารอาหารว่างต่อ biochar แก้ไขได้ถูกตรวจสอบ ตัวอย่าง leachate คอลัมน์ของแบบโฟล์ค loamy ดินแก้ไข biochar เชลล์พีคานที่ทำที่อุณหภูมิ 700 ° C Na และ K มีอยู่มาก แต่น้อย กว่า P (โดยประมาณ 35%) Ca, Mn และ Zn สัมพันธ์ดินควบคุมไม่ biochar (โนวัคในฮวาร์ et al., 2009) ดังนั้น biochars ถูกตั้งสมมติฐานว่าการแลกเปลี่ยนเป็นของหายาก multivalent สำหรับเป็นของหายาก monovalent surficially sorbed คอลัมน์อื่นละลายทดลองที่ใช้ถ่านไม้ไผ่ที่ pyrolyzed ที่ 600 ° C เพิ่มความหลากหลายของดินเนื้อปูนตะกอนทรายที่พบสะสมลด NH4 สูญหาย -N 15% มากกว่า 70 วัน (ดิง et al., 2010) คอลัมน์การทดลองกับสัตว์ปีกทิ้งขยะ และ biochars สวนเสียผลิตที่ 550 ° C ไม่ มีดินยัง พบลด NO3, NH4 และละลาย P แต่ไม่มีรักษาลดเหล่านี้นอกเหนือจากการเพิ่มปริมาณรูพรุน 20 น้ำ (816 mm) แนะนำเกี่ยวข้องในการโต้ตอบผิวอ่อนแอหรือดักน้ำ (Downie et al., 2007 และวิชา et al., 2009) ในทางตรงกันข้าม biochar ทำจากสีเขียวขยะเช่นมูลไก่อาจมากขึ้น extractable (เช่น leachable) ระดับธาตุอาหารในดินเนื้อปูนแก้ไข (จันทร์และ Xu 2009 และจันทร์ร้อยเอ็ด al., 2008) และคอลัมน์สัปดาห์ 45 ดินละลายศึกษาใช้ดินเกษตร Midwestern (คลาเรียน ปรับ loamy) leached กับ 0.4 – 0.7 ปริมาณ 0.001 M CaCl2 เมื่อสัปดาห์ 500 วันแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยใน N และ P leached เมื่อแก้ไข ด้วย biochar kg− 1 20 g รวมรูขุมขน แต่ลด N และ P leached 11% และ 69% ตามลำดับเมื่อถูกเพิ่มมูล เมื่อเทียบกับตัวควบคุมที่มีไม่ biochar (Laird et al., 2010) ยังได้แสดงจำนวนตรึงโป N ในดินจะแตกต่างกันมากกับชีวภาพรอบระยะเวลา (Bruun et al., 2012) และรุ่น P แตกต่างกันมีค่า pH (Silber et al., 2010) .

ว่า biochar จะสุดประโยชน์พืช โดยการให้สารอาหาร หรือยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช โดยแนวดังกล่าวยังคงเป็นคำถามที่เปิด มีการบันทึกในการเจริญเติบโตของพืชในบางการทดลองกับ biochar ลดลงมีแอมโมเนีย (Deenik et al., 2010) ทดลองคอลัมน์ดินกับ biochar ชานอ้อยทำจาก 400 ถึง 800 ° C ระบุ biochar ชานอ้อยอุณหภูมิที่สูงขึ้นสามารถชื้นอย่างมีนัยสำคัญจำนวน NO3− (คาเมยาม่า et al., 2012), อาจจะลดจำนวนของสารอาหารที่มีในดินเนื้อปูนและพืช inducing N ขาด อย่างไรก็ตาม N อยู่ในดินส่วนใหญ่เป็นคอมเพล็กซ์ซึ่งในที่สุด ammonified (NH4) แล้ว nitrified (NO3−) ก่อนการดูดธาตุอาหารพืช อินทรีย์ ได้มีการศึกษาไม่ก่อนซึ่งเปรียบเทียบกันของเหล่านี้แตกต่างรูปแบบ

