- ข้อความ
- ประวัติศาสตร์
2. Characterization of BiocharThe k
2. Characterization of Biochar
The key challenge in quantification is to distinguish biochar from soil organic matter and from other forms of black carbon present in bulk soil samples. A variable and unpredictable level of interference from the mineral matrix in soil presents a major challenge in the application of many potential techniques, and many of the techniques depend on spectroscopic characteristics rather than physical separation or isolation. Some of the techniques that most effectively distinguish different types of biochar can also be used to characterize individual biochar fragments (or collections of fragments) recovered from soil. Examination of pure samples removes the matrix effects, but where function of a recalcitrant substrate depends on its surface characteristics or those of accessible pores, separation of active and inactive components presents a significant challenge.
2.1. Quantification of char in soil
The categorization of soil organic carbon in general presents a major challenge. Quantifying black carbon is particularly difficult on account of its chemical complexity and diversity, yet inherently unreactive nature. Due to its recalcitrance, biochar cannot meaningfully be extracted from soil using chemicals, though potential biomarkers may be. Results from studies using the physical location of char within a soil matrix (Brodowski et al., 2006, Glaser et al., 2000, Liang et al., 2009a, Murage et al., 2007 and Shindo et al., 2004) suggest that efficacy of physical separations using density or means other than hand picking (which is limited to very small samples) are sensitive to site factors.
Until recently, the most practical approaches have sought to remove non-black carbon fractions (i.e., soil organic matter and mineral carbonates) with subsequent evaluation of the residue. However, for quantifying biochar specifically this type of quantification may be affected by the presence of the more recalcitrant black carbon forms, as well as by the presence of highly resistant organic compounds—such as those stabilized on clay—not incompletely removed, and which in some cases are estimated separately.
Different techniques discriminate components of increasing minimum stability: partially charred biomass, char, charcoal, soot, and graphitic black carbon. Leading methods in this category include removal of non-black carbon by oxidation—chemically (e.g., sodium chlorite, potassium dichromate), using ultraviolet radiation, or by a thermal approach (De la Rosa et al., 2008). Hydrogen pyrolysis (HyPy) is alternative approach to removal of non-black carbon (Ascough et al., 2009), while evolved gas analysis seeks to infer source from the character of the diverse gaseous products of thermal decomposition. A combined chemothermal oxidation method, with a temperature threshold of 375 °C (Gustafsson et al., 2001), forms the basis of a standard procedure for the determination of fixed carbon, which comprised the most stable fraction of black carbon, and has the more stable component of biochar.
Virtual separations have traditionally relied on spectroscopic techniques in combination with pretreatment (or other allowance) for mineral interference, for example using hydrofluoric acid (Simpson and Hatcher, 2004)—pyrolysis gas chromatography mass spectroscopy (PyCG/MS), and solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with cross-polarization, Bloch decay, and combined with magic angle spinning (MAS) (Skjemstad et al., 1999 and Smernik et al., 2002)—or chemically extracted and purified biomarkers, particularly benzene polycarboxylic acids (BPCA) (Brodowski et al., 2005), and levoglucosan (Kuo et al., 2008). A further approach considered in this category is matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI–TOF) (Bourke et al., 2007).
The applicability of these methods depends on the purpose of the analysis and the specific nature of the target fraction, so although all have been evaluated for a set of 12 environmental and black carbon samples in a ring trial (Hammes et al., 2007 and Hammes et al., 2008), there remains relatively little consensus as to a universal standard. Since most depend on progressive exclusion based on increasing recalcitrance, the methods cannot readily exclude both recalcitrant soil organic matter and graphitic and soot fractions, and directly reveal the content of relatively less condensed (stable) charcoal or char fractions. Nonetheless, UV or chemical oxidation with elemental and 13C NMR analysis of residues, thermal analysis (De la Rosa et al., 2008 and Hammes et al., 2007), and HyPy (Ascough et al., 2009) were identified as the most promising techniques.
A relatively new development in the quantification of black carbon has been the application of correlative techniques based on mid-infrared (MIR) spectroscopy. Initially evaluated for the estimation of organic carbon content of bulk soil samples, among other key properties, algorithms have been developed for relating the MIR response spectrum to black carbon, using a calibration set assessed using a UV-oxidation method (Janik et al., 2007). The method has been applied to evaluate charcoal content in regional evaluation using archived soils (Lehmann et al., 2008) and holds potential for similar assessments in the global context provided the algorithms can be shown to hold for soils of contrasting organic carbon contents.
2.2. Chemical composition
Some of the quantification techniques may also be relevant to the characterization and comparison of various samples of pure biochar, that is, ex situ. The purpose here is to assess variation in properties of black carbon between samples, and to document the process of aging in contrasting soils and environments. Elemental ratios of O:C, O:H, and C:H have been found to provide a reliable measure of both the extent of pyrolysis and the level of oxidative alteration of biochar in the soil, and are relatively straightforward to determine. Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR), X–ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X–ray spectroscopy (EDX), near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy (Baldock and Smernik, 2002, Fernandes and Brooks, 2003 and Lehmann et al., 2006) have been used to examine surface chemistry of biochar in more detail. These analyses provide qualitative information that may enable the mechanisms behind aging and functionalization of biochar to be elucidated.
Biogeochemical characterization may also help understand the agronomic function of biochar products at the soil process level and facilitate production of biochar that offers specified benefits. To develop the predictive capacity for the longevity and interaction of biochar in soil, determining its value as a carbon sink and soil conditioner, the nature of its interventions in typical soil processes must be established. From a practical point of view it is important that the devised methods enable biochar characteristics to be determined sufficiently rapidly and inexpensively as to permit widespread application and use.
A preliminary set of seven key properties for the evaluation of biochar have been defined: pH, content of volatile compounds, content of ash, water-holding capacity, bulk density, pore volume, and specific surface area (Okimori, et al., 2003). Feedstock is a key factor governing the status of such physicochemical properties. Pyrolysis temperature is the most significant process parameter, carbon content of biochar inversely related to biochar yield, increasing from 56% to 93% between 300 and 800 °C in one study, while yield of biochar decreased from 67% to 26% (Okimori, et al., 2003). Beyond a certain temperature threshold, biochar yield may continue to decrease with no further increase in the concentration of carbon within it. However, since ash is broadly conserved, the ash content of biochar increases with temperature. In the study described earlier, the ash content of remaining biochar rose from 0.67% to 1.26% as peak formation temperature was increased from 300 to 800 °C
2.3. Physical characterization
Scanning electron microscopy (SEM) is often used to describe the physical structure of biochar. The macroporous structure (pores of approximately 1 μm diameter) of biochar produced from cellulosic plant material inherits the architecture of the feedstock, and is potentially important to water-holding and adsorption capacity of soil (Day et al., 2005, Ogawa et al., 2006 and Yu et al., 2006). Surface area measured by gas adsorption, however, is influenced by micropores (nm scale) that are not relevant to plant roots, microbes, or to the mobile soil solution. Process temperature is the main factor governing surface area, increasing in one study from 120 m2 g− 1 at 400 °C to 460 m2 g− 1 at 900 °C (Day et al., 2005). The importance of temperature leads to the suggestion that biochar created at low temperature may be suitable for controlling release of fertilizer nutrients (Day et al., 2005), while high temperatures would lead to a material analogous to activated carbon (Ogawa et al., 2006). It is also noted that the surfaces of low temperature biochar can be hydrophobic, and this may limit the capacity to store water in soil. The form and size of the feedstock and pyrolysis product may affect the quality and potential uses of biochar. Initially, the ratio of exposed to total surface area of biochar will be affected by its particle size. However, although low temperature biochar is stronger than high temperature products, it is brittle and prone to abrade into fine fractions once incorporated into the mineral soil. It may be proposed that the surface area over the long term, that is, of weathered biochar, is not greatly affected by this parameter.
3. Biochar Application in Agriculture
3.1. Historic usage
The fertile terra preta of the central Amazon are anthropogenic dark earths, in a landscape characteriz
The key challenge in quantification is to distinguish biochar from soil organic matter and from other forms of black carbon present in bulk soil samples. A variable and unpredictable level of interference from the mineral matrix in soil presents a major challenge in the application of many potential techniques, and many of the techniques depend on spectroscopic characteristics rather than physical separation or isolation. Some of the techniques that most effectively distinguish different types of biochar can also be used to characterize individual biochar fragments (or collections of fragments) recovered from soil. Examination of pure samples removes the matrix effects, but where function of a recalcitrant substrate depends on its surface characteristics or those of accessible pores, separation of active and inactive components presents a significant challenge.
2.1. Quantification of char in soil
The categorization of soil organic carbon in general presents a major challenge. Quantifying black carbon is particularly difficult on account of its chemical complexity and diversity, yet inherently unreactive nature. Due to its recalcitrance, biochar cannot meaningfully be extracted from soil using chemicals, though potential biomarkers may be. Results from studies using the physical location of char within a soil matrix (Brodowski et al., 2006, Glaser et al., 2000, Liang et al., 2009a, Murage et al., 2007 and Shindo et al., 2004) suggest that efficacy of physical separations using density or means other than hand picking (which is limited to very small samples) are sensitive to site factors.
Until recently, the most practical approaches have sought to remove non-black carbon fractions (i.e., soil organic matter and mineral carbonates) with subsequent evaluation of the residue. However, for quantifying biochar specifically this type of quantification may be affected by the presence of the more recalcitrant black carbon forms, as well as by the presence of highly resistant organic compounds—such as those stabilized on clay—not incompletely removed, and which in some cases are estimated separately.
Different techniques discriminate components of increasing minimum stability: partially charred biomass, char, charcoal, soot, and graphitic black carbon. Leading methods in this category include removal of non-black carbon by oxidation—chemically (e.g., sodium chlorite, potassium dichromate), using ultraviolet radiation, or by a thermal approach (De la Rosa et al., 2008). Hydrogen pyrolysis (HyPy) is alternative approach to removal of non-black carbon (Ascough et al., 2009), while evolved gas analysis seeks to infer source from the character of the diverse gaseous products of thermal decomposition. A combined chemothermal oxidation method, with a temperature threshold of 375 °C (Gustafsson et al., 2001), forms the basis of a standard procedure for the determination of fixed carbon, which comprised the most stable fraction of black carbon, and has the more stable component of biochar.
Virtual separations have traditionally relied on spectroscopic techniques in combination with pretreatment (or other allowance) for mineral interference, for example using hydrofluoric acid (Simpson and Hatcher, 2004)—pyrolysis gas chromatography mass spectroscopy (PyCG/MS), and solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with cross-polarization, Bloch decay, and combined with magic angle spinning (MAS) (Skjemstad et al., 1999 and Smernik et al., 2002)—or chemically extracted and purified biomarkers, particularly benzene polycarboxylic acids (BPCA) (Brodowski et al., 2005), and levoglucosan (Kuo et al., 2008). A further approach considered in this category is matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI–TOF) (Bourke et al., 2007).
The applicability of these methods depends on the purpose of the analysis and the specific nature of the target fraction, so although all have been evaluated for a set of 12 environmental and black carbon samples in a ring trial (Hammes et al., 2007 and Hammes et al., 2008), there remains relatively little consensus as to a universal standard. Since most depend on progressive exclusion based on increasing recalcitrance, the methods cannot readily exclude both recalcitrant soil organic matter and graphitic and soot fractions, and directly reveal the content of relatively less condensed (stable) charcoal or char fractions. Nonetheless, UV or chemical oxidation with elemental and 13C NMR analysis of residues, thermal analysis (De la Rosa et al., 2008 and Hammes et al., 2007), and HyPy (Ascough et al., 2009) were identified as the most promising techniques.
