本報(bào)記者 常麗君 綜合外電

　　■新視野

　　近幾年來，科學(xué)家一直在試驗(yàn)一種叫做生物碳（Biochar）的富碳產(chǎn)品，希望它有助于提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，控制污染。

　　生物碳通過在低氧艙里加熱生物材料，如稻殼及其他農(nóng)業(yè)廢棄物等制成，可以作為生物燃料的副產(chǎn)品來生成，所以一些公司希望利用這種產(chǎn)品來滿足人們對更環(huán)保能源的需求。在整個(gè)美國，這種長效土壤添加劑在近幾年銷售量急劇飆升，根據(jù)相關(guān)估計(jì)，自2008年以來每年增加兩倍。

　　布魯克林屋頂農(nóng)場

　　150多年來，美國布魯克林海軍造船廠建造了許多船艦，幫助阻止了非洲奴隸貿(mào)易，鋪設(shè)了第一條海底電纜并結(jié)束了第二次世界大戰(zhàn)。如今，在這個(gè)位于紐約城的龐大工業(yè)設(shè)施里，擠滿了藝術(shù)家、建筑師、手工釀酒生產(chǎn)者等人。在一個(gè)秋雨濛濛的日子里，種植有機(jī)蔬菜的本·弗蘭納在照料著一大片紅紅綠綠的萵苣——這是一個(gè)6000平方米的屋頂農(nóng)場。

　　植物下面的土壤看起來很普通，但弗蘭納抓了一把舉起來仔細(xì)查看。棕色團(tuán)塊的泥土中間有一些的小黑顆?！@是兩年前混入土壤中的碳碎屑?xì)堄唷８ヌm納認(rèn)為，這種叫做“生物碳”的富碳物質(zhì)，能幫助農(nóng)作物茁壯成長，甚至可能增加產(chǎn)量，他希望在今后幾年看到更可觀的成果。

　　向弗蘭納在布魯克林的農(nóng)場供應(yīng)生物碳的公司位于賓夕法尼亞州伯溫市，他們既大量批發(fā)，也向消費(fèi)者直接零售，其銷售渠道包括亞馬遜，還有一些食品商店，涵蓋從中國到瑞典各國，客戶在農(nóng)場和城市草坪中使用生物碳。

　　擁護(hù)者認(rèn)為生物碳在改良土壤方面有著巨大潛力?？茖W(xué)家對生物碳的興趣也在不斷提高，對生物碳潛力的研究測試迅速增加，尤其是研究生物碳的理化性質(zhì)對土壤水流動、清除污染、改變微生物群落、減少溫室氣體排放等有著怎樣的影響。他們希望生物碳能幫助全世界農(nóng)民，尤其是非洲及其他發(fā)展中國家地區(qū)的農(nóng)民，這些地方的土壤很多非常貧瘠。

　　約翰內(nèi)斯·萊曼是美國康奈爾大學(xué)的一位作物和土壤科學(xué)家。他說：“不同類型的生物碳有著獨(dú)特的潛力，能減輕某些最大的土壤問題，比如高度風(fēng)化和沙化的土壤，從而提高作物產(chǎn)量?！?/p>

　　雖然如此，生物碳也存在一些問題，尤其是要確保農(nóng)民既能負(fù)擔(dān)得起，又能起到正面作用。在某些研究中，使用生物碳反而減少了實(shí)際的收益。其中一部分困難是，生物碳可以用各種不同的生物質(zhì)以不同的溫度和速度生產(chǎn)出來，這就導(dǎo)致了不同物質(zhì)、不同結(jié)果之間存在巨大差異。“我總是說，我們甚至不該用奇異的東西來生產(chǎn)生物碳?！?萊曼說，“只是生物碳而已。”

　　多方面改良土壤

　　雖然使用生物碳現(xiàn)在剛開始流行，但其根源卻很古老。數(shù)百至數(shù)千年前，亞馬遜河流域的居民就會通過加熱有機(jī)質(zhì)來生產(chǎn)一種叫做Terra Preta的肥沃土壤。但大約在歐洲入侵南美洲時(shí)期，這種方法被遺失了，其他地方很少有農(nóng)民使用生物碳的習(xí)慣。大約在10年前，人們對全球變暖的關(guān)注也日益升溫，有人提出可以用生物碳來把大量的碳封存在地下，科學(xué)家開始對這種物質(zhì)產(chǎn)生極大興趣。雖然這種用途的希望不大，但目前土壤科學(xué)家開始探索它在農(nóng)業(yè)和修復(fù)污染方面的作用。

　　人們尤為關(guān)注的一點(diǎn)是生物碳怎樣影響了土壤中水分的運(yùn)動。對此，科羅拉多學(xué)院生物地化學(xué)家麗貝卡·巴尼斯和幾位同事進(jìn)行了測試，把生物碳加入到不同的土質(zhì)中。在沙地上，通常水流失的速度會非?？欤锾际顾诌\(yùn)動的速度平均減緩了92%。在富含黏土的土壤中，通常很容易積蓄水分，生物碳使水流速度增加了300%以上。