คุณสมบัติทางกายภาพของบาง biochars เช่นพื้นที่สูง porosity กำลังแลกเปลี่ยนไอออน นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการ sorb และอาจจะช้า ออก ออมหรือสารอาหาร (Liang et al., 2006) แต่วัด biochar cation exchange กำลัง (พบกับ CEC) ตั้งแต่เกือบจะไม่มีการประมาณ 70 cmolc kg− 1 การหลังมีการพบในอุณหภูมิต่ำกว่าตัวอักษร (Mukherjee et al., 2011) และ จำนวนมากของ anion exchange (AEC) เท่าพบในอายุ biochars (Cheng et al., 2008 และ Mukherjee et al., 2011) ดังนั้น biochars สดอาจคาดว่าจะเก็บเฉพาะ NH4 และปล่อยใด ๆ แลกเปลี่ยนเป็น NO3− และ PO43 −ได้

เท่าที่สารอาหารอาจจะสูญหาย หรือเก็บไว้ในแบบฟอร์มของอินทรีย์คือเข้าใจไม่ดีได้ การศึกษาล่าสุดพบมากมายละลายของ DOC จากหญ้าสด biochars แต่ตัวใหญ่ของดูดผสมอินทรีย์บน biochars ซึ่งถูกควบคุม โดยสัณฐานวิทยาผิว ชนิดชีวมวล ความ charring อุณหภูมิ (Kasozi et al., 2010) และ ในการ ศึกษาฟิลด์ ดินเนื้อปูน biochar – แก้ไขจัดแสดงความเข้มข้นเพิ่มมากขึ้นของเอกสารใน leachates จากโคลัมเบีย Savanna Oxisol (วิชา et al., 2010) และอังกฤษตะวันออกเฉียงเหนือ (เบลล์และ Worrall, 2011) แอมโมเนียและอินทรีย์ N sorbed ไปยัง หรือออกจาก biochar พบน้อยบางส่วนมี bioavailable (เดอลาโรซ่า และ Knicker, 2011 และ Taghizadeh Toosi et al., 2012) อย่างไรก็ตาม มีไม่การศึกษาที่ตรวจสอบการเกิดสปีชีส์ใหม่ของ DOC, N และ P ออก หรือเก็บรักษา โดย biochar หรือตรวจสอบช่วง biochar ชนิด และ ช่วงเวลา

อย่างชัดเจน ความเข้าใจของ biochar ธาตุอาหารเก็บรักษาหรือนำคุณสมบัติจำเป็นเพื่อให้สามารถเลือก biochar เหมาะสมสำหรับโปรแกรมประยุกต์แต่ละชนิดโดยเฉพาะดิน ทั้งการเพิ่มผลผลิตของดิน และลดผลกระทบสิ่งแวดล้อมที่สุด ต้องการเพิ่มเติมไม่สามารถทายผลขาดทุน C ผ่านละลายเพื่อให้เครดิต sequestration C อาจจะให้ผู้ biochar ที่ใช้นอกจากนี้โครงการ ที่บัญญัติกล่าว ที่นี่ ชุดสกัดและคอลัมน์ละลายทดลองถูกดำเนินการโดยใช้จำนวนชนิดของน้ำยาผสม biochar และ ดิน/biochar วัตถุประสงค์เฉพาะของการศึกษานี้ได้: 1) ประเมินการเปลี่ยนแปลงในเอกสาร N และ P ละลาย/เก็บข้อมูลจากหลากหลายชนิด biochar รวมเหล่าลิ้ม และการโต้ตอบระหว่าง biochar leachate C, N, P และดินเนื้อ ปูน อายุ 2) เที่ยวชม 3) ตรวจสอบแบบของ N และ P ที่หายไป/ได้รับส่วนผสม biochar และ biochar/ดิน และ 4) การสูญเสียธาตุอาหารรูปทายยาวระยะสูญเสียธาตุอาหารพิเศษไว้

