回转窑热解木薯残渣生物炭对砂壤土持水性及玉米生长的改良机制

《Biomass and Bioenergy》：Cassava's harvest residue biochar from rotary kiln pyrolysis: Effects on sandy loam soil properties and maize growth

本研究创新性采用连续式回转窑热解工艺，系统评估木薯茎叶系统(CSS)生物炭在不同热解温度(400-600°C)下对砂壤土理化特性的改良效应，揭示其通过提升土壤持水能力(最高增加20%)、调节pH值(从5.0升至6.0)及促进碳封存等机制，为农业废弃物资源化利用提供重要技术路径。

　　

Biochar preparation and chemical characterization

生物炭制备与化学表征

通过半 pilot 规模回转窑反应器(FRO-1100 型)制备生物炭，该设备配备直径75 mm、长度500 mm的不锈钢圆柱形炉体，具有倾角和转速控制功能。木薯茎叶系统(CSS)生物质经连续热解工艺处理，详细制备流程参见我们先前的工作[19]。

Immediate and elemental analysis

工业分析与元素分析

如表1所示，随着热解温度升高，生物炭的水分和挥发分含量降低，而固定碳和灰分含量增加。该现象与Zhai等(2024)对热带作物残渣生物炭的研究结果一致。生物炭元素组成随热解温度呈现规律性变化：O/C比从0.21降至0.03，H/C比从0.96降至0.46，表明高温制备的生物炭具有更高芳香性和更低官能团密度。

Conclusions

结论

本研究通过连续式回转窑热解工艺制备CSS生物炭，发现热解温度显著影响生物炭化学特性。高温热解导致原料更深度降解，产生芳香化程度更高、氧含量更低的稳定碳结构。生物炭的pH值与灰分含量呈正相关，其中BC500C和BC600C在50吨/公顷施用量下使土壤pH从5.0升至6.0。在相同施用量下，BC400C和BC600C分别使土壤持水能力提升13%和20%。基质势分析表明仅600°C制备的生物炭表现出优于对照的持水性能。盆栽试验中所有生物炭均未对玉米萌发产生显著影响。