A relatively new development in the quantification of black carbon has been the application of correlative techniques based on mid-infrared (MIR) spectroscopy. Initially evaluated for the estimation of organic carbon content of bulk soil samples, among other key properties, algorithms have been developed for relating the MIR response spectrum to black carbon, using a calibration set assessed using a UV-oxidation method (Janik et al., 2007). The method has been applied to evaluate charcoal content in regional evaluation using archived soils (Lehmann et al., 2008) and holds potential for similar assessments in the global context provided the algorithms can be shown to hold for soils of contrasting organic carbon contents.
2.2. Chemical composition
Some of the quantification techniques may also be relevant to the characterization and comparison of various samples of pure biochar, that is, ex situ. The purpose here is to assess variation in properties of black carbon between samples, and to document the process of aging in contrasting soils and environments. Elemental ratios of O:C, O:H, and C:H have been found to provide a reliable measure of both the extent of pyrolysis and the level of oxidative alteration of biochar in the soil, and are relatively straightforward to determine. Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR), X–ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X–ray spectroscopy (EDX), near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy (Baldock and Smernik, 2002, Fernandes and Brooks, 2003 and Lehmann et al., 2006) have been used to examine surface chemistry of biochar in more detail. These analyses provide qualitative information that may enable the mechanisms behind aging and functionalization of biochar to be elucidated.
Biogeochemical characterization may also help understand the agronomic function of biochar products at the soil process level and facilitate production of biochar that offers specified benefits. To develop the predictive capacity for the longevity and interaction of biochar in soil, determining its value as a carbon sink and soil conditioner, the nature of its interventions in typical soil processes must be established. From a practical point of view it is important that the devised methods enable biochar characteristics to be determined sufficiently rapidly and inexpensively as to permit widespread application and use.
A preliminary set of seven key properties for the evaluation of biochar have been defined: pH, content of volatile compounds, content of ash, water-holding capacity, bulk density, pore volume, and specific surface area (Okimori, et al., 2003). Feedstock is a key factor governing the status of such physicochemical properties. Pyrolysis temperature is the most significant process parameter, carbon content of biochar inversely related to biochar yield, increasing from 56% to 93% between 300 and 800 °C in one study, while yield of biochar decreased from 67% to 26% (Okimori, et al., 2003). Beyond a certain temperature threshold, biochar yield may continue to decrease with no further increase in the concentration of carbon within it. However, since ash is broadly conserved, the ash content of biochar increases with temperature. In the study described earlier, the ash content of remaining biochar rose from 0.67% to 1.26% as peak formation temperature was increased from 300 to 800 °C
2.3. Physical characterization
Scanning electron microscopy (SEM) is often used to describe the physical structure of biochar. The macroporous structure (pores of approximately 1 μm diameter) of biochar produced from cellulosic plant material inherits the architecture of the feedstock, and is potentially important to water-holding and adsorption capacity of soil (Day et al., 2005, Ogawa et al., 2006 and Yu et al., 2006). Surface area measured by gas adsorption, however, is influenced by micropores (nm scale) that are not relevant to plant roots, microbes, or to the mobile soil solution. Process temperature is the main factor governing surface area, increasing in one study from 120 m2 g− 1 at 400 °C to 460 m2 g− 1 at 900 °C (Day et al., 2005). The importance of temperature leads to the suggestion that biochar created at low temperature may be suitable for controlling release of fertilizer nutrients (Day et al., 2005), while high temperatures would lead to a material analogous to activated carbon (Ogawa et al., 2006). It is also noted that the surfaces of low temperature biochar can be hydrophobic, and this may limit the capacity to store water in soil. The form and size of the feedstock and pyrolysis product may affect the quality and potential uses of biochar. Initially, the ratio of exposed to total surface area of biochar will be affected by its particle size. However, although low temperature biochar is stronger than high temperature products, it is brittle and prone to abrade into fine fractions once incorporated into the mineral soil. It may be proposed that the surface area over the long term, that is, of weathered biochar, is not greatly affected by this parameter.
3. Biochar Application in Agriculture
3.1. Historic usage
The fertile terra preta of the central Amazon are anthropogenic dark earths, in a landscape characteriz
0/5000
2. คุณสมบัติของ Biochar
ความท้าทายในการนับจะแยก biochar จากดินอินทรีย์ และคาร์บอนในตัวอย่างดินจำนวนมากสีดำในรูปแบบอื่น ๆ สัญญาณรบกวนจากเมทริกซ์แร่ในดินระดับตัวแปร และคาดเดาไม่นำเสนอความท้าทายหลักในแอพลิเคชันเป็นไปได้ด้านเทคนิค และเทคนิคต่าง ๆ มากมายขึ้นอยู่กับการแยก หรือแยกทางกายภาพมากกว่าด้านลักษณะ บางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงสุดแยก biochar ชนิดต่าง ๆ ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดลักษณะ biochar แต่ละชิ้นส่วน (หรือชุดของชิ้นส่วน) กู้คืนจากดิน ตรวจสอบตัวอย่างบริสุทธิ์เอาผลเมตริกซ์ แต่ทำงานของพื้นผิว recalcitrant ขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวหรือผู้ที่สามารถเข้าถึงรูขุมขน การแบ่งแยกงาน และคอมโพเนนต์สำคัญท้าทาย
2.1 นับของอักขระในดิน
จัดประเภทของคาร์บอนอินทรีย์ของดินโดยทั่วไปนำเสนอความท้าทายที่สำคัญ Quantifying คาร์บอนสีดำได้ยากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบัญชีสารเคมีความซับซ้อนความหลากหลาย ธรรมชาติยังมีความ unreactive เนื่องจากการ recalcitrance, biochar ไม่มาจะสกัดจากดินที่ใช้สารเคมี ว่า biomarkers ที่มีศักยภาพอาจ ผลจากการศึกษาโดยใช้ตำแหน่งของอักขระในเมทริกซ์ดิน (Brodowski และ al., 2006, Glaser และ al., 2000 Al. ร้อยเอ็ดเหลียง 2009a, Murage et al., 2007 และ Shindo et al., 2004) แนะนำว่า ประสิทธิภาพของประโยชน์ทางกายภาพโดยใช้ความหนาแน่น หรือวิธีอื่น ๆ รับมือ (ซึ่งมีจำกัดตัวอย่างขนาดเล็กมาก) มีความไวต่อปัจจัยไซต์
จนล่าสุด แนวทางปฏิบัติมากที่สุดได้พยายามที่จะเอาสีดำไม่ใช่คาร์บอนเศษ (เช่น ดินอินทรีย์และแร่ carbonates) กับสารตกค้างตามมาประเมิน อย่างไรก็ตาม สำหรับ quantifying biochar เฉพาะ นับชนิดนี้อาจได้รับผลกระทบ โดยสถานะของแบบคาร์บอนสีดำขึ้น recalcitrant เป็นสถานะของสารอินทรีย์สูงทน — เช่นเสถียรบนดิน — เอาออกไม่สมบูรณ์ และในบางกรณีที่มีประเมินแยก
เทคนิคต่าง ๆ ถือพรรคถือพวกของเพิ่มเสถียรภาพต่ำสุด: บางส่วนเหมือนถูกย่างชีวมวล อักขระ ถ่าน ฟุ้ง และคาร์บอน graphitic สีดำ วิธีนำในหมวดหมู่นี้รวมเอาของดำไม่ใช่คาร์บอน โดยการออกซิเดชันซึ่งสารเคมี (เช่น chlorite โซเดียม โพแทสเซียม dichromate), ใช้รังสีอัลตราไวโอเลตรังสี หรือ โดยความร้อนเข้า (เดอลาโรซา et al., 2008) ไพโรไลซิไฮโดรเจน (HyPy) เป็นวิธีการอื่นเพื่อเอาของดำไม่ใช่คาร์บอน (Ascough et al., 2009), ในขณะที่ก๊าซพัฒนา วิเคราะห์หารู้แหล่งที่มาจากลักษณะของผลิตภัณฑ์เป็นต้นหลากหลายความร้อนแยกส่วนประกอบ Chemothermal รวมออกซิเดชันวิธี มีขีดจำกัดอุณหภูมิ 375 องศาเซลเซียส (Gustafsson และ al., 2001), พื้นฐานของกระบวนการมาตรฐานสำหรับการกำหนดของคาร์บอนคงที่ ซึ่งประกอบด้วยเศษส่วนที่มีเสถียรภาพมากที่สุดของคาร์บอนสีดำ และมีส่วนประกอบของ biochar มั่นคง
ประโยชน์เสมือนได้อาศัยในด้านเทคนิคร่วมกับ pretreatment (หรือค่าใช้จ่ายอื่น ๆ) แร่รบกวน เช่น ใช้กรดไฮโดรฟลูออริก (ซิมป์สันและ Hatcher ประเพณี 2004) — chromatography ก๊าซชีวภาพมวลก (PyCG/MS), และโซลิดสเตต 13 C กสั่นพ้องแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) กับผุข้ามโพลาไรซ์ เม็ดเลือดขาว และรวมกับมายากลมุมปั่น (มาส) (Skjemstad et al., 1999 และ Smernik และ al., 2002) — หรือสารเคมีสกัด และบริสุทธิ์ biomarkers, polycarboxylic เบนซีนกรด (BPCA) (Brodowski et al., 2005), โดยเฉพาะอย่างยิ่ง และ levoglucosan (Kuo et al., 2008) วิธีการที่พิจารณาในหมวดหมู่นี้มีเลเซอร์ช่วยเมตริกซ์ desorption ionization (MALDI – TOF) (Bourke et al., 2007)
