淺談新疆生物炭利用與前景

葉菲（陜西榆林市農機化學校，陜西　榆林　719000）

淺談新疆生物炭利用與前景

葉菲
（陜西榆林市農機化學校，陜西榆林719000）

農業廢棄物秸桿轉化為綠色能源—生物炭，不僅能變廢為寶，還能減少對環境的污染。本文介紹生物炭的特點，分析了新疆的秸稈資源的情況，提出了在新疆發展秸稈生物炭迫切需要解決的問題，為在新疆發展秸稈生物炭產業提供了依據。

秸稈；生物炭；發展前景

目前在秸稈的綜合利用中，秸稈生物炭加工利用發展較為迅速，生物炭概念源于對亞馬遜盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）的認識，在哥倫布進入南美大陸之前，南美洲土著人就用木炭作為改良當地高風化淋溶土壤的主要材料，這種黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。它一經出現，便引起全世界的廣泛關注，生物炭的改土增產作用已被國內外大量研究所證實。以秸稈炭化還田為核心的生物炭技術，在土壤改良、污染治理、固碳減排、環境治理等方面具有廣闊的應用前景，在新疆的戈壁土壤改良及新疆設施農業中的土壤基質上有很好的應用效果［1］。

1　生物炭的特點

生物炭是農林廢棄物等生物質在缺氧條件下熱裂解形成的穩定的富碳產物。生物炭源于植物，主要是由C、H、0、N、S等組成，是植物光合作用的產物，通過低溫裂解可以制成生物炭，目前國內大多采用下吸式炭化爐生產加工，其特點是方便進料，另外對炭化爐的密封要求不是很高。生物質炭是一種多孔質材料，外觀黑色，形狀有粉狀和顆粒狀。具有發達的孔隙結構，較大的比表面積，特異的表面官能團，穩定的物理和化學性質，能耐酸堿，能經受水濕、高溫及高壓，不溶于水和有機溶劑，使用后易再生，特別是制成活性炭后是優良的吸附、凈化材料、也可以作為催化劑或催化劑載體，是工業、農業、國防、交通、醫藥衛生、環保事業和尖端科學不可或缺的重要材料。農業上的應用具體表現在以下幾個方面：

（1）可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重、改善土壤通氣、透水狀況，提高土壤最大持水量，可以緩解土壤板結的難題。土壤中增加4%的秸稈炭，土壤的容重（g/cm3）從1.39減少至1.20；土壤最大持水量從37.71%增加至41.17%。

（2）將土壤中緊缺的氮、磷、鉀、鎂等元素返回到土壤中，而且還可以補充植物所必須的銅、鐵、鋅等微量元素，有利于提高農作物的產量和品質。

（3）抑制土壤對磷的吸附，有利于磷的解吸，從而改善植物對磷的吸收利用。當土壤加磷量為100 mg/kg時，土壤中增加4%的秸稈炭以后，磷的吸附率為22.37%，而未加秸稈炭的土壤則高達52.43%；而相應土壤磷的解吸率由0.85%提高到22.81%。

（4）具有修復土壤重金屬污染的作用，對污染土壤中的鎘（Cd）具有顯著的吸附作用。

（5）提高土壤的地溫（1～3℃），有利于作物的生長，從而使作物的生長及成熟期提早（5天左右）。

（6）生物質炭pH值7以上，為酸性土壤良好的改良劑。炭吸附力大，有吸收毒素的作用，減少連作障害。

（7）對肥料和農藥有緩釋作用［2］。

（8）對土壤有保水作用，有改善土壤的微生物環境的作用［3］。

2　農作物秸稈資源情況

我國是一個農業大國，年產作物秸稈8×108t以上，全國范圍上有大量的做生物炭的農作物秸稈，新疆農作物秸稈資源分布與農作物種植分布情況基本一致。據2014年《新疆統計年鑒》資料［4］，2013年農作物播種面積521萬hm2，各種農作物秸稈產量達到了3 988.9萬t（如表1）。其中小麥秸稈706萬t，占秸稈總量18%；玉米秸稈1 282萬t，占秸稈總量32%；棉花秸稈1 353萬t，占秸稈總量34%。這34%的農作物秸稈也是制作生物炭的主要原料，1 t的秸稈，可產生350 kg生物炭，這樣如果全疆秸稈均加工為生物炭則每年可以產出997萬t，每667m2施用1t計算則可以滿足將近66.67萬hm2農田，同時1t可產生：350 kg生物炭外海可以產出：250 kg左右的木醋液；850 m3可燃氣；40 kg左右的生物焦油，如果能充分利用則經濟效益可觀。