　　研究人員認(rèn)為，生物碳能改變水在土壤顆粒間隙流通的方式。“黏土通常是扁平顆粒，沙子通常是圓形顆粒，而生物碳是非常不定形的——所以不僅能在生物碳中造出路徑，還能在顆粒間隙造出神奇的路徑。”巴尼斯說。她和同事認(rèn)為，正是在這些路徑的幫助下，使得水在沙地中流動減慢而在黏土中流動加快。

　　這一發(fā)現(xiàn)的意義重大，巴尼斯說，因?yàn)榧词桂ね聊鼙Ａ舸罅康乃?，水分也很難通過黏土顆粒到達(dá)植物根部。一些研究表明，與平原土壤或那些只用堆肥處理的土壤相比，植物在添加了生物碳的土壤中生長得更好。

　　科學(xué)家還專門研究了生物碳對土壤中的微生物活性的影響。通常，微生物被作為一個(gè)群體來看待。比如，許多病原菌侵襲一種植物的根，只有當(dāng)它們達(dá)到足夠數(shù)量，摧垮了宿主的免疫反應(yīng)才算。德克薩斯州休斯敦市萊斯大學(xué)的生物地化學(xué)家卡羅琳·馬謝洛和同事發(fā)現(xiàn)，生物碳能“綁住”細(xì)菌細(xì)胞分泌的用于協(xié)調(diào)它們活動的信號分子，從而抑制這些微生物。

　　“細(xì)菌們會覺得自己是孤獨(dú)的，因?yàn)樗鼈冎g的‘電話線’已經(jīng)被切斷?！瘪R謝洛說，通過進(jìn)一步的研究，略微調(diào)整一下生物碳的這種功能，有可能用于減少植物感染。

　　還有其他研究人員在探索利用生物碳減少一氧化二氮（一種溫室氣體）排放。去年，中國南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的土壤科學(xué)家劉曉宇（音譯）和同事發(fā)表研究報(bào)告稱，在玉米和小麥田地施用一次生物碳后，一氧化二氮排放量在隨后三年的五個(gè)作物季節(jié)里下降。另一項(xiàng)研究也顯示了排放量減少，但研究人員尚不能確定排放減少的確切原因是什么。使用生物碳“還能改良某些土壤性質(zhì)，比如它能提高鉀的可利用性和土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。”劉曉宇說。

　　并非一切都好

　　但也并非所有研究都顯示生物碳是種“神奇”的材料。在某些案例中它減少了作物產(chǎn)量，還有一項(xiàng)研究顯示，它降低了一些植物基因的活性，而這些基因有助于抵御害蟲和病原菌侵襲。

　　萊曼說，這也可以歸因于對生物碳的使用不當(dāng)。在某些研究中出現(xiàn)的產(chǎn)量降低，其最初所用的土壤就是極好的。另一些研究中出現(xiàn)的情況，是用錯(cuò)了生物碳種類，也會對土壤微生物或其潛在的碳存儲量產(chǎn)生負(fù)面影響。比如，用稻桿制作的生物碳和用木頭或糞便制作的生物碳相比，它們在土壤中的功能是不同的。

　　但總體而言，生物碳的正面作用看起來超過了其負(fù)面作用。2011年的一份分析報(bào)告發(fā)現(xiàn)，使用生物碳使土壤整體上平均產(chǎn)量增加了10%，使酸性土壤增加了14%。生物碳最大的潛力可能是在那些土壤退化、肥料匱乏的地方，部分原因是它有助于土壤更好地保持所含養(yǎng)分。美國加州大學(xué)伯克利分校的安德魯·克雷恩-道斯奇一直在研究生物碳對肯尼亞西部退化土壤的影響。他的初步數(shù)據(jù)顯示，用了生物碳的農(nóng)場平均產(chǎn)量比對照組要高32%。

　　2014年6月，世界銀行一份報(bào)告稱，對于發(fā)展中國家的小農(nóng)戶來說，生物碳可能是最具潛力的，不只是由于他們和土地打交道而最可能從中獲益，還因?yàn)樯锾伎赡苁恰皻夂颉悄堋鞭r(nóng)業(yè)中的一種關(guān)鍵要素?！皻夂颉悄堋鞭r(nóng)業(yè)既有助于減輕氣候變化影響，又降低農(nóng)業(yè)對氣候變化脆弱性的各種實(shí)踐。

　　修復(fù)污染及其他用途

　　開始使用生物碳是在農(nóng)業(yè)中，但研究人員認(rèn)為其他領(lǐng)域也可以用。生物碳能與土壤中的重金屬結(jié)合，使其無法被植物吸收或進(jìn)入供水系統(tǒng)。這一點(diǎn)也吸引了美國環(huán)境保護(hù)協(xié)會及其他機(jī)構(gòu)的注意，還有一些公司希望能修復(fù)利用以前曾用于采礦的土地。2010年，研究人員在位于科羅拉多州阿斯彭市附近的希望礦地（Hope Mine）加入了生物碳，以幫助中和十年之久的礦渣的影響。據(jù)阿斯彭環(huán)境研究中心介紹，通過生物碳固定金屬，增加斜坡含水量，藉此減少已被污染的水流向他處的可能。這也能幫助刺激植物在原來貧瘠的山地生長。