2 วัสดุและวิธีการ
2.1 วัสดุ
Biochar ถูกผลิตจาก Quercus lobata (ลอเรลโอ๊ค), Pinus taeda (สน Loblolly) และ Tripsacum floridanum (แกมมาหญ้า) โดยการเผาไหม้สำหรับ 3 h ที่ 250 ° C ในเตาอบที่เปิด และ ที่ 400 และ 650 ° C ในการ pyrolyzer อย่างต่อเนื่องล้าง 99% บริสุทธิ์ N2 เป็นต้น (กำหนดโดยเป็นโอ๊ค-250 หญ้า-650 ฯลฯ) เตรียม biochar และลักษณะ และวิธีการวิเคราะห์ข้อมูลรายละเอียดมีการแสดงอื่น ๆ (Hamdan et al., 2010 ฮาร์วี่ et al., 2012, Kasozi et al., 2010, Mukherjee, 2011, Mukherjee et al., 2011, Podgorski et al., 2012 และ Zimmerman, 2010) แต่สรุปใน S1 ตารางเพิ่มเติม เฉพาะหยาบ (Hamdan et al., 2010) (0.25 – 2 มม.) ขนาดเศษ แยก ด้วยตะแกรง และสั้น ๆ rinsed ด้วยน้ำกลั่นคู่เอาเถ้า ใช้ในการทดลองเหล่านี้ นอกจากนี้ biochar ของแต่ละชนิดมีอายุวางในภาชนะบรรจุ ฉายด้านบน และด้าน ล่าง เพื่อให้สามารถเกิดสภาพอากาศ โดยอากาศ และฝน แต่ไม่แสง แดด ตาข่ายปรับ อายุเกิดในระหว่างช่วงระยะเวลาเก้าเดือน 1 ธันวาคม 2009 กับกันยายน 28, 2010 ในเกนส์วิลล์ ฟลอริด้า ระหว่างที่เวลา 109 ซม.ของฝนลดลงมือ เกือบเท่าซม. 123 ที่เป็นค่าเฉลี่ยรายปีสำหรับตำแหน่งนี้

นอกจากควบคุมตามปริมาณทราย ดินเนื้อปูนสองถูกใช้ในการทดลองเหล่านี้: Entisol ฟลอริดาทรายดีเก็บจากป่าใกล้เกนส์วิลล์ ฟลอริด้า (BY) และเป็น loam ดิน Ultisol รวบรวมใกล้แจสเปอร์ จอร์เจีย (GA) ทั้งสองตัวอย่างดินรวมฮอลิซันส์ 0 – 10 ซม.ความลึก และมีอากาศแห้ง และ sieved (< 2 mm) เพื่อเอารากและพืช Porosity ทราย BY และ GA ดินเนื้อปูนได้ 30.6% 35.8% และ 50.2 สา% ตามลำดับ รายละเอียดเพิ่มเติมของดินให้เพิ่มเติมตาราง S1 และ S2

2.2 ชุดทดลองสกัด
ทดลองเบื้องต้นพบว่า การละลายของสารอาหารจาก biochar ไม่เวลาจำกัดปรากฏการณ์ แต่แตกต่างกันแต่ มีเสียง extractant (เช่นการสมดุลตรงข้ามกับปรากฏการณ์ที่ขับ kinetically) อย่างไรก็ตาม เราพบว่า สมดุลแล้วหลังจากเพียงไม่กี่ชั่วโมงในต้นสกัด และจำเป็นไม่กี่วันสำหรับสกัดในภายหลัง เนื่องจากเป้าหมายของการวิจัยนี้เป็นการ ประเมินจำนวนสารอาหารที่จะ นำออกใช้ โดย biochar ในสภาพแวดล้อมธรรมชาติ เราทำต่อเนื่องชุดสกัดอย่าง biochar ในน้ำ ทุกครั้งที่ มีการเอาออกและแทนที่ของ supernatant และแต่ละเวลาให้พอเวลาถึงสมดุล ประมาณ 0.5 g ของแต่ละอย่าง biochar เพิ่ม 40 mL ของน้ำกลั่น deionized (DI) ในท่อเครื่องหมุนเหวี่ยงพลาสติก 50 มล. และวางในแนวนอนที่แพลตฟอร์มเครื่องเชคเกอร์ (150 rpm) ในมืด วัน 1, 2, 4, 10 และ 20 หลอดถูกชั่งน้ำหนัก และ centrifug