ความเกี่ยวข้องของวิธีนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และลักษณะเฉพาะของเศษส่วนเป้าหมาย ดังนั้น แม้ว่าทั้งหมดได้รับการประเมินชุดคาร์บอนดำ และสิ่งแวดล้อมตัวอย่างที่ 12 ในแหวนให้ทดลอง (Hammes et al., 2007 และ Hammes et al., 2008), มีเกินมติน้อยเป็นมาตรฐานสากล เนื่องจากส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับแบบก้าวหน้าแยกตามเพิ่ม recalcitrance วิธีการไม่พร้อมรวมทั้งดิน recalcitrant อินทรีย์ และ graphitic ฟุ้งเศษ และโดยตรงเปิดเผยเนื้อหาค่อนข้างน้อยบีบ (มั่นคง) ถ่านหรืออักขระเศษส่วนได้ กระนั้น UV หรือออกซิเดชันทางเคมีธาตุวิเคราะห์ NMR 13C ตกค้าง การวิเคราะห์ความร้อน (เดอลาโรซา et al., 2008 และ Hammes et al., 2007), และ HyPy (Ascough et al., 2009) ระบุเป็นว่าเทคนิคการ
การพัฒนาค่อนข้างใหม่ในการนับของคาร์บอนสีดำได้รับการประยุกต์ใช้เทคนิค correlative ตามกอินฟราเรดกลาง (มีร์) เริ่มประเมินสำหรับการประเมินของอินทรีย์คาร์บอนจำนวนมากดินตัวอย่าง ระหว่างคุณสมบัติสำคัญอื่น ๆ ได้รับการพัฒนาอัลกอริทึมสำหรับเกี่ยวกับสเปกตรัมการตอบสนองมีร์คาร์บอนสีดำ ใช้ชุดเทียบประเมินโดยใช้วิธี UV ออกซิเดชัน (Janik et al., 2007) มีการใช้วิธีการประเมินประเมินระดับภูมิภาคโดยใช้ดินเนื้อปูนเก็บถ่านเนื้อหา (Lehmann et al., 2008) และมีศักยภาพสำหรับการประเมินผลที่คล้ายกันในบริบทสากลให้สามารถแสดงอัลกอริทึมที่จะเก็บไว้ในดินเนื้อปูนของห้องเนื้อหาคาร์บอนอินทรีย์
2.2 องค์ประกอบทางเคมี
เทคนิคนับหนึ่งยังอาจเกี่ยวข้องกับการจำแนกและการเปรียบเทียบตัวอย่างต่าง ๆ ของบริสุทธิ์ biochar คือ เอ็กซ์ซิ วัตถุประสงค์ที่นี่คือ การประเมินการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของคาร์บอนสีดำระหว่างตัวอย่าง และเอกสารกระบวนการของสภาพแวดล้อมและดินเนื้อปูนแตกต่างกัน อัตราส่วนธาตุ O:C, O:H และ C:H ได้พบว่าวัดจัดให้มีความน่าเชื่อถือระดับของ oxidative เทียบ biochar ในดินและขอบเขตของการไพโรไลซิ และค่อนข้างตรงไปตรงมาเพื่อตรวจสอบ แฟลชแบบสะท้อนแสงอินฟราเรดฟูรีเยแปลงก (FTIR), X – รังสี photoelectron ก (XPS) ก X – ray dispersive พลังงาน (เรื่อง) ใกล้ขอบเอ็กซ์เรย์ดูดซึมปรับโครงสร้าง (NEXAFS) ก (Baldock และ Smernik, 2002, Fernandes และ บรู๊คส์ 2003 และ Lehmann และ al., 2006) การใช้การตรวจสอบเคมีพื้นผิวของ biochar ในรายละเอียดเพิ่มเติม วิเคราะห์เหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงคุณภาพซึ่งอาจทำให้กลไกหลังอายุและ functionalization ของ biochar สามารถ elucidated ได้
Biogeochemical จำแนกอาจยังช่วยให้เข้าใจการทำงานลักษณะทางของผลิตภัณฑ์ biochar ระดับกระบวนการดิน และช่วยในการผลิตของ biochar ระบุประโยชน์ที่ได้ การพัฒนากำลังการผลิตที่คาดการณ์สำหรับลักษณะการโต้ตอบของ biochar ในดิน การกำหนดค่าเป็นแบบคาร์บอนซิงค์และดินปรับ ลักษณะของการแทรกแซงของกระบวนการดินทั่วไปต้องมีสร้าง จากจุดมุมมองที่เป็นประโยชน์ จึงควรให้ devised วิธีเปิดใช้งานลักษณะ biochar จะแจ้งแก่อย่างรวดเร็ว และราคาไม่แพง เพื่ออนุญาตให้โปรแกรมประยุกต์ที่แพร่หลายและใช้
7 คุณสมบัติที่สำคัญสำหรับการประเมิน biochar ชุดเบื้องต้นมีการกำหนด: ค่า pH เนื้อหาของสารระเหย เนื้อหาของเถ้า น้ำ-ถือความจุ ความหนา แน่นจำนวนมาก ระดับเสียง รูขุมขน และบริเวณพื้นผิว (Okimori, et al., 2003) วัตถุดิบเป็นปัจจัยสำคัญของการควบคุมสถานะของคุณสมบัติเช่น physicochemical ไพโรไลซิอุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์กระบวนการสำคัญที่สุด คาร์บอนของ inversely ที่เกี่ยวข้องกับผลผลิต biochar เพิ่มขึ้นจาก 56% 93% ระหว่าง 300 และ 800 ° C ในการศึกษาหนึ่ง ในขณะที่ผลผลิตลดลงจาก 67% เป็น 26% (Okimori, et al., 2003) biochar biochar นอกเหนือจากการกำหนดอุณหภูมิขีดจำกัด biochar ผลผลิตอาจยังลดกับไปเพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนภายในนั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทั่วไปคืออาศัยเถ้า เนื้อหาเถ้าของ biochar เพิ่มกับอุณหภูมิ ในการศึกษาอธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เนื้อหาเถ้าของ biochar กุหลาบจาก 0.67% 1 ที่เหลือ26% เป็นอุณหภูมิสูงสุดก่อตัวเพิ่มขึ้นจาก 300 ถึง 800 ° C
2.3 ทางกายภาพจำแนก
สแกน microscopy อิเล็กตรอน (SEM) มักใช้เพื่ออธิบายโครงสร้างทางกายภาพของ biochar โครงสร้าง macroporous (รูขุมขนประมาณ 1 μm เส้นผ่าศูนย์กลาง) ของผลิตจากวัสดุพืช cellulosic biochar สืบทอดสถาปัตยกรรมของวัตถุดิบ และก็อาจจะกำลังถือน้ำและดูดซับของดิน (al. et วัน ปี 2005 โอะงะวะและ al., 2006 และ Yu et al., 2006) พื้นที่วัด โดยการดูดซับก๊าซ อย่างไรก็ตาม มีอิทธิพล โดย micropores (ขนาด nm) ที่ไม่เกี่ยวข้องกับพืชราก จุลินทรีย์ หรือโซลูชั่นดินเคลื่อน กระบวนการอุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมพื้นที่ เพิ่มในการศึกษาหนึ่งจาก 120 m2 g− 1 ที่ 400 ° C การ 460 m2 g− 1 ที่ 900 ° C (วัน et al., 2005) ความสำคัญของอุณหภูมิเป้าหมายให้คำแนะนำการ biochar ที่สร้างขึ้นที่อุณหภูมิต่ำอาจจะเหมาะสำหรับการควบคุมการปล่อยสารอาหารปุ๋ย (วัน et al., 2005), ในขณะที่สูงอุณหภูมิจะนำไปสู่วัสดุที่คล้ายคลึงกับคาร์บอน (โอะงะวะและ al., 2006) มันเป็นยังตั้งข้อสังเกตว่า พื้นผิวของ biochar อุณหภูมิต่ำสามารถ hydrophobic และนี้อาจจำกัดความสามารถในการเก็บน้ำในดิน แบบฟอร์มและขนาดของผลิตภัณฑ์วัตถุดิบและชีวภาพอาจมีผลต่อคุณภาพ และศักยภาพใช้ biochar เริ่มต้น อัตราส่วนของสัมผัสกับพื้นผิวทั้งหมดของ biochar จะรับผลกระทบจากขนาดของอนุภาค อย่างไรก็ตาม แม้ว่า biochar อุณหภูมิต่ำจะแข็งแกร่งกว่าผลิตภัณฑ์อุณหภูมิสูง มีเปราะ และแนวโน้มที่จะ abrade เป็นเศษดีรวมกันเป็นดินแร่ อาจเสนอว่า พื้นที่ในระยะยาว คือ ของ weathered biochar จะไม่อย่างถูกกระทบพารามิเตอร์นี้ได้
3 ใช้ Biochar เกษตร
3.1 การใช้ประวัติศาสตร์
Preta เทอร์อุดมของ Amazon กลางมาของมนุษย์มืดอักษรของโลก ใน characteriz แนวนอน
ความท้าทายในการนับจะแยก biochar จากดินอินทรีย์ และคาร์บอนในตัวอย่างดินจำนวนมากสีดำในรูปแบบอื่น ๆ สัญญาณรบกวนจากเมทริกซ์แร่ในดินระดับตัวแปร และคาดเดาไม่นำเสนอความท้าทายหลักในแอพลิเคชันเป็นไปได้ด้านเทคนิค และเทคนิคต่าง ๆ มากมายขึ้นอยู่กับการแยก หรือแยกทางกายภาพมากกว่าด้านลักษณะ บางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงสุดแยก biochar ชนิดต่าง ๆ ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดลักษณะ biochar แต่ละชิ้นส่วน (หรือชุดของชิ้นส่วน) กู้คืนจากดิน ตรวจสอบตัวอย่างบริสุทธิ์เอาผลเมตริกซ์ แต่ทำงานของพื้นผิว recalcitrant ขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวหรือผู้ที่สามารถเข้าถึงรูขุมขน การแบ่งแยกงาน และคอมโพเนนต์สำคัญท้าทาย
2.1 นับของอักขระในดิน
จัดประเภทของคาร์บอนอินทรีย์ของดินโดยทั่วไปนำเสนอความท้าทายที่สำคัญ Quantifying คาร์บอนสีดำได้ยากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบัญชีสารเคมีความซับซ้อนความหลากหลาย ธรรมชาติยังมีความ unreactive เนื่องจากการ recalcitrance, biochar ไม่มาจะสกัดจากดินที่ใช้สารเคมี ว่า biomarkers ที่มีศักยภาพอาจ ผลจากการศึกษาโดยใช้ตำแหน่งของอักขระในเมทริกซ์ดิน (Brodowski และ al., 2006, Glaser และ al., 2000 Al. ร้อยเอ็ดเหลียง 2009a, Murage et al., 2007 และ Shindo et al., 2004) แนะนำว่า ประสิทธิภาพของประโยชน์ทางกายภาพโดยใช้ความหนาแน่น หรือวิธีอื่น ๆ รับมือ (ซึ่งมีจำกัดตัวอย่างขนาดเล็กมาก) มีความไวต่อปัจจัยไซต์
จนล่าสุด แนวทางปฏิบัติมากที่สุดได้พยายามที่จะเอาสีดำไม่ใช่คาร์บอนเศษ (เช่น ดินอินทรีย์และแร่ carbonates) กับสารตกค้างตามมาประเมิน อย่างไรก็ตาม สำหรับ quantifying biochar เฉพาะ นับชนิดนี้อาจได้รับผลกระทบ โดยสถานะของแบบคาร์บอนสีดำขึ้น recalcitrant เป็นสถานะของสารอินทรีย์สูงทน — เช่นเสถียรบนดิน — เอาออกไม่สมบูรณ์ และในบางกรณีที่มีประเมินแยก
เทคนิคต่าง ๆ ถือพรรคถือพวกของเพิ่มเสถียรภาพต่ำสุด: บางส่วนเหมือนถูกย่างชีวมวล อักขระ ถ่าน ฟุ้ง และคาร์บอน graphitic สีดำ วิธีนำในหมวดหมู่นี้รวมเอาของดำไม่ใช่คาร์บอน โดยการออกซิเดชันซึ่งสารเคมี (เช่น chlorite โซเดียม โพแทสเซียม dichromate), ใช้รังสีอัลตราไวโอเลตรังสี หรือ โดยความร้อนเข้า (เดอลาโรซา et al., 2008) ไพโรไลซิไฮโดรเจน (HyPy) เป็นวิธีการอื่นเพื่อเอาของดำไม่ใช่คาร์บอน (Ascough et al., 2009), ในขณะที่ก๊าซพัฒนา วิเคราะห์หารู้แหล่งที่มาจากลักษณะของผลิตภัณฑ์เป็นต้นหลากหลายความร้อนแยกส่วนประกอบ Chemothermal รวมออกซิเดชันวิธี มีขีดจำกัดอุณหภูมิ 375 องศาเซลเซียส (Gustafsson และ al., 2001), พื้นฐานของกระบวนการมาตรฐานสำหรับการกำหนดของคาร์บอนคงที่ ซึ่งประกอบด้วยเศษส่วนที่มีเสถียรภาพมากที่สุดของคาร์บอนสีดำ และมีส่วนประกอบของ biochar มั่นคง
ประโยชน์เสมือนได้อาศัยในด้านเทคนิคร่วมกับ pretreatment (หรือค่าใช้จ่ายอื่น ๆ) แร่รบกวน เช่น ใช้กรดไฮโดรฟลูออริก (ซิมป์สันและ Hatcher ประเพณี 2004) — chromatography ก๊าซชีวภาพมวลก (PyCG/MS), และโซลิดสเตต 13 C กสั่นพ้องแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) กับผุข้ามโพลาไรซ์ เม็ดเลือดขาว และรวมกับมายากลมุมปั่น (มาส) (Skjemstad et al., 1999 และ Smernik และ al., 2002) — หรือสารเคมีสกัด และบริสุทธิ์ biomarkers, polycarboxylic เบนซีนกรด (BPCA) (Brodowski et al., 2005), โดยเฉพาะอย่างยิ่ง และ levoglucosan (Kuo et al., 2008) วิธีการที่พิจารณาในหมวดหมู่นี้มีเลเซอร์ช่วยเมตริกซ์ desorption ionization (MALDI – TOF) (Bourke et al., 2007)