3　發展新疆秸稈生物炭產業需要完善的方面

我國生物炭產業是建立在以廢棄資源循環利用的基礎之上的，以避免環境污染為基礎，保障糧食安全為前提，從根本上解決資源的浪費問題，利用生物炭還田技術實現碳匯減排。沈陽農業大學陳溫福院士為代表的生物炭研究團隊，在生物炭的加工、應用及推廣方面做了大量的工作，對國內生物炭產業的發展上起到先鋒模范的作用。而新疆在生物炭的加工利用方面上距離國內還有不小的差距，如何盡快發展新疆生物炭產業，推進農作物秸稈在生物炭方面的利用，個人認為需要做以下工作：

（1）需要當地政府制定鼓勵措施，提供政策支持。新疆的農作秸稈大部分均粉碎還田，這樣對來年的播種鋪膜有一定的影響，容易扎爛地膜，同時如棉花稈等作物直接容易帶來土傳病害，造成來年的作物病害傳播，造成作物減產，這就需要制定相關優惠鼓勵政策，鼓勵引導農民將農作物秸稈轉化為高效的生物炭肥進行還田，提高農田土壤肥力，進一步提高農作物產量。

（2）加快各項秸稈生物炭利用技術的秸稈收儲運科學研究，應加強秸稈收獲儲運及預處理等關鍵技術的研發力度，爭取在秸稈機械化收割、打捆、粉碎、打包等方面取得突破，研制開發適應新疆耕種特點的秸稈收獲機具、預處理設備、運輸工具及其配套設備，使其具備高效節能、打包適應性強的特點，有效解決打包難、儲存難、運輸難、散包難、破料難的問題，研制新的裝備，開發出適合本地利用的技術方法，為秸稈的生物炭利用提供科技支持。

（3）加快秸稈生物炭加工裝備的研究。國內現階段對生物質炭化技術的研究還相對較少，并且起步較晚，生物炭化設備多為實驗室設備或者是大型設備，沒有實現根據不同用戶需要生產系列化產品，無法滿足大規模與用戶生產相結合的生產需要，從而無法實現大面積的推廣，這也大大限制生物炭產業的發展。

（4）形成規模產業化經營的格局。把利用秸稈資源產出各種副產品的單獨過程加“環”組“鏈”，逐步實現貯、養、加、銷各環節的有機銜接，走產業化經營的道路，把資源優勢轉化為市場優勢。

4　結論

隨著氣候條件的日益惡化，農田土壤的日益貧瘠，將農作物秸稈加工生產生物炭，形成“取之于田，用之于田”的良性循環模式，在消化利用農業廢棄物的同時，將生物炭再次返還給土壤，有效地解決農林廢棄物資源化利用、物質循環和耕地可持續發展等一系列問題，減輕溫室氣體效應和農業生產對農藥、化肥以及化石能源或原料的依賴。

［1］陳溫福，張偉明，孟軍，等.農用生物炭研究進展與前景［J］.中國農業科學，2013（08）：3324～3333.

［2］張偉明，孟軍，王嘉宇，等.生物炭對水稻根系形態與生理特性及產量的影響［J］.作物學報，2013（01）：1445～1451.

［3］何緒生，耿增超，佘雕，等.生物炭生產與農用的意義及國內外動態［J］.農業工程學報，2011（02）：1～7.

［4］中國農業機械化年鑒 ［M］.北京：中國農業科學技術出版社，2014，12.

Discussion on the Utilization and Prospect of Biochar In Xinjiang

YE Fei
（ShanXi Yulin Agricultural Mechanization School，YuLin 719000，ShanXi China）

Converting waste stalk into biochar can not only turn waste into treasure，but also reduce enviroment pollotion.In order to provide suggestion for development of biochar industry in Xinjiang，this paper introduces the charactoristics of biochar，analyzesthe present situation of stalk resourcesin Xinjiang and points out the problems that need to be solved in development of biochar industry in Xinjiang.

Stalk；Biochar；Development prospect

1007-7782（2016）03-0034-02

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.03.012

S223.5

A

2016-05-25

自治區科技攻關項目（201431107）