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ไฮไลท์
►ไบโอชาร์รุ่น DOC , N และ P ในสารละลายมากของมันในรูปแบบอินทรีย์ ► biochars ทำให้อุณหภูมิลดลงและจากหญ้าปล่อยรังค่อนข้างมาก ►ชะ N ความสัมพันธ์กับหมอ&ระเหยและ P ปล่อยเถ้าเนื้อหา ►ไบโอชาร์ sorbs ธาตุอาหารในดินและดิน sorbs สารอาหารที่ออกโดยไบโอชาร์

คำสำคัญ
ไบโอชาร์ ; สารอาหาร ; การสกัด ; การดูดซับ ;ละลายอินทรีย์คาร์บอน ; ฟอสฟอรัส
1 บทนำ
ไบโอชาร์เป็นผลิตภัณฑ์ที่ประกอบด้วยคาร์บอนที่ได้จากการเผามวลชีวภาพภายใต้หรือออกซิเจนไม่จำกัด ( ผลิต ) ไบโอชาร์เพิ่งได้รับความสนใจในศักยภาพของมัน เมื่อใช้เป็นปรับปรุงดินเพื่อปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดินเสื่อมโทรมและการจัดเก็บคาร์บอนออกจากบรรยากาศ โดยพืชในขณะที่มีการมากผลงานล่าสุดตรวจสอบลักษณะและผลของไบโอชาร์เคมีในพืชและการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ , กลไกสำหรับผลเหล่านี้และได้รับผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมที่อาจมาพร้อมกับการแก้ไขไบโอชาร์เช่นสารปนเปื้อนอินทรีย์หรือรุ่น สารอาหารไม่ชัดเจน .

ไบโอชาร์เป็นบวกต่อดิน ระบบนิเวศ รวมทั้งพืชและจุลินทรีย์ ,ที่ได้รับการเสนอเพื่อสืบทอดโดยตรงจากรังภายในไบโอชาร์เอง หรือโดยอ้อมจากความสามารถในการ sorb และรักษาสารอาหาร ( hammes และชมิดท์ ปี 2009 และ เลห์มันน์ et al . , 2011 ) อย่างไรก็ตาม สารอาหารที่ละลายได้ผลด้านลบ เช่น ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชั่นหรือน้ำผิวดินการศึกษาล่าสุดได้แสดงปริมาณสารอาหารของ biochars ช่วงกันอย่างแพร่หลาย และถูกควบคุมโดยทั้งสองชนิดและการเผาไหม้ชีวมวลเงื่อนไข ( ชี et al . , 2011 ) ที่เกี่ยวข้องกับพืชและการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ , อย่างไรก็ตาม , คือรังของในเนื้อหา ผลการศึกษาล่าสุดพบว่า 15 – 20% ของ CA 10 – 60 % ของ P และประมาณ 2% ของ n ในไบโอชาร์ไม้มัลลีพร้อม leachable ด้วยน้ำกลั่นเงินที่หลากหลาย ทั้ง charring อุณหภูมิและส่วนของโรงงานตัวอย่าง ( Wu et al . , 2011 ) .