ความเกี่ยวข้องของวิธีนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และลักษณะเฉพาะของเศษส่วนเป้าหมาย ดังนั้น แม้ว่าทั้งหมดได้รับการประเมินชุดคาร์บอนดำ และสิ่งแวดล้อมตัวอย่างที่ 12 ในแหวนให้ทดลอง (Hammes et al., 2007 และ Hammes et al., 2008), มีเกินมติน้อยเป็นมาตรฐานสากล เนื่องจากส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับแบบก้าวหน้าแยกตามเพิ่ม recalcitrance วิธีการไม่พร้อมรวมทั้งดิน recalcitrant อินทรีย์ และ graphitic ฟุ้งเศษ และโดยตรงเปิดเผยเนื้อหาค่อนข้างน้อยบีบ (มั่นคง) ถ่านหรืออักขระเศษส่วนได้ กระนั้น UV หรือออกซิเดชันทางเคมีธาตุวิเคราะห์ NMR 13C ตกค้าง การวิเคราะห์ความร้อน (เดอลาโรซา et al., 2008 และ Hammes et al., 2007), และ HyPy (Ascough et al., 2009) ระบุเป็นว่าเทคนิคการ
การพัฒนาค่อนข้างใหม่ในการนับของคาร์บอนสีดำได้รับการประยุกต์ใช้เทคนิค correlative ตามกอินฟราเรดกลาง (มีร์) เริ่มประเมินสำหรับการประเมินของอินทรีย์คาร์บอนจำนวนมากดินตัวอย่าง ระหว่างคุณสมบัติสำคัญอื่น ๆ ได้รับการพัฒนาอัลกอริทึมสำหรับเกี่ยวกับสเปกตรัมการตอบสนองมีร์คาร์บอนสีดำ ใช้ชุดเทียบประเมินโดยใช้วิธี UV ออกซิเดชัน (Janik et al., 2007) มีการใช้วิธีการประเมินประเมินระดับภูมิภาคโดยใช้ดินเนื้อปูนเก็บถ่านเนื้อหา (Lehmann et al., 2008) และมีศักยภาพสำหรับการประเมินผลที่คล้ายกันในบริบทสากลให้สามารถแสดงอัลกอริทึมที่จะเก็บไว้ในดินเนื้อปูนของห้องเนื้อหาคาร์บอนอินทรีย์
2.2 องค์ประกอบทางเคมี
เทคนิคนับหนึ่งยังอาจเกี่ยวข้องกับการจำแนกและการเปรียบเทียบตัวอย่างต่าง ๆ ของบริสุทธิ์ biochar คือ เอ็กซ์ซิ วัตถุประสงค์ที่นี่คือ การประเมินการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของคาร์บอนสีดำระหว่างตัวอย่าง และเอกสารกระบวนการของสภาพแวดล้อมและดินเนื้อปูนแตกต่างกัน อัตราส่วนธาตุ O:C, O:H และ C:H ได้พบว่าวัดจัดให้มีความน่าเชื่อถือระดับของ oxidative เทียบ biochar ในดินและขอบเขตของการไพโรไลซิ และค่อนข้างตรงไปตรงมาเพื่อตรวจสอบ แฟลชแบบสะท้อนแสงอินฟราเรดฟูรีเยแปลงก (FTIR), X – รังสี photoelectron ก (XPS) ก X – ray dispersive พลังงาน (เรื่อง) ใกล้ขอบเอ็กซ์เรย์ดูดซึมปรับโครงสร้าง (NEXAFS) ก (Baldock และ Smernik, 2002, Fernandes และ บรู๊คส์ 2003 และ Lehmann และ al., 2006) การใช้การตรวจสอบเคมีพื้นผิวของ biochar ในรายละเอียดเพิ่มเติม วิเคราะห์เหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงคุณภาพซึ่งอาจทำให้กลไกหลังอายุและ functionalization ของ biochar สามารถ elucidated ได้
Biogeochemical จำแนกอาจยังช่วยให้เข้าใจการทำงานลักษณะทางของผลิตภัณฑ์ biochar ระดับกระบวนการดิน และช่วยในการผลิตของ biochar ระบุประโยชน์ที่ได้ การพัฒนากำลังการผลิตที่คาดการณ์สำหรับลักษณะการโต้ตอบของ biochar ในดิน การกำหนดค่าเป็นแบบคาร์บอนซิงค์และดินปรับ ลักษณะของการแทรกแซงของกระบวนการดินทั่วไปต้องมีสร้าง จากจุดมุมมองที่เป็นประโยชน์ จึงควรให้ devised วิธีเปิดใช้งานลักษณะ biochar จะแจ้งแก่อย่างรวดเร็ว และราคาไม่แพง เพื่ออนุญาตให้โปรแกรมประยุกต์ที่แพร่หลายและใช้
7 คุณสมบัติที่สำคัญสำหรับการประเมิน biochar ชุดเบื้องต้นมีการกำหนด: ค่า pH เนื้อหาของสารระเหย เนื้อหาของเถ้า น้ำ-ถือความจุ ความหนา แน่นจำนวนมาก ระดับเสียง รูขุมขน และบริเวณพื้นผิว (Okimori, et al., 2003) วัตถุดิบเป็นปัจจัยสำคัญของการควบคุมสถานะของคุณสมบัติเช่น physicochemical ไพโรไลซิอุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์กระบวนการสำคัญที่สุด คาร์บอนของ inversely ที่เกี่ยวข้องกับผลผลิต biochar เพิ่มขึ้นจาก 56% 93% ระหว่าง 300 และ 800 ° C ในการศึกษาหนึ่ง ในขณะที่ผลผลิตลดลงจาก 67% เป็น 26% (Okimori, et al., 2003) biochar biochar นอกเหนือจากการกำหนดอุณหภูมิขีดจำกัด biochar ผลผลิตอาจยังลดกับไปเพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนภายในนั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทั่วไปคืออาศัยเถ้า เนื้อหาเถ้าของ biochar เพิ่มกับอุณหภูมิ ในการศึกษาอธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เนื้อหาเถ้าของ biochar กุหลาบจาก 0.67% 1 ที่เหลือ26% เป็นอุณหภูมิสูงสุดก่อตัวเพิ่มขึ้นจาก 300 ถึง 800 ° C
2.3 ทางกายภาพจำแนก
สแกน microscopy อิเล็กตรอน (SEM) มักใช้เพื่ออธิบายโครงสร้างทางกายภาพของ biochar โครงสร้าง macroporous (รูขุมขนประมาณ 1 μm เส้นผ่าศูนย์กลาง) ของผลิตจากวัสดุพืช cellulosic biochar สืบทอดสถาปัตยกรรมของวัตถุดิบ และก็อาจจะกำลังถือน้ำและดูดซับของดิน (al. et วัน ปี 2005 โอะงะวะและ al., 2006 และ Yu et al., 2006) พื้นที่วัด โดยการดูดซับก๊าซ อย่างไรก็ตาม มีอิทธิพล โดย micropores (ขนาด nm) ที่ไม่เกี่ยวข้องกับพืชราก จุลินทรีย์ หรือโซลูชั่นดินเคลื่อน กระบวนการอุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมพื้นที่ เพิ่มในการศึกษาหนึ่งจาก 120 m2 g− 1 ที่ 400 ° C การ 460 m2 g− 1 ที่ 900 ° C (วัน et al., 2005) ความสำคัญของอุณหภูมิเป้าหมายให้คำแนะนำการ biochar ที่สร้างขึ้นที่อุณหภูมิต่ำอาจจะเหมาะสำหรับการควบคุมการปล่อยสารอาหารปุ๋ย (วัน et al., 2005), ในขณะที่สูงอุณหภูมิจะนำไปสู่วัสดุที่คล้ายคลึงกับคาร์บอน (โอะงะวะและ al., 2006) มันเป็นยังตั้งข้อสังเกตว่า พื้นผิวของ biochar อุณหภูมิต่ำสามารถ hydrophobic และนี้อาจจำกัดความสามารถในการเก็บน้ำในดิน แบบฟอร์มและขนาดของผลิตภัณฑ์วัตถุดิบและชีวภาพอาจมีผลต่อคุณภาพ และศักยภาพใช้ biochar เริ่มต้น อัตราส่วนของสัมผัสกับพื้นผิวทั้งหมดของ biochar จะรับผลกระทบจากขนาดของอนุภาค อย่างไรก็ตาม แม้ว่า biochar อุณหภูมิต่ำจะแข็งแกร่งกว่าผลิตภัณฑ์อุณหภูมิสูง มีเปราะ และแนวโน้มที่จะ abrade เป็นเศษดีรวมกันเป็นดินแร่ อาจเสนอว่า พื้นที่ในระยะยาว คือ ของ weathered biochar จะไม่อย่างถูกกระทบพารามิเตอร์นี้ได้
3 ใช้ Biochar เกษตร
3.1 การใช้ประวัติศาสตร์
Preta เทอร์อุดมของ Amazon กลางมาของมนุษย์มืดอักษรของโลก ใน characteriz แนวนอน
การแปล กรุณารอสักครู่..
2. Characterization of Biochar
The key challenge in quantification is to distinguish biochar from soil organic matter and from other forms of black carbon present in bulk soil samples. A variable and unpredictable level of interference from the mineral matrix in soil presents a major challenge in the application of many potential techniques, and many of the techniques depend on spectroscopic characteristics rather than physical separation or isolation. Some of the techniques that most effectively distinguish different types of biochar can also be used to characterize individual biochar fragments (or collections of fragments) recovered from soil. Examination of pure samples removes the matrix effects, but where function of a recalcitrant substrate depends on its surface characteristics or those of accessible pores, separation of active and inactive components presents a significant challenge.
2.1. Quantification of char in soil
The categorization of soil organic carbon in general presents a major challenge. Quantifying black carbon is particularly difficult on account of its chemical complexity and diversity, yet inherently unreactive nature. Due to its recalcitrance, biochar cannot meaningfully be extracted from soil using chemicals, though potential biomarkers may be. Results from studies using the physical location of char within a soil matrix (Brodowski et al., 2006, Glaser et al., 2000, Liang et al., 2009a, Murage et al., 2007 and Shindo et al., 2004) suggest that efficacy of physical separations using density or means other than hand picking (which is limited to very small samples) are sensitive to site factors.
Until recently, the most practical approaches have sought to remove non-black carbon fractions (i.e., soil organic matter and mineral carbonates) with subsequent evaluation of the residue. However, for quantifying biochar specifically this type of quantification may be affected by the presence of the more recalcitrant black carbon forms, as well as by the presence of highly resistant organic compounds—such as those stabilized on clay—not incompletely removed, and which in some cases are estimated separately.
Different techniques discriminate components of increasing minimum stability: partially charred biomass, char, charcoal, soot, and graphitic black carbon. Leading methods in this category include removal of non-black carbon by oxidation—chemically (e.g., sodium chlorite, potassium dichromate), using ultraviolet radiation, or by a thermal approach (De la Rosa et al., 2008). Hydrogen pyrolysis (HyPy) is alternative approach to removal of non-black carbon (Ascough et al., 2009), while evolved gas analysis seeks to infer source from the character of the diverse gaseous products of thermal decomposition. A combined chemothermal oxidation method, with a temperature threshold of 375 °C (Gustafsson et al., 2001), forms the basis of a standard procedure for the determination of fixed carbon, which comprised the most stable fraction of black carbon, and has the more stable component of biochar.