　　在清潔水污染方面，生物碳也顯示出光明前景，或許能作為一種活性炭的廉價(jià)替代品，用在各種地方，從污水處理廠到那些被有毒化學(xué)品嚴(yán)重污染的地區(qū)。密西西比州立大學(xué)已退休化學(xué)家查爾斯·皮特曼說，生物碳的顆粒相對表面積更大，在水中還會進(jìn)一步膨脹，為吸附污染物提供了大量空間。這種污染修復(fù)對那些缺乏完善的水處理系統(tǒng)的國家來說，可能尤為有利；還有助于清除抗生素或化學(xué)廢品，這些是傳統(tǒng)水處理方法很難除去的。

　　此外，科學(xué)家還在研究把生物碳用在更多方面的可能性，如處理油氣鉆井中用的液體，用作打印色粉和顏料成分等。“還有許多以往尚未充分探索的其他領(lǐng)域。”美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究服務(wù)所的一位土壤科學(xué)家?guī)鞝柼亍に共┛ㄋ拐f。

　　經(jīng)濟(jì)適用與環(huán)境影響

　　人們希望生物碳能幫助農(nóng)民，尤其是非洲及其他發(fā)展中地區(qū)的農(nóng)民。雖然它有種種好處，但專家也指出，作為輔助措施或其他用途，生物碳什么時(shí)候或能否變得經(jīng)濟(jì)適用還不清楚，尤其是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。貧瘠的土壤常常和貧窮連在一起?？死锥鳌さ浪蛊孀C明了生物碳能在肯尼亞增加產(chǎn)量后，還研究了它在當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)可行性?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，在根據(jù)制造生物碳的成本提出一個(gè)大致的價(jià)格后，幾乎沒人愿意買它?！?/p>

　　生物碳的價(jià)格差異很大。在美國，一些產(chǎn)品的成本是每公斤3美元，相當(dāng)于某些肥料的價(jià)格，超過了許多堆肥。在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，生產(chǎn)生物碳或許才有經(jīng)濟(jì)意義，像生物燃料產(chǎn)品那樣，比如獲得一定補(bǔ)貼，或由于政策要求減少碳排放而使得化石燃料價(jià)格上升。

　　如果需求急劇增加，生產(chǎn)生物碳也會對環(huán)境造成影響。一個(gè)關(guān)鍵問題是原料的選擇。中國一直希望能利用農(nóng)業(yè)廢棄物，如稻麥秸稈，而美國一些研究人員甚至在推廣動物糞便，但這兩種都不是最有效的大規(guī)模生產(chǎn)途徑。使用木材會刺激砍伐森林或有害的土地利用方式。

　　“這里有一個(gè)非常重要的問題：什么是可持續(xù)的原料？”英國牛津大學(xué)印度可持續(xù)發(fā)展中心研究主管阿爾弗雷德·哈迪說，“我認(rèn)為在生物碳領(lǐng)域里，這種問題我們研究的還不夠?！?/p>

　　行業(yè)發(fā)展前景

　　隨著消費(fèi)者關(guān)注增加，這場辯論或許也會升溫——某些事情正在全世界范圍緩慢地發(fā)生。瑞典斯德哥爾摩負(fù)責(zé)樹木計(jì)劃與保護(hù)的比約恩·安布倫說，自從2009年以來，該城市已經(jīng)用生物碳來促進(jìn)當(dāng)?shù)刂脖簧L；他將這些樹稱為近幾年來該市最健康的樹。2014年9月，總部在紐約的布隆伯格慈善基金會獎勵斯德哥爾摩100萬歐元（120萬美元），以推出一項(xiàng)全市范圍的計(jì)劃，將民宅花園里的廢棄物、終端食品廢棄物，甚至下水道里的污物都變成生物碳。

　　在布魯克林農(nóng)場，弗蘭納穿著黃色雨衣在作物行間小心翼翼地走過，仍在繼續(xù)監(jiān)視他的作物，萵苣和胡蘿卜纓在雨中閃閃發(fā)亮。他認(rèn)為，從長期來看生物碳對他的土壤是很有好處的，因?yàn)樗兄谕寥辣３逐B(yǎng)分和水分?！斑@兩方面都非常重要，尤其是在屋頂上，土壤排水良好，水分和養(yǎng)分很快就會流失?！?/p>

　　但在把更多生物碳撒在田地的其他部分之前，他說會在今后幾年來看看這些作物的生長情況。就像科學(xué)家們研究生物碳那樣，他也想看看前景是光明還是暗淡。