เมื่อเพิ่มดิน พืชที่มีสารอาหารโดยไบโอชาร์จะยังแตกต่างกันกับถ่านและชนิดของดิน เป็นทั้งการเพิ่มขึ้นและลดลงของสารอาหารดังต่อไปนี้การแก้ไขไบโอชาร์จะถูกสังเกตเห็น ตัวอย่างเช่นคอลัมน์น้ำของ Norfolk ดินร่วนดินแก้ไขกับพีไบโอชาร์ทำให้เปลือกที่ 700 องศา C อุณหภูมิที่มีอยู่มากกว่า K และนาน้อย แต่ P ( ประมาณ 35% ) CA , Mn และ Zn , เทียบกับดินที่ไม่มีไบโอชาร์ ( โนวัค et al . , 2009 ) ดังนั้น biochars ได้ตั้งสมมติฐานการแลกเปลี่ยนแคตไอออนสำหรับ surficially มัลติวาเลนต์ไม่มีกัด .คอลัมน์อื่นของการทดลองใช้ถ่านไม้ไผ่ที่ถูกเผาในบรรยากาศที่อุณหภูมิ 600 องศา C เพิ่มความหลากหลายของทราย ทรายแป้ง ดินมีการสะสมใน NH4 - ขาดทุน 15% กว่า 70 วัน ( Ding et al . , 2010 ) คอลัมน์การทดลองกับแคร่สัตว์ปีกและสวน biochars 550 องศา C ไม่มีของเสียที่ผลิตในดิน นอกจากนี้ยังพบการลดลงใน 3 NH4 และ P , การละลาย ,แต่การรักษาเหล่านี้ไม่เกิน 20 เล่ม นอกจากรูน้ำ ( 816 มม. ) แนะนำให้มีส่วนร่วมของพื้นผิวทั้งอ่อนแอปฏิสัมพันธ์ หรือน้ำดัก ( ดาวนี่ et al . , 2007 และสาขา et al . , 2009 ) ในทางตรงกันข้าม , ไบโอชาร์ทำจากสีเขียวขยะเช่นมูลไก่มากอาจเพิ่มปริมาณ ( เช่น leachable ) ระดับธาตุอาหารในดินและที่แก้ไขเพิ่มเติม ( ชานซู2009 และชาน et al . , 2008 ) 45 สัปดาห์และการชะล้างดินเกษตรดินคอลัมน์โดยใช้ช่อง ( ที่ปรับอัตรา 0.4 และ 0.7 ) ชะด้วยรูพรุนปริมาณ 0.001 m CaCl2 สัปดาห์ละครั้ง 500 วัน พบเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในไนโตรเจนฟอสฟอรัสและชะเมื่อแก้ไขเพิ่มเติม 20 กรัมต่อกิโลกรัม− 1 ไบโอชาร์ แต่ลดการชะละลายของไนโตรเจน และฟอสฟอรัสร้อยละ 11 และ 69 ตามลำดับ เมื่อมูลยังเพิ่มเมื่อเทียบกับการควบคุมไม่มีไบโอชาร์ ( แลด et al . , 2010 ) ปริมาณไนโตรเจนในดินที่ได้รับการแสดงผลจะแตกต่างกันอย่างมากกับช่วงเวลา ไพโรไลซีส ( bruun et al . , 2012 ) และ P ปล่อยมีค่า pH ( ซิล et al . , 2010 ) .

ว่าไบโอชาร์ในที่สุดจะได้รับประโยชน์โดยการให้ธาตุอาหารพืชหรือยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช โดยอายัดนั้นยังคงเป็นคำถาม เปิด .ลดลงในการเจริญเติบโต ในการทดลองกับไบโอชาร์ได้รับการบันทึกการลดลงของน้ำ deenik et al . , 2010 ) ดินคอลัมน์ทดลองชานอ้อยไบโอชาร์ทำจาก 400 ถึง 800 °องศาเซลเซียสพบว่าอุณหภูมิสูงกว่าไบโอชาร์ชานอ้อยสามารถดูดซับปริมาณ 3 − ( คาเมยามะ et al . , 2012 )อาจจะลดปริมาณของธาตุอาหารในดินและกระตุ้นพืช เอ็นขาด อย่างไรก็ตาม , N ที่มีอยู่เป็นหลักในสารประกอบอินทรีย์ดินเป็นซึ่งในที่สุด ammonified ( NH4 ) แล้ว nitrified ( − 3 ) ก่อนการปลูกพืช มีก่อนเรียนซึ่งพร้อมกันเปรียบเทียบการดูดซับของรูปแบบที่แตกต่างกันเหล่านี้

