本報記者 常麗君 綜合外電

　　■新視野

　　近幾年來，科學家一直在試驗一種叫做生物碳（Biochar）的富碳産品，希望它有助於提高農業産量，控制污染。

　　生物碳通過在低氧艙里加熱生物材料，如稻殼及其他農業廢棄物等製成，可以作為生物燃料的副産品來生成，所以一些公司希望利用這種産品來滿足人們對更環保能源的需求。在整個美國，這種長效土壤添加劑在近幾年銷售量急劇飆升，根據相關估計，自2008年以來每年增加兩倍。

　　布魯克林屋頂農場

　　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易，鋪設了第一條海底電纜並結束了第二次世界大戰。如今，在這個位於紐約城的龐大工業設施裏，擠滿了藝術家、建築師、手工釀酒生産者等人。在一個秋雨濛濛的日子裏，種植有機蔬菜的本·弗蘭納在照料著一大片紅紅綠綠的萵苣——這是一個6000平方米的屋頂農場。

　　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查看。棕色團塊的泥土中間有一些的小黑顆粒——這是兩年前混入土壤中的碳碎屑殘余。弗蘭納認為，這種叫做“生物碳”的富碳物質，能幫助農作物茁壯成長，甚至可能增加産量，他希望在今後幾年看到更可觀的成果。

　　向弗蘭納在布魯克林的農場供應生物碳的公司位於賓夕法尼亞州伯溫市，他們既大量批發，也向消費者直接零售，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，客戶在農場和城市草坪中使用生物碳。

　　擁護者認為生物碳在改良土壤方面有著巨大潛力。科學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民，尤其是非洲及其他發展中國家地區的農民，這些地方的土壤很多非常貧瘠。

　　約翰內斯·萊曼是美國康奈爾大學的一位作物和土壤科學家。他説：“不同類型的生物碳有著獨特的潛力，能減輕某些最大的土壤問題，比如高度風化和沙化的土壤，從而提高作物産量。”

　　雖然如此，生物碳也存在一些問題，尤其是要確保農民既能負擔得起，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以不同的溫度和速度生産出來，這就導致了不同物質、不同結果之間存在巨大差異。“我總是説，我們甚至不該用奇異的東西來生産生物碳。” 萊曼説，“只是生物碳而已。”

　　多方面改良土壤

　　雖然使用生物碳現在剛開始流行，但其根源卻很古老。數百至數千年前，亞馬遜河流域的居民就會通過加熱有機質來生産一種叫做Terra Preta的肥沃土壤。但大約在歐洲入侵南美洲時期，這種方法被遺失了，其他地方很少有農民使用生物碳的習慣。大約在10年前，人們對全球變暖的關注也日益升溫，有人提出可以用生物碳來把大量的碳封存在地下，科學家開始對這種物質産生極大興趣。雖然這種用途的希望不大，但目前土壤科學家開始探索它在農業和修復污染方面的作用。

　　人們尤為關注的一點是生物碳怎樣影響了土壤中水分的運動。對此，科羅拉多學院生物地化學家麗貝卡·巴尼斯和幾位同事進行了測試，把生物碳加入到不同的土質中。在沙地上，通常水流失的速度會非常快，而生物碳使水分運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。”巴尼斯説。她和同事認為，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。

　　這一發現的意義重大，巴尼斯説，因為即使黏土能保留大量的水，水分也很難通過黏土顆粒到達植物根部。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，微生物被作為一個群體來看待。比如，許多病原菌侵襲一種植物的根，只有當它們達到足夠數量，摧垮了宿主的免疫反應才算。德克薩斯州休斯敦市萊斯大學的生物地化學家卡羅琳·馬謝洛和同事發現，生物碳能“綁住”細菌細胞分泌的用於協調它們活動的信號分子，從而抑制這些微生物。

　　“細菌們會覺得自己是孤獨的，因為它們之間的‘電話線’已經被切斷。”馬謝洛説，通過進一步的研究，略微調整一下生物碳的這種功能，有可能用於減少植物感染。

　　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，中國南京農業大學的土壤科學家劉曉宇（音譯）和同事發表研究報告稱，在玉米和小麥田地施用一次生物碳後，一氧化二氮排放量在隨後三年的五個作物季節裏下降。另一項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麼。使用生物碳“還能改良某些土壤性質，比如它能提高鉀的可利用性和土壤中的有機質含量。”劉曉宇説。