Virtual separations have traditionally relied on spectroscopic techniques in combination with pretreatment (or other allowance) for mineral interference, for example using hydrofluoric acid (Simpson and Hatcher, 2004)—pyrolysis gas chromatography mass spectroscopy (PyCG/MS), and solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with cross-polarization, Bloch decay, and combined with magic angle spinning (MAS) (Skjemstad et al., 1999 and Smernik et al., 2002)—or chemically extracted and purified biomarkers, particularly benzene polycarboxylic acids (BPCA) (Brodowski et al., 2005), and levoglucosan (Kuo et al., 2008). A further approach considered in this category is matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI–TOF) (Bourke et al., 2007).
The applicability of these methods depends on the purpose of the analysis and the specific nature of the target fraction, so although all have been evaluated for a set of 12 environmental and black carbon samples in a ring trial (Hammes et al., 2007 and Hammes et al., 2008), there remains relatively little consensus as to a universal standard. Since most depend on progressive exclusion based on increasing recalcitrance, the methods cannot readily exclude both recalcitrant soil organic matter and graphitic and soot fractions, and directly reveal the content of relatively less condensed (stable) charcoal or char fractions. Nonetheless, UV or chemical oxidation with elemental and 13C NMR analysis of residues, thermal analysis (De la Rosa et al., 2008 and Hammes et al., 2007), and HyPy (Ascough et al., 2009) were identified as the most promising techniques.
A relatively new development in the quantification of black carbon has been the application of correlative techniques based on mid-infrared (MIR) spectroscopy. Initially evaluated for the estimation of organic carbon content of bulk soil samples, among other key properties, algorithms have been developed for relating the MIR response spectrum to black carbon, using a calibration set assessed using a UV-oxidation method (Janik et al., 2007). The method has been applied to evaluate charcoal content in regional evaluation using archived soils (Lehmann et al., 2008) and holds potential for similar assessments in the global context provided the algorithms can be shown to hold for soils of contrasting organic carbon contents.
2.2. Chemical composition
Some of the quantification techniques may also be relevant to the characterization and comparison of various samples of pure biochar, that is, ex situ. The purpose here is to assess variation in properties of black carbon between samples, and to document the process of aging in contrasting soils and environments. Elemental ratios of O:C, O:H, and C:H have been found to provide a reliable measure of both the extent of pyrolysis and the level of oxidative alteration of biochar in the soil, and are relatively straightforward to determine. Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR), X–ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X–ray spectroscopy (EDX), near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy (Baldock and Smernik, 2002, Fernandes and Brooks, 2003 and Lehmann et al., 2006) have been used to examine surface chemistry of biochar in more detail. These analyses provide qualitative information that may enable the mechanisms behind aging and functionalization of biochar to be elucidated.
Biogeochemical characterization may also help understand the agronomic function of biochar products at the soil process level and facilitate production of biochar that offers specified benefits. To develop the predictive capacity for the longevity and interaction of biochar in soil, determining its value as a carbon sink and soil conditioner, the nature of its interventions in typical soil processes must be established. From a practical point of view it is important that the devised methods enable biochar characteristics to be determined sufficiently rapidly and inexpensively as to permit widespread application and use.
A preliminary set of seven key properties for the evaluation of biochar have been defined: pH, content of volatile compounds, content of ash, water-holding capacity, bulk density, pore volume, and specific surface area (Okimori, et al., 2003). Feedstock is a key factor governing the status of such physicochemical properties. Pyrolysis temperature is the most significant process parameter, carbon content of biochar inversely related to biochar yield, increasing from 56% to 93% between 300 and 800 °C in one study, while yield of biochar decreased from 67% to 26% (Okimori, et al., 2003). Beyond a certain temperature threshold, biochar yield may continue to decrease with no further increase in the concentration of carbon within it. However, since ash is broadly conserved, the ash content of biochar increases with temperature. In the study described earlier, the ash content of remaining biochar rose from 0.67% to 1.26% as peak formation temperature was increased from 300 to 800 °C
2.3. Physical characterization
Scanning electron microscopy (SEM) is often used to describe the physical structure of biochar. The macroporous structure (pores of approximately 1 μm diameter) of biochar produced from cellulosic plant material inherits the architecture of the feedstock, and is potentially important to water-holding and adsorption capacity of soil (Day et al., 2005, Ogawa et al., 2006 and Yu et al., 2006). Surface area measured by gas adsorption, however, is influenced by micropores (nm scale) that are not relevant to plant roots, microbes, or to the mobile soil solution. Process temperature is the main factor governing surface area, increasing in one study from 120 m2 g− 1 at 400 °C to 460 m2 g− 1 at 900 °C (Day et al., 2005). The importance of temperature leads to the suggestion that biochar created at low temperature may be suitable for controlling release of fertilizer nutrients (Day et al., 2005), while high temperatures would lead to a material analogous to activated carbon (Ogawa et al., 2006). It is also noted that the surfaces of low temperature biochar can be hydrophobic, and this may limit the capacity to store water in soil. The form and size of the feedstock and pyrolysis product may affect the quality and potential uses of biochar. Initially, the ratio of exposed to total surface area of biochar will be affected by its particle size. However, although low temperature biochar is stronger than high temperature products, it is brittle and prone to abrade into fine fractions once incorporated into the mineral soil. It may be proposed that the surface area over the long term, that is, of weathered biochar, is not greatly affected by this parameter.
3. Biochar Application in Agriculture
3.1. Historic usage
The fertile terra preta of the central Amazon are anthropogenic dark earths, in a landscape characteriz
The key challenge in quantification is to distinguish biochar from soil organic matter and from other forms of black carbon present in bulk soil samples. A variable and unpredictable level of interference from the mineral matrix in soil presents a major challenge in the application of many potential techniques, and many of the techniques depend on spectroscopic characteristics rather than physical separation or isolation. Some of the techniques that most effectively distinguish different types of biochar can also be used to characterize individual biochar fragments (or collections of fragments) recovered from soil. Examination of pure samples removes the matrix effects, but where function of a recalcitrant substrate depends on its surface characteristics or those of accessible pores, separation of active and inactive components presents a significant challenge.
2.1. Quantification of char in soil
The categorization of soil organic carbon in general presents a major challenge. Quantifying black carbon is particularly difficult on account of its chemical complexity and diversity, yet inherently unreactive nature. Due to its recalcitrance, biochar cannot meaningfully be extracted from soil using chemicals, though potential biomarkers may be. Results from studies using the physical location of char within a soil matrix (Brodowski et al., 2006, Glaser et al., 2000, Liang et al., 2009a, Murage et al., 2007 and Shindo et al., 2004) suggest that efficacy of physical separations using density or means other than hand picking (which is limited to very small samples) are sensitive to site factors.
Until recently, the most practical approaches have sought to remove non-black carbon fractions (i.e., soil organic matter and mineral carbonates) with subsequent evaluation of the residue. However, for quantifying biochar specifically this type of quantification may be affected by the presence of the more recalcitrant black carbon forms, as well as by the presence of highly resistant organic compounds—such as those stabilized on clay—not incompletely removed, and which in some cases are estimated separately.
Different techniques discriminate components of increasing minimum stability: partially charred biomass, char, charcoal, soot, and graphitic black carbon. Leading methods in this category include removal of non-black carbon by oxidation—chemically (e.g., sodium chlorite, potassium dichromate), using ultraviolet radiation, or by a thermal approach (De la Rosa et al., 2008). Hydrogen pyrolysis (HyPy) is alternative approach to removal of non-black carbon (Ascough et al., 2009), while evolved gas analysis seeks to infer source from the character of the diverse gaseous products of thermal decomposition. A combined chemothermal oxidation method, with a temperature threshold of 375 °C (Gustafsson et al., 2001), forms the basis of a standard procedure for the determination of fixed carbon, which comprised the most stable fraction of black carbon, and has the more stable component of biochar.
Virtual separations have traditionally relied on spectroscopic techniques in combination with pretreatment (or other allowance) for mineral interference, for example using hydrofluoric acid (Simpson and Hatcher, 2004)—pyrolysis gas chromatography mass spectroscopy (PyCG/MS), and solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with cross-polarization, Bloch decay, and combined with magic angle spinning (MAS) (Skjemstad et al., 1999 and Smernik et al., 2002)—or chemically extracted and purified biomarkers, particularly benzene polycarboxylic acids (BPCA) (Brodowski et al., 2005), and levoglucosan (Kuo et al., 2008). A further approach considered in this category is matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI–TOF) (Bourke et al., 2007).
The applicability of these methods depends on the purpose of the analysis and the specific nature of the target fraction, so although all have been evaluated for a set of 12 environmental and black carbon samples in a ring trial (Hammes et al., 2007 and Hammes et al., 2008), there remains relatively little consensus as to a universal standard. Since most depend on progressive exclusion based on increasing recalcitrance, the methods cannot readily exclude both recalcitrant soil organic matter and graphitic and soot fractions, and directly reveal the content of relatively less condensed (stable) charcoal or char fractions. Nonetheless, UV or chemical oxidation with elemental and 13C NMR analysis of residues, thermal analysis (De la Rosa et al., 2008 and Hammes et al., 2007), and HyPy (Ascough et al., 2009) were identified as the most promising techniques.
A relatively new development in the quantification of black carbon has been the application of correlative techniques based on mid-infrared (MIR) spectroscopy. Initially evaluated for the estimation of organic carbon content of bulk soil samples, among other key properties, algorithms have been developed for relating the MIR response spectrum to black carbon, using a calibration set assessed using a UV-oxidation method (Janik et al., 2007). The method has been applied to evaluate charcoal content in regional evaluation using archived soils (Lehmann et al., 2008) and holds potential for similar assessments in the global context provided the algorithms can be shown to hold for soils of contrasting organic carbon contents.
2.2. Chemical composition
Some of the quantification techniques may also be relevant to the characterization and comparison of various samples of pure biochar, that is, ex situ. The purpose here is to assess variation in properties of black carbon between samples, and to document the process of aging in contrasting soils and environments. Elemental ratios of O:C, O:H, and C:H have been found to provide a reliable measure of both the extent of pyrolysis and the level of oxidative alteration of biochar in the soil, and are relatively straightforward to determine. Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR), X–ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X–ray spectroscopy (EDX), near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy (Baldock and Smernik, 2002, Fernandes and Brooks, 2003 and Lehmann et al., 2006) have been used to examine surface chemistry of biochar in more detail. These analyses provide qualitative information that may enable the mechanisms behind aging and functionalization of biochar to be elucidated.
Biogeochemical characterization may also help understand the agronomic function of biochar products at the soil process level and facilitate production of biochar that offers specified benefits. To develop the predictive capacity for the longevity and interaction of biochar in soil, determining its value as a carbon sink and soil conditioner, the nature of its interventions in typical soil processes must be established. From a practical point of view it is important that the devised methods enable biochar characteristics to be determined sufficiently rapidly and inexpensively as to permit widespread application and use.