คุณสมบัติทางกายภาพของ biochars บาง ,เช่น พื้นที่ผิวสูง ความพรุนและความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออน , นอกจากนี้ยังอาจเกี่ยวข้องกับความสามารถใน sorb และจะค่อยๆ ออกมา โอม หรือรัง ( Liang et al . , 2006 ) แต่วัดความจุแลกเปลี่ยนแคตไอออนไบโอชาร์ ( CEC ) ตั้งแต่เกือบไม่มีประมาณ 70 cmolc − 1 กิโลกรัม หลังถูกพบใน ตัวอักษร อุณหภูมิ ( ชี et al . , 2011 ) และจำนวนมากของความจุแลกเปลี่ยนแอนไอออน ( AEC ) ได้พบว่า อายุ biochars ( เฉิง et al . , 2008 และชี et al . , 2011 ) ดังนั้น biochars สดอาจจะคาดว่าจะเก็บเฉพาะ NH4 และปล่อย 3 −−และแลกเปลี่ยนใด ๆ po43

ขอบเขตซึ่งสารอาหารอาจจะสูญหายหรือเก็บไว้ในรูปแบบอินทรีย์ของพวกเขาจะได้เข้าใจการศึกษาล่าสุดพบชุกชุม การชะละลายของหมอจาก biochars หญ้าสดๆ แต่ยังระดับใหญ่ของการดูดซับสารอินทรีย์ลง biochars ซึ่งถูกควบคุมโดยพื้นผิวของโครงสร้าง 3 ชนิด และ charring อุณหภูมิ ( kasozi et al . , 2010 ) และในด้านการศึกษาไบโอชาร์–แก้ไขดินมีมากเพิ่มความเข้มข้นของ DOC ในน้ำชะจากโคลัมเบีย ซาวันนา อ ซิซอล ( สาขา et al . , 2010 ) และภาคตะวันออกเฉียงเหนือของอังกฤษ ( เบลล์และเวอร์เริล , 2011 ) ทั้งแอมโมเนียและอินทรีย์ไนโตรเจนไม่มีลงหรือออกจากไบโอชาร์ได้ถูกพบว่าเป็นอย่างน้อยในบางส่วน ( เดอ ลา โรซ่า และ หนึ่งปอนด์สเตอริง , 2011 และ taghizadeh toosi et al . , 2012 ) อย่างไรก็ตามไม่มีการศึกษาที่ตรวจสอบชนิดของหมอ และ P ออกหรือเก็บไว้โดยไบโอชาร์หรือตรวจสอบช่วงของประเภทไบโอชาร์และตลอดเวลา

ชัดเจน ความเข้าใจที่ดีขึ้นของไบโอชาร์ของการเก็บรักษาสารอาหารหรือคุณสมบัติปล่อยเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ไบโอชาร์ที่สามารถเลือกได้ การปลูกแต่ละชนิดทั้งเพื่อเพิ่มผลผลิต และลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม ดินคง . ความต้องการเพิ่มเติมคือ สามารถทำนายการสูญเสียผ่านการชะล้างเพื่อให้ C C การสะสมหน่วยกิต ได้มอบหมายให้ผู้ที่ใช้ นอกจากนี้ไบโอชาร์โครงการหากระบบดังกล่าวถูกประกาศใช้ . ที่นี่ทั้งชุดการสกัดและคอลัมน์ของการทดลองใช้หมายเลขของชนิดของไบโอชาร์และผสมดิน / ไบโอชาร์ . การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1 ) ประเมินการเปลี่ยนแปลงในเอกสาร , N , P และการละลาย / ความคงทนในการจำจากช่วงของประเภทไบโอชาร์รวมทั้งการเตรียมสดและผู้สูงอายุ 2 ) ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างไบโอชาร์น้ำ C , N , P และในดิน3 ) ศึกษารูปแบบของ N และ P / หายได้รับ โดยไบโอชาร์ไบโอชาร์ / และดินผสม และ 4 ) การใช้รูปแบบการสูญเสียสารอาหารในการพยากรณ์ระยะยาวการสูญเสีย ธาตุอาหาร อัตรา .