　　並非一切都好

　　但也並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産量，還有一項研究顯示，它降低了一些植物基因的活性，而這些基因有助於抵禦害蟲和病原菌侵襲。

　　萊曼説，這也可以歸因于對生物碳的使用不當。在某些研究中出現的産量降低，其最初所用的土壤就是極好的。另一些研究中出現的情況，是用錯了生物碳種類，也會對土壤微生物或其潛在的碳存儲量産生負面影響。比如，用稻桿製作的生物碳和用木頭或糞便製作的生物碳相比，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面作用。2011年的一份分析報告發現，使用生物碳使土壤整體上平均産量增加了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，部分原因是它有助於土壤更好地保持所含養分。美國加州大學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亞西部退化土壤的影響。他的初步數據顯示，用了生物碳的農場平均産量比對照組要高32%。

　　2014年6月，世界銀行一份報告稱，對於發展中國家的小農戶來説，生物碳可能是最具潛力的，不只是由於他們和土地打交道而最可能從中獲益，還因為生物碳可能是“氣候—智慧”農業中的一種關鍵要素。“氣候—智慧”農業既有助於減輕氣候變化影響，又降低農業對氣候變化脆弱性的各種實踐。

　　修復污染及其他用途

　　開始使用生物碳是在農業中，但研究人員認為其他領域也可以用。生物碳能與土壤中的重金屬結合，使其無法被植物吸收或進入供水系統。這一點也吸引了美國環境保護協會及其他機構的注意，還有一些公司希望能修複利用以前曾用於採礦的土地。2010年，研究人員在位於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。據阿斯彭環境研究中心介紹，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替代品，用在各種地方，從污水處理廠到那些被有毒化學品嚴重污染的地區。密西西比州立大學已退休化學家查爾斯·皮特曼説，生物碳的顆粒相對表面積更大，在水中還會進一步膨脹，為吸附污染物提供了大量空間。這種污染修復對那些缺乏完善的水處理系統的國家來説，可能尤為有利；還有助於清除抗生素或化學廢品，這些是傳統水處理方法很難除去的。

　　此外，科學家還在研究把生物碳用在更多方面的可能性，如處理油氣鑽井中用的液體，用作列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域。”美國農業部農業研究服務所的一位土壤科學家庫爾特·斯博卡斯説。

　　經濟適用與環境影響

　　人們希望生物碳能幫助農民，尤其是非洲及其他發展中地區的農民。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，生物碳什麼時候或能否變得經濟適用還不清楚，尤其是在農業領域。貧瘠的土壤常常和貧窮連在一起。克雷恩·道斯奇證明了生物碳能在肯亞增加産量後，還研究了它在當地的經濟可行性。“我們發現，在根據製造生物碳的成本提出一個大致的價格後，幾乎沒人願意買它。”

　　生物碳的價格差異很大。在美國，一些産品的成本是每公斤3美元，相當於某些肥料的價格，超過了許多堆肥。在大規模生産的情況下，生産生物碳或許才有經濟意義，像生物燃料産品那樣，比如獲得一定補貼，或由於政策要求減少碳排放而使得化石燃料價格上升。

　　如果需求急劇增加，生産生物碳也會對環境造成影響。一個關鍵問題是原料的選擇。中國一直希望能利用農業廢棄物，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模生産途徑。使用木材會刺激砍伐森林或有害的土地利用方式。

　　“這裡有一個非常重要的問題：什麼是可持續的原料？”英國牛津大學印度可持續發展中心研究主管阿爾弗雷德·哈迪説，“我認為在生物碳領域裏，這種問題我們研究的還不夠。”

　　行業發展前景

　　隨著消費者關注增加，這場辯論或許也會升溫——某些事情正在全世界範圍緩慢地發生。瑞典斯德哥爾摩負責樹木計劃與保護的比約恩·安布倫説，自從2009年以來，該城市已經用生物碳來促進當地植被生長；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），以推出一項全市範圍的計劃，將民宅花園裏的廢棄物、終端食品廢棄物，甚至下水道裏的污物都變成生物碳。

　　在布魯克林農場，弗蘭納穿著黃色雨衣在作物行間小心翼翼地走過，仍在繼續監視他的作物，萵苣和胡蘿蔔纓在雨中閃閃發亮。他認為，從長期來看生物碳對他的土壤是很有好處的，因為它有助於土壤保持養分和水分。“這兩方面都非常重要，尤其是在屋頂上，土壤排水良好，水分和養分很快就會流失。”

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