A preliminary set of seven key properties for the evaluation of biochar have been defined: pH, content of volatile compounds, content of ash, water-holding capacity, bulk density, pore volume, and specific surface area (Okimori, et al., 2003). Feedstock is a key factor governing the status of such physicochemical properties. Pyrolysis temperature is the most significant process parameter, carbon content of biochar inversely related to biochar yield, increasing from 56% to 93% between 300 and 800 °C in one study, while yield of biochar decreased from 67% to 26% (Okimori, et al., 2003). Beyond a certain temperature threshold, biochar yield may continue to decrease with no further increase in the concentration of carbon within it. However, since ash is broadly conserved, the ash content of biochar increases with temperature. In the study described earlier, the ash content of remaining biochar rose from 0.67% to 1.26% as peak formation temperature was increased from 300 to 800 °C
2.3. Physical characterization
Scanning electron microscopy (SEM) is often used to describe the physical structure of biochar. The macroporous structure (pores of approximately 1 μm diameter) of biochar produced from cellulosic plant material inherits the architecture of the feedstock, and is potentially important to water-holding and adsorption capacity of soil (Day et al., 2005, Ogawa et al., 2006 and Yu et al., 2006). Surface area measured by gas adsorption, however, is influenced by micropores (nm scale) that are not relevant to plant roots, microbes, or to the mobile soil solution. Process temperature is the main factor governing surface area, increasing in one study from 120 m2 g− 1 at 400 °C to 460 m2 g− 1 at 900 °C (Day et al., 2005). The importance of temperature leads to the suggestion that biochar created at low temperature may be suitable for controlling release of fertilizer nutrients (Day et al., 2005), while high temperatures would lead to a material analogous to activated carbon (Ogawa et al., 2006). It is also noted that the surfaces of low temperature biochar can be hydrophobic, and this may limit the capacity to store water in soil. The form and size of the feedstock and pyrolysis product may affect the quality and potential uses of biochar. Initially, the ratio of exposed to total surface area of biochar will be affected by its particle size. However, although low temperature biochar is stronger than high temperature products, it is brittle and prone to abrade into fine fractions once incorporated into the mineral soil. It may be proposed that the surface area over the long term, that is, of weathered biochar, is not greatly affected by this parameter.
3. Biochar Application in Agriculture
3.1. Historic usage
The fertile terra preta of the central Amazon are anthropogenic dark earths, in a landscape characteriz
การแปล กรุณารอสักครู่..
2 . คุณสมบัติของไบโอชาร์
ความท้าทายสำคัญในการบอกจำนวนที่จะแยกแยะเป็นไบโอชาร์จากอินทรีย์วัตถุในดินและจากรูปแบบอื่น ๆของคาร์บอนสีดำที่มีอยู่ในดินขนาดใหญ่ ตัวแปรและระดับที่ไม่แน่นอนของการแทรกแซงจากแร่ธาตุในดินเมทริกซ์แสดงความท้าทายที่สำคัญในการประยุกต์ใช้เทคนิคที่มีศักยภาพมากและหลายเทคนิคขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพมากกว่าการแยกหรือแยก บางส่วนของเทคนิคที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่จะแบ่งแยกชนิดของไบโอชาร์ยังสามารถใช้ในลักษณะของแต่ละบุคคล ( หรือคอลเลกชันของไบโอชาร์เศษชิ้นส่วน ) หายจากดิน การตรวจสอบตัวอย่างบริสุทธิ์ลบเมทริกซ์ ผลกระทบแต่ที่ฟังก์ชันของพื้นผิวนอกครู ขึ้นอยู่กับลักษณะผิวของหรือของรูขุมขนได้ แยกการใช้งานและส่วนประกอบที่นำเสนอความท้าทายที่สำคัญ
2.1 . ปริมาณของถ่านในดิน
การจัดประเภทของดินอินทรีย์คาร์บอนในทั่วไปนำเสนอความท้าทายที่สำคัญปริมาณคาร์บอนสีดำโดยเฉพาะอย่างยิ่งยากเนื่องจากความซับซ้อนของเคมี และหลากหลาย แต่โดยเนื้อแท้ unreactive ธรรมชาติ เนื่องจาก recalcitrance ไบโอชาร์ไม่ได้มีความหมายเป็น , สกัดจากดินที่ใช้สารเคมี แม้ว่าศักยภาพซึ่งอาจจะ ผลจากการศึกษาโดยใช้ตำแหน่งทางกายภาพของถ่านภายในดินเมทริกซ์ ( เบรอดอฟสกี้ et al . , 2006 , เกลเซอร์ et al . , 2000เลี่ยง 2009a murage et al . , et al . , 2007 และชินโต et al . , 2004 ) ชี้ให้เห็นว่า ประสิทธิภาพของการแยกทางกายภาพโดยใช้ความหนาแน่น หรือวิธีการอื่น ๆ กว่ามือเลือก ( ซึ่งจะ จำกัด จำนวนน้อยมาก ) มีความไวต่อปัจจัยเว็บไซต์
จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ , วิธีการปฏิบัติมากที่สุดขอเอาโนนสีดำคาร์บอนเศษส่วน ( เช่นอินทรีย์วัตถุในดิน และคาร์บอเนตแร่ ) การประเมินที่ตามมาของกาก อย่างไรก็ตาม สำหรับปริมาณไบโอชาร์โดยเฉพาะจากปริมาณประเภทนี้อาจได้รับผลกระทบจากการปรากฏตัวของหัวดื้อมากกว่าสีดำคาร์บอนรูปแบบเช่นเดียวกับการปรากฏตัวของสารอินทรีย์สูงป้องกันเช่นการทรงตัวบนดินไม่ไม่สมบูรณ์ออกซึ่งในบางกรณีมีประมาณต่างหาก
เทคนิคต่าง ๆ แยกแยะองค์ประกอบของเสถียรภาพเพิ่มขึ้นอย่างน้อยบางส่วนไหม้เกรียมชีวมวล , ถ่าน , ถ่านไม้ , เขม่า และ graphitic ดำคาร์บอน วิธีการเป็นผู้นำในประเภทนี้รวมถึงการกำจัดปลอดคาร์บอนสีดำโดยการออกซิเดชันเคมี ( เช่น โซเดียมไฮโปคลอไรท์ โพแทสเซียมไดโครเมต ) , การใช้รังสีอัลตราไวโอเลตหรือโดยวิธีทางความร้อน ( de la Rosa et al . , 2008 ) ไฮโดรเจน ไพโรไลซีส ( hypy ) เป็นวิธีทางเลือกที่จะกำจัดปลอดคาร์บอนดำ ( ascough et al . , 2009 ) , ในขณะที่การพัฒนาการวิเคราะห์แก๊สพยายามที่จะอนุมานที่มาจากตัวของก๊าซผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายของอุณหภูมิการสลายตัว วิธีออกซิเดชัน chemothermal รวมกับอุณหภูมิที่ธรณีประตูของ 375 ° C ( gustafsson et al . , 2001 )รูปแบบพื้นฐานของกระบวนการมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ปริมาณคาร์บอนคงที่ ซึ่งมีสัดส่วนที่เสถียรที่สุดของคาร์บอนสีดำและมีองค์ประกอบคงที่ของไบโอชาร์
เสมือนแยกมีประเพณีที่อาศัยเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีในการรวมกันกับ ( หรือเงินอื่น ๆ ) รบกวนธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น การใช้กรดไฮโดรฟลูออริก ( ซิมป์สันและ แฮชเชอร ์2004 ) - ไพโรไลซิสแก๊สโครมาโทกราฟีแมสสเปคโตรสโคปี ( pycg / MS ) และของแข็ง 13C แม่เหล็กนิวเคลียร์ ( NMR ) สเปกโทรสโกปีกับครอสโพลาไรเซชัน บล๊อค สลาย และรวมกับมุมเวทมนตร์ปั่น ( MAS ) ( skjemstad et al . , 1999 และ smernik et al . , 2002 ) หรือสารสกัดบริสุทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เบนซิน polycarboxylic กรด ( bpca ) ( เบรอดอฟสกี้ et al . , 2005 )และ levoglucosan ( Kuo et al . , 2008 ) วิธีการพิจารณาต่อไปในประเภทนี้คือ เมทริกซ์ช่วยดูดซับอิออนเลเซอร์มา ดิ– tof ) ( Bourke et al . , 2007 ) .
หาวิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และลักษณะจำเพาะของเศษชิ้นงานดังนั้น แม้ว่าทั้งหมดได้รับการประเมินเป็นชุด 12 สิ่งแวดล้อมและสีดำคาร์บอนในแหวนตัวอย่างทดลอง ( hammes et al . , 2007 และ hammes et al . , 2008 ) , ยังคงมีค่อนข้างน้อยเอกฉันท์เป็นมาตรฐานสากล เนื่องจากส่วนใหญ่พึ่งพาการยกเว้นก้าวหน้าตาม recalcitrance เพิ่มขึ้น ,วิธีการที่ไม่พร้อม รวมทั้งหัวดื้ออินทรีย์วัตถุในดินและเศษเขม่าและ graphitic และโดยตรงเปิดเผยเนื้อหาค่อนข้างน้อยย่อ ( มั่นคง ) ถ่าน หรือถ่าน เศษส่วน อย่างไรก็ตาม รังสียูวี หรือเคมีออกซิเดชันกับการวิเคราะห์ธาตุของสารตกค้าง 13C NMR , การวิเคราะห์ทางความร้อน ( de la Rosa et al . , 2008 และ hammes et al . , 2007 ) และ hypy ( ascough et al . ,2009 ) ที่ถูกระบุว่าเป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มมากที่สุด
การพัฒนาที่ค่อนข้างใหม่ในการบอกจำนวนของคาร์บอนดำได้รับการประยุกต์ใช้สูตรเทคนิคตามกลาง ( Mir ) อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี เริ่มทำการประเมินปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ดินขนาดใหญ่ ในคุณสมบัติสำคัญอื่น ๆอัลกอริทึมได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองกับ Mir สเปกตรัมคาร์บอนดำ โดยใช้การตั้งค่าการประเมินโดยใช้ UV ออกซิเดชันวิธี ( janik et al . , 2007 ) วิธีการได้ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินปริมาณถ่านในการประเมินระดับภูมิภาคใช้เก็บดิน ( เลห์มันน์ et al . ,2008 ) และมีศักยภาพสำหรับการประเมินที่คล้ายกันในบริบทโลกให้อัลกอริทึมที่สามารถแสดง ไว้ตัดเนื้อหาของดินอินทรีย์คาร์บอน .