2 วัสดุและวิธีการ
2.1 . ที่ผลิตจากวัสดุ
ไบโอชาร์โลบาตา ( Quercus โอ๊กลอเรล )สน taeda ( loblolly Pine ) และ tripsacum floridanum ( Gamma หญ้า ) การเผาไหม้ 3 H ที่ 250 องศา C เปิดเตาอบที่ 400 และ 650 ° C ใน pyrolyzer อย่างต่อเนื่องกลั้วกับ 99 % N2 ก๊าซบริสุทธิ์ ( เขตต่อเป็น oak-250 grass-650 , ฯลฯ ) ข้อมูลรายละเอียดเกี่ยวกับไบโอชาร์การเตรียมและลักษณะและวิธีการของการวิเคราะห์ได้ถูกนำเสนอที่อื่น ( Hamdan et al . , 2010 ,ฮาร์วีย์ et al . , 2012 , kasozi et al . , 2010 , ชี , 2011 , เคร์ et al . , 2011 , podgorski et al . , 2012 และ Zimmerman , 2010 ) แต่สรุปได้ในตารางเสริม S1 . เพียงหยาบ ( Hamdan et al . , 2010 ) ( 0.25 – 2 มม. ) ส่วนขนาดแยกด้วยตะแกรง และสั้น ๆล้างด้วยน้ำกลั่นเพื่อลบสองเถ้า ถูกใช้ในการทดลองเหล่านี้ นอกจากนี้ไบโอชาร์ของแต่ละประเภทอายุโดยการวางในภาชนะ ได้ประกบกันด้านบนและด้านล่าง เพื่อให้ดินและอากาศโดยการตกตะกอน แต่ไม่ใช่แสงแดด อาจเกิดขึ้นได้ ริ้วรอยที่เกิดขึ้นในช่วง 9 เดือน ตั้งแต่วันที่ 1 ธันวาคม 2552 ถึง 28 กันยายน 2010 ใน เกนส์วิลล์ ฟลอริดา ซึ่งในระหว่างนั้น 109 เซนติเมตร จากฝนที่ตกลงมา เกือบจะเท่ากับ 123 ซม. นั่นคือเฉลี่ยต่อปีสำหรับตำแหน่งนี้ .

นอกจากการควบคุมทราย quarts สองดินที่ใช้ในการทดลองเหล่านี้ : ปรับทรายฟลอริด้า entisol เก็บจากป่าใกล้กับ Gainesville , ฟลอริด้า ( ) และดินเหนียวร่วนอุลติซอลเก็บใกล้แจสเปอร์จอร์เจีย ( GA ) ทั้งสองตัวอย่างดินแบบบูรณาการ 0 – 10 เซนติเมตร กว้างและแห้งขนาด ( < 2 มิลลิเมตร ) เพื่อเอารากและพืช ความพรุนของเม็ดทราย และดิน กา 30.6 %35.8 ร้อยละ 50.2 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ รายละเอียดเพิ่มเติมไว้ในดินเพิ่มเติมตาราง S1 และ S2

2.2 . ชุดการทดลองการทดลองเบื้องต้นพบว่าการสกัด
การละลายของสารอาหารจากไบโอชาร์ไม่จํากัดเวลาปรากฏการณ์แต่แปรผกผันกับปริมาณสารสกัด ( เช่นสมดุลจลนศาสตร์ ซึ่งตรงข้ามกับปรากฏการณ์ ) อย่างไรก็ตามเราพบว่าสมดุลถึงหลังเพียงไม่กี่ชั่วโมงก่อนการสกัด และต้องไม่กี่ทีมนะ เพราะเป้าหมายของการวิจัยนี้ เพื่อประเมินจำนวนเงินสูงสุดของสารอาหารอาจจะปล่อยโดยไบโอชาร์ในธรรมชาติ เราใช้ชุดสกัดตัวอย่างต่อเนื่องของไบโอชาร์ในน้ำแต่ละครั้ง และนำเอาแทน ,และแต่ละครั้งให้เวลาเพียงพอที่จะเข้าถึงภาวะสมดุล ประมาณ 0.5 กรัม แต่ละไบโอชาร์ตัวอย่างเพิ่ม 40 มล. น้ำกลั่น ( DI ) คล้ายเนื้อเยื่อประสานน้ำในหลอด centrifuge พลาสติก 50 ml และวางไว้ในแนวนอนบนเครื่องปั่นแพลตฟอร์มเชิงกล ( 150 รอบต่อนาที ) ในที่มืด ในวันที่ 1 , 2 , 4 , 10 และ 20 ท่อ คือ centrifug หนักและ