. . องค์ประกอบทางเคมี
บางส่วนของปริมาณเทคนิคอาจจะเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบและเปรียบเทียบตัวอย่างต่างๆของเพียวไบโอชาร์ นั่นคือ อดีตแหล่งกำเนิดวัตถุประสงค์ที่นี่คือการ ประเมินการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของคาร์บอนสีดำระหว่างตัวอย่างและเอกสารกระบวนการของริ้วรอยในด้านดินและสภาพแวดล้อม อัตราส่วนของธาตุ O : C , O : H และ C : H ได้พบเพื่อให้วัดได้ทั้งขอบเขตของการไพโรไลซิสและระดับของการเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาไบโอชาร์ในดิน และค่อนข้างตรงไปตรงมาเพื่อตรวจสอบได้กระจายสะท้อนอินฟราเรดฟูเรียร์สเปกโทรสโกปี ( FTIR ) x - เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี ( XPS ) พลังงานกระจายตัวสเปกโทรสโกปี ( X - Ray การวัด ) , ใกล้ขอบการดูดกลืนรังสีเอ็กซ์โครงสร้าง ( nexafs ) spectroscopy ( เบล smernik Fernandes และ 2002 และ 2003 และเลห์มันน์บรูค , et al . , 2006 ) จะถูกใช้เพื่อตรวจสอบ เคมีพื้นผิวของไบโอชาร์ในรายละเอียดเพิ่มเติมการวิเคราะห์เชิงคุณภาพเหล่านี้ให้ข้อมูลที่อาจช่วยให้กลไกเบื้องหลังริ้วรอยและ functionalization ของไบโอชาร์ต้องทำการ
ชีวธรณีเคมีคุณสมบัติยังอาจช่วยให้เข้าใจการทำงานของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรในดินระดับกระบวนการไบโอชาร์และอำนวยความสะดวกการผลิตไบโอชาร์เสนอสิทธิประโยชน์ที่ระบุเพื่อพัฒนาศักยภาพและความยืนยาวและปฏิสัมพันธ์ของไบโอชาร์ในดิน กำหนดคุณค่าของมันเป็นอ่างคาร์บอนและดิน ลักษณะของดิน โดยทั่วไปต้องแทรกแซงในกระบวนการจัดตั้งจากมุมมองของการปฏิบัติเป็นสิ่งสําคัญที่ devised วิธีการเปิดใช้งานคุณลักษณะไบโอชาร์ต้องพิจารณาอย่างเพียงพออย่างรวดเร็วและราคาไม่แพงที่จะอนุญาตให้โปรแกรมที่แพร่หลายและใช้
ชุดเบื้องต้นของเจ็ดคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับการประเมินไบโอชาร์ได้ถูกกำหนด : pH , ปริมาณสารระเหย ปริมาณเถ้าจับน้ำความจุ ความหนาแน่น ปริมาตรรูพรุนขนาดใหญ่และพื้นที่ผิวจำเพาะ ( okimori , et al . , 2003 ) คงเป็นปัจจัยสําคัญในสถานะของสมบัติทางเคมีกายภาพเช่น อุณหภูมิไพโรไลซิสเป็นกระบวนการสำคัญที่ค่าปริมาณคาร์บอนไบโอชาร์ไม่สัมพันธ์กับผลผลิตไบโอชาร์เพิ่มขึ้นจาก 56% 93 % ระหว่าง 300 และ 800 ° C ในการศึกษาหนึ่ง ในขณะที่ผลผลิตไบโอชาร์ลดลงจาก 67% 26 % ( okimori et al . , 2003 )เกินเกณฑ์อุณหภูมิที่แน่นอน ผลผลิตไบโอชาร์อาจจะยังคงลดลงต่อไปไม่เพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนภายใน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเถ้าเป็นวงกว้างเพื่อ , ปริมาณเถ้าของไบโอชาร์เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ในการศึกษาที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เถ้าที่เหลือไบโอชาร์เพิ่มขึ้นจาก 0.67 % 1เป็นอุณหภูมิสูงสุด 26 % การเกิดเพิ่มขึ้นจาก 300 800 ° C
2.3 กายภาพคุณสมบัติ
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ( SEM ) มักจะใช้เพื่ออธิบายโครงสร้างทางกายภาพของไบโอชาร์ . โครงสร้าง macroporous ( รูประมาณ 1 μเมตร ) ของไบโอชาร์ผลิตจากวัสดุเซลลูโลสพืชสืบทอดสถาปัตยกรรมของวัตถุดิบ ,และอาจสำคัญกับน้ำ ถือ และการดูดซับของดิน ( วัน et al . , 2005 , โอกาว่า et al . , 2006 และยู et al . , 2006 ) พื้นผิวบริเวณวัดโดยการดูดซับก๊าซ อย่างไรก็ตาม ได้รับอิทธิพลจาก micropores ( nm ) ส่วนในระดับที่ไม่เกี่ยวข้องกับรากพืช จุลินทรีย์ หรือเพื่อแก้ปัญหาดินเคลื่อนที่ เครื่องควบคุมอุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักในพื้นที่เพิ่มในการศึกษาหนึ่งจาก 120 m2 G − 1 ที่ 400 องศา C ถึง 460 m2 G − 1 900 ° C ( วัน et al . , 2005 ) ความสำคัญของอุณหภูมินำไปสู่ข้อเสนอแนะว่าไบโอชาร์ถูกสร้างขึ้นที่อุณหภูมิต่ำอาจจะเหมาะสมสำหรับการควบคุมการปล่อยสารอาหารปุ๋ย ( วัน et al . , 2005 ) , ในขณะที่อุณหภูมิสูง ทำให้วัสดุที่คล้ายคลึงกับ คาร์บอน ( โอกาว่า et al . , 2006 )มันเป็นยังกล่าวว่าพื้นผิวของไบโอชาร์อุณหภูมิต่ำสามารถ ) , และนี้อาจจะ จำกัด ความจุเก็บกักน้ำในดิน รูปแบบและขนาดของวัตถุดิบและผลิตผลิตภัณฑ์ที่อาจมีผลต่อคุณภาพ และศักยภาพการใช้ไบโอชาร์ . เริ่มโดยสัมผัสกับพื้นที่ผิวทั้งหมดของไบโอชาร์จะมีผลต่อขนาดของอนุภาคของ อย่างไรก็ตามแม้ว่าไบโอชาร์อุณหภูมิต่ำจะแข็งแกร่งกว่าผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิสูง มันเปราะ และมักจะถูเป็นอย่างดี เศษส่วน รวมเมื่อเข้าไปในแร่ดิน มันอาจจะเสนอว่า พื้นที่ผิวในระยะยาว นั่นคือ ผุไบโอชาร์ ไม่ได้รับผลกระทบอย่างมากโดยพารามิเตอร์นี้
3 การประยุกต์ใช้ไบโอชาร์ในการเกษตร
3.1 . ประวัติศาสตร์การใช้
อุดมสมบูรณ์ Terra เปรตของ Amazon กลางเป็นมนุษย์ธาตุมืดในแนวนอน characteriz
ความท้าทายสำคัญในการบอกจำนวนที่จะแยกแยะเป็นไบโอชาร์จากอินทรีย์วัตถุในดินและจากรูปแบบอื่น ๆของคาร์บอนสีดำที่มีอยู่ในดินขนาดใหญ่ ตัวแปรและระดับที่ไม่แน่นอนของการแทรกแซงจากแร่ธาตุในดินเมทริกซ์แสดงความท้าทายที่สำคัญในการประยุกต์ใช้เทคนิคที่มีศักยภาพมากและหลายเทคนิคขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพมากกว่าการแยกหรือแยก บางส่วนของเทคนิคที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่จะแบ่งแยกชนิดของไบโอชาร์ยังสามารถใช้ในลักษณะของแต่ละบุคคล ( หรือคอลเลกชันของไบโอชาร์เศษชิ้นส่วน ) หายจากดิน การตรวจสอบตัวอย่างบริสุทธิ์ลบเมทริกซ์ ผลกระทบแต่ที่ฟังก์ชันของพื้นผิวนอกครู ขึ้นอยู่กับลักษณะผิวของหรือของรูขุมขนได้ แยกการใช้งานและส่วนประกอบที่นำเสนอความท้าทายที่สำคัญ
2.1 . ปริมาณของถ่านในดิน
การจัดประเภทของดินอินทรีย์คาร์บอนในทั่วไปนำเสนอความท้าทายที่สำคัญปริมาณคาร์บอนสีดำโดยเฉพาะอย่างยิ่งยากเนื่องจากความซับซ้อนของเคมี และหลากหลาย แต่โดยเนื้อแท้ unreactive ธรรมชาติ เนื่องจาก recalcitrance ไบโอชาร์ไม่ได้มีความหมายเป็น , สกัดจากดินที่ใช้สารเคมี แม้ว่าศักยภาพซึ่งอาจจะ ผลจากการศึกษาโดยใช้ตำแหน่งทางกายภาพของถ่านภายในดินเมทริกซ์ ( เบรอดอฟสกี้ et al . , 2006 , เกลเซอร์ et al . , 2000เลี่ยง 2009a murage et al . , et al . , 2007 และชินโต et al . , 2004 ) ชี้ให้เห็นว่า ประสิทธิภาพของการแยกทางกายภาพโดยใช้ความหนาแน่น หรือวิธีการอื่น ๆ กว่ามือเลือก ( ซึ่งจะ จำกัด จำนวนน้อยมาก ) มีความไวต่อปัจจัยเว็บไซต์
จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ , วิธีการปฏิบัติมากที่สุดขอเอาโนนสีดำคาร์บอนเศษส่วน ( เช่นอินทรีย์วัตถุในดิน และคาร์บอเนตแร่ ) การประเมินที่ตามมาของกาก อย่างไรก็ตาม สำหรับปริมาณไบโอชาร์โดยเฉพาะจากปริมาณประเภทนี้อาจได้รับผลกระทบจากการปรากฏตัวของหัวดื้อมากกว่าสีดำคาร์บอนรูปแบบเช่นเดียวกับการปรากฏตัวของสารอินทรีย์สูงป้องกันเช่นการทรงตัวบนดินไม่ไม่สมบูรณ์ออกซึ่งในบางกรณีมีประมาณต่างหาก
เทคนิคต่าง ๆ แยกแยะองค์ประกอบของเสถียรภาพเพิ่มขึ้นอย่างน้อยบางส่วนไหม้เกรียมชีวมวล , ถ่าน , ถ่านไม้ , เขม่า และ graphitic ดำคาร์บอน วิธีการเป็นผู้นำในประเภทนี้รวมถึงการกำจัดปลอดคาร์บอนสีดำโดยการออกซิเดชันเคมี ( เช่น โซเดียมไฮโปคลอไรท์ โพแทสเซียมไดโครเมต ) , การใช้รังสีอัลตราไวโอเลตหรือโดยวิธีทางความร้อน ( de la Rosa et al . , 2008 ) ไฮโดรเจน ไพโรไลซีส ( hypy ) เป็นวิธีทางเลือกที่จะกำจัดปลอดคาร์บอนดำ ( ascough et al . , 2009 ) , ในขณะที่การพัฒนาการวิเคราะห์แก๊สพยายามที่จะอนุมานที่มาจากตัวของก๊าซผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายของอุณหภูมิการสลายตัว วิธีออกซิเดชัน chemothermal รวมกับอุณหภูมิที่ธรณีประตูของ 375 ° C ( gustafsson et al . , 2001 )รูปแบบพื้นฐานของกระบวนการมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ปริมาณคาร์บอนคงที่ ซึ่งมีสัดส่วนที่เสถียรที่สุดของคาร์บอนสีดำและมีองค์ประกอบคงที่ของไบโอชาร์
เสมือนแยกมีประเพณีที่อาศัยเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีในการรวมกันกับ ( หรือเงินอื่น ๆ ) รบกวนธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น การใช้กรดไฮโดรฟลูออริก ( ซิมป์สันและ แฮชเชอร ์2004 ) - ไพโรไลซิสแก๊สโครมาโทกราฟีแมสสเปคโตรสโคปี ( pycg / MS ) และของแข็ง 13C แม่เหล็กนิวเคลียร์ ( NMR ) สเปกโทรสโกปีกับครอสโพลาไรเซชัน บล๊อค สลาย และรวมกับมุมเวทมนตร์ปั่น ( MAS ) ( skjemstad et al . , 1999 และ smernik et al . , 2002 ) หรือสารสกัดบริสุทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เบนซิน polycarboxylic กรด ( bpca ) ( เบรอดอฟสกี้ et al . , 2005 )และ levoglucosan ( Kuo et al . , 2008 ) วิธีการพิจารณาต่อไปในประเภทนี้คือ เมทริกซ์ช่วยดูดซับอิออนเลเซอร์มา ดิ– tof ) ( Bourke et al . , 2007 ) .
หาวิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และลักษณะจำเพาะของเศษชิ้นงานดังนั้น แม้ว่าทั้งหมดได้รับการประเมินเป็นชุด 12 สิ่งแวดล้อมและสีดำคาร์บอนในแหวนตัวอย่างทดลอง ( hammes et al . , 2007 และ hammes et al . , 2008 ) , ยังคงมีค่อนข้างน้อยเอกฉันท์เป็นมาตรฐานสากล เนื่องจากส่วนใหญ่พึ่งพาการยกเว้นก้าวหน้าตาม recalcitrance เพิ่มขึ้น ,วิธีการที่ไม่พร้อม รวมทั้งหัวดื้ออินทรีย์วัตถุในดินและเศษเขม่าและ graphitic และโดยตรงเปิดเผยเนื้อหาค่อนข้างน้อยย่อ ( มั่นคง ) ถ่าน หรือถ่าน เศษส่วน อย่างไรก็ตาม รังสียูวี หรือเคมีออกซิเดชันกับการวิเคราะห์ธาตุของสารตกค้าง 13C NMR , การวิเคราะห์ทางความร้อน ( de la Rosa et al . , 2008 และ hammes et al . , 2007 ) และ hypy ( ascough et al . ,2009 ) ที่ถูกระบุว่าเป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มมากที่สุด
การพัฒนาที่ค่อนข้างใหม่ในการบอกจำนวนของคาร์บอนดำได้รับการประยุกต์ใช้สูตรเทคนิคตามกลาง ( Mir ) อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี เริ่มทำการประเมินปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ดินขนาดใหญ่ ในคุณสมบัติสำคัญอื่น ๆอัลกอริทึมได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองกับ Mir สเปกตรัมคาร์บอนดำ โดยใช้การตั้งค่าการประเมินโดยใช้ UV ออกซิเดชันวิธี ( janik et al . , 2007 ) วิธีการได้ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินปริมาณถ่านในการประเมินระดับภูมิภาคใช้เก็บดิน ( เลห์มันน์ et al . ,2008 ) และมีศักยภาพสำหรับการประเมินที่คล้ายกันในบริบทโลกให้อัลกอริทึมที่สามารถแสดง ไว้ตัดเนื้อหาของดินอินทรีย์คาร์บอน .
. . องค์ประกอบทางเคมี
บางส่วนของปริมาณเทคนิคอาจจะเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบและเปรียบเทียบตัวอย่างต่างๆของเพียวไบโอชาร์ นั่นคือ อดีตแหล่งกำเนิดวัตถุประสงค์ที่นี่คือการ ประเมินการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของคาร์บอนสีดำระหว่างตัวอย่างและเอกสารกระบวนการของริ้วรอยในด้านดินและสภาพแวดล้อม อัตราส่วนของธาตุ O : C , O : H และ C : H ได้พบเพื่อให้วัดได้ทั้งขอบเขตของการไพโรไลซิสและระดับของการเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาไบโอชาร์ในดิน และค่อนข้างตรงไปตรงมาเพื่อตรวจสอบได้กระจายสะท้อนอินฟราเรดฟูเรียร์สเปกโทรสโกปี ( FTIR ) x - เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี ( XPS ) พลังงานกระจายตัวสเปกโทรสโกปี ( X - Ray การวัด ) , ใกล้ขอบการดูดกลืนรังสีเอ็กซ์โครงสร้าง ( nexafs ) spectroscopy ( เบล smernik Fernandes และ 2002 และ 2003 และเลห์มันน์บรูค , et al . , 2006 ) จะถูกใช้เพื่อตรวจสอบ เคมีพื้นผิวของไบโอชาร์ในรายละเอียดเพิ่มเติมการวิเคราะห์เชิงคุณภาพเหล่านี้ให้ข้อมูลที่อาจช่วยให้กลไกเบื้องหลังริ้วรอยและ functionalization ของไบโอชาร์ต้องทำการ
ชีวธรณีเคมีคุณสมบัติยังอาจช่วยให้เข้าใจการทำงานของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรในดินระดับกระบวนการไบโอชาร์และอำนวยความสะดวกการผลิตไบโอชาร์เสนอสิทธิประโยชน์ที่ระบุเพื่อพัฒนาศักยภาพและความยืนยาวและปฏิสัมพันธ์ของไบโอชาร์ในดิน กำหนดคุณค่าของมันเป็นอ่างคาร์บอนและดิน ลักษณะของดิน โดยทั่วไปต้องแทรกแซงในกระบวนการจัดตั้งจากมุมมองของการปฏิบัติเป็นสิ่งสําคัญที่ devised วิธีการเปิดใช้งานคุณลักษณะไบโอชาร์ต้องพิจารณาอย่างเพียงพออย่างรวดเร็วและราคาไม่แพงที่จะอนุญาตให้โปรแกรมที่แพร่หลายและใช้
ชุดเบื้องต้นของเจ็ดคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับการประเมินไบโอชาร์ได้ถูกกำหนด : pH , ปริมาณสารระเหย ปริมาณเถ้าจับน้ำความจุ ความหนาแน่น ปริมาตรรูพรุนขนาดใหญ่และพื้นที่ผิวจำเพาะ ( okimori , et al . , 2003 ) คงเป็นปัจจัยสําคัญในสถานะของสมบัติทางเคมีกายภาพเช่น อุณหภูมิไพโรไลซิสเป็นกระบวนการสำคัญที่ค่าปริมาณคาร์บอนไบโอชาร์ไม่สัมพันธ์กับผลผลิตไบโอชาร์เพิ่มขึ้นจาก 56% 93 % ระหว่าง 300 และ 800 ° C ในการศึกษาหนึ่ง ในขณะที่ผลผลิตไบโอชาร์ลดลงจาก 67% 26 % ( okimori et al . , 2003 )เกินเกณฑ์อุณหภูมิที่แน่นอน ผลผลิตไบโอชาร์อาจจะยังคงลดลงต่อไปไม่เพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนภายใน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเถ้าเป็นวงกว้างเพื่อ , ปริมาณเถ้าของไบโอชาร์เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ในการศึกษาที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เถ้าที่เหลือไบโอชาร์เพิ่มขึ้นจาก 0.67 % 1เป็นอุณหภูมิสูงสุด 26 % การเกิดเพิ่มขึ้นจาก 300 800 ° C
2.3 กายภาพคุณสมบัติ
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ( SEM ) มักจะใช้เพื่ออธิบายโครงสร้างทางกายภาพของไบโอชาร์ . โครงสร้าง macroporous ( รูประมาณ 1 μเมตร ) ของไบโอชาร์ผลิตจากวัสดุเซลลูโลสพืชสืบทอดสถาปัตยกรรมของวัตถุดิบ ,และอาจสำคัญกับน้ำ ถือ และการดูดซับของดิน ( วัน et al . , 2005 , โอกาว่า et al . , 2006 และยู et al . , 2006 ) พื้นผิวบริเวณวัดโดยการดูดซับก๊าซ อย่างไรก็ตาม ได้รับอิทธิพลจาก micropores ( nm ) ส่วนในระดับที่ไม่เกี่ยวข้องกับรากพืช จุลินทรีย์ หรือเพื่อแก้ปัญหาดินเคลื่อนที่ เครื่องควบคุมอุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักในพื้นที่เพิ่มในการศึกษาหนึ่งจาก 120 m2 G − 1 ที่ 400 องศา C ถึง 460 m2 G − 1 900 ° C ( วัน et al . , 2005 ) ความสำคัญของอุณหภูมินำไปสู่ข้อเสนอแนะว่าไบโอชาร์ถูกสร้างขึ้นที่อุณหภูมิต่ำอาจจะเหมาะสมสำหรับการควบคุมการปล่อยสารอาหารปุ๋ย ( วัน et al . , 2005 ) , ในขณะที่อุณหภูมิสูง ทำให้วัสดุที่คล้ายคลึงกับ คาร์บอน ( โอกาว่า et al . , 2006 )มันเป็นยังกล่าวว่าพื้นผิวของไบโอชาร์อุณหภูมิต่ำสามารถ ) , และนี้อาจจะ จำกัด ความจุเก็บกักน้ำในดิน รูปแบบและขนาดของวัตถุดิบและผลิตผลิตภัณฑ์ที่อาจมีผลต่อคุณภาพ และศักยภาพการใช้ไบโอชาร์ . เริ่มโดยสัมผัสกับพื้นที่ผิวทั้งหมดของไบโอชาร์จะมีผลต่อขนาดของอนุภาคของ อย่างไรก็ตามแม้ว่าไบโอชาร์อุณหภูมิต่ำจะแข็งแกร่งกว่าผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิสูง มันเปราะ และมักจะถูเป็นอย่างดี เศษส่วน รวมเมื่อเข้าไปในแร่ดิน มันอาจจะเสนอว่า พื้นที่ผิวในระยะยาว นั่นคือ ผุไบโอชาร์ ไม่ได้รับผลกระทบอย่างมากโดยพารามิเตอร์นี้
3 การประยุกต์ใช้ไบโอชาร์ในการเกษตร
3.1 . ประวัติศาสตร์การใช้
อุดมสมบูรณ์ Terra เปรตของ Amazon กลางเป็นมนุษย์ธาตุมืดในแนวนอน characteriz
การแปล กรุณารอสักครู่..
ภาษาอื่น ๆ
การสนับสนุนเครื่องมือแปลภาษา: กรีก, กันนาดา, กาลิเชียน, คลิงออน, คอร์สิกา, คาซัค, คาตาลัน, คินยารวันดา, คีร์กิซ, คุชราต, จอร์เจีย, จีน, จีนดั้งเดิม, ชวา, ชิเชวา, ซามัว, ซีบัวโน, ซุนดา, ซูลู, ญี่ปุ่น, ดัตช์, ตรวจหาภาษา, ตุรกี, ทมิฬ, ทาจิก, ทาทาร์, นอร์เวย์, บอสเนีย, บัลแกเรีย, บาสก์, ปัญจาป, ฝรั่งเศส, พาชตู, ฟริเชียน, ฟินแลนด์, ฟิลิปปินส์, ภาษาอินโดนีเซี, มองโกเลีย, มัลทีส, มาซีโดเนีย, มาราฐี, มาลากาซี, มาลายาลัม, มาเลย์, ม้ง, ยิดดิช, ยูเครน, รัสเซีย, ละติน, ลักเซมเบิร์ก, ลัตเวีย, ลาว, ลิทัวเนีย, สวาฮิลี, สวีเดน, สิงหล, สินธี, สเปน, สโลวัก, สโลวีเนีย, อังกฤษ, อัมฮาริก, อาร์เซอร์ไบจัน, อาร์เมเนีย, อาหรับ, อิกโบ, อิตาลี, อุยกูร์, อุสเบกิสถาน, อูรดู, ฮังการี, ฮัวซา, ฮาวาย, ฮินดี, ฮีบรู, เกลิกสกอต, เกาหลี, เขมร, เคิร์ด, เช็ก, เซอร์เบียน, เซโซโท, เดนมาร์ก, เตลูกู, เติร์กเมน, เนปาล, เบงกอล, เบลารุส, เปอร์เซีย, เมารี, เมียนมา (พม่า), เยอรมัน, เวลส์, เวียดนาม, เอสเปอแรนโต, เอสโทเนีย, เฮติครีโอล, แอฟริกา, แอลเบเนีย, โคซา, โครเอเชีย, โชนา, โซมาลี, โปรตุเกส, โปแลนด์, โยรูบา, โรมาเนีย, โอเดีย (โอริยา), ไทย, ไอซ์แลนด์, ไอร์แลนด์, การแปลภาษา.
- 注意事項
- Double Consonants
- I can work under the pressure and be goo
- ฉัยทำใจอยุ่นาน
- somewhere far on the other side of the r
- ภูมิใจ
- Love has the power to create happiness.
- Why don't you reacting
- 3. วัตถุประสงค์ของการวิจัย (objectives)
- ไตรมาสสอง
- คุณตื่นหรือยัง
- based on the current inventory on hand w
- ค่าของใช้สำนักงาน
- Everyone makes mistake.
- hence
- นำทาง
- when you eat breakfast?
- Because Bank only keep 3 months record
- I sell soap, white, interested?
- come in my arms
- ธนาคารสามารถให้บุคคลกู้ยืมเงิน
- i think it's just a cultural diference
- ซึ่งฉันจะเดินทางไฟพร้อมเพื่อนในวันศุกร์
- คุยด้วยกับทั้งสองคน
