秸稈炭化還田技術在內蒙古地區的應用

劉 慧

（內蒙古自治區農業技術推廣站，內蒙古呼和浩特 010011）

1 概述

我國每年總有大量的玉米、小麥等的秸稈在夏收和秋冬之際被焚燒。農作物秸稈露天焚燒不僅會產生大量濃重的煙霧，而且會影響大氣環境，造成城市PM10、PM2.5升高。秸稈焚燒成為農村環境保護的瓶頸問題，也成為農村面源污染的新源頭。據有關統計，我國作為農業大國，每年產生大約有7億多t秸稈，這些秸稈“用處不大”，因而屬于必須處理掉的“廢棄物”。農民在此情況下一般通過焚燒來解決這些“廢棄物”。

內蒙古地區是農牧業大區，是全國最佳的玉米、雜糧雜豆、馬鈴薯種植帶。農村牧區各類能利用的能源和多樣化的替代原料的出現，使秸稈成為地區性、結構性的過剩物。我區富集農作物秸稈資源，農作物秸稈利用問題逐漸突出。大量過剩的秸稈堆砌在田間地頭或者直接露天焚燒，不僅造成嚴重的環境污染，還對社會環境和居民的生活造成了嚴重的危害。為了使農作物秸稈良性循環，必須綜合利用秸稈資源，才能符合我國建設節約型社會和發展循環經濟的要求，對徹底解決秸稈露天焚燒、污染環境的問題，對促進生態文明的建設和國家經濟發展具有重要的現實意義。

秸稈炭化還田技術是一項培肥地力的增產措施，因此受到普遍重視。一方面可以杜絕秸稈焚燒所造成的大氣污染；另一方面還有增肥增產作用。秸稈還田不僅能改良土壤結構，使土壤孔隙度增加，容量減輕，還可以使土壤有機質提高，改善微生物活力和作物根系發育。

2 生物炭的起源及其作用

2.1 生物炭的起源

早期歐洲殖民者將巴西亞馬遜河流域存在一種黑色、肥沃的土壤，稱為“印第安黑土”。這種黑土在一百多年前就有西方學者在書中記載過。20世紀60年代，荷蘭科學家宋布魯克（sombroek）發現，在巴西亞馬遜河域，有一片區域內的植物生長茂盛健壯，而且發現種植植物的土壤是黑色土地，研究發現，這種土壤是一個巨大而穩定的有機物質庫，而其中的生物質“黑碳”的有機碳含量高達35%。

2.2 生物炭的作用

生物炭可以間接地減少化肥、農藥等化學品的施用量，不僅僅在貧瘠的土壤上培育出肥沃的高碳庫土壤，而且可以大幅提高土壤肥力，最明顯直接的效應就是可以提高農作物的品質和產量。目前已知1t生物質可以固定0.726t二氧化碳，最關鍵的是可以把碳有效地吸附固化在生物炭中間，不僅能減少對石油制品的依賴，而且可以減少溫室氣體的排放。

我國在2009年，由中國工程院院士、沈陽農業大學陳溫福教授帶領的團隊率先開展了生物炭研究。研究表明，把生物質在缺氧條件下進行熱裂解干餾，加上一定的溫度條件所形成的富碳產物即為生物炭。生物炭孔隙度和表面積較大，其吸附力、抗氧化性和抗生物分解能力較強，可以改善土壤，成為肥料釋放劑，可以減少碳排放等。由于生物炭具有良好的吸附作用可吸附多種農藥及重金屬，并且可用于改良土壤，可被廣泛應用于農業面源污染阻控、修復污染土壤、減排溫室氣體和調控生物有效性等方面[1-3]，還對土壤肥力增強、氮磷轉化率和農作物產量提高有一定的影響[4-5]。植物秸稈不僅可以用于生物炭的制備，而且還可以利用生活垃圾中的有機垃圾進行制備，因而引起國內外學者對生物炭的廣泛關注。生物炭的制備成本低廉、來源廣泛，但是目前我國在治理農業面源污染方面關于生物炭的研究相對比較少，同時在內蒙古自治區有著非常豐富的秸稈資源，大多數都被以焚燒的方式進行處理，它不僅使得大量的碳素，氮素直接流失，更加重了空氣污染的日益嚴重的問題[6]。

3 秸稈生物炭的來源及其還田技術

3.1 秸稈生物炭的作用

植物秸稈、動物糞便、樹木枝干[7]以及部分堅果殼等在較高溫度和較少氧氣的條件下經高溫熱解過程形成生物炭，其表面含有豐富的-COOH、-COH和-OH 等含氧官能團[8]，這些含氧官能團決定了其在土壤中的功能。生物炭的特殊結構和性質在土壤恢復和土壤酸化方面具有很大的潛力。作為農業廢棄物轉化利用的重要方式，生物炭既能夠直接吸附土壤中的重金屬，又能影響土壤 pH 等理化性質改變重金屬在土壤中的形態。已有研究表明pH是生物炭的重要化學屬性之一，對土壤重金屬的遷移有重要作用[9]。張千豐等研究表明生物炭對不同土壤、不同重金屬離子的遷移性規律存在著差異性[10]，熱解溫度及熱解條件的不同，生物炭pH也存在差異，其含氧官能團也有不同。

3.2 對秸稈碳化技術的簡要介紹

簡單的還田方法是用秸稈、玉米秸稈、稻稈等直接或堆積成腐熟之后施入到土壤中，再進行還田。在秸稈中儲存著大量的新鮮有機物質，經過一段時間的分解后，可以直接轉化為有機質養分。而土壤的物理化學性質也因一定量的氮磷鉀養分供應得到提高。秸稈還田雖然可以促進農業節水、節約成本、提高產量、提高農業效率，但在實施過程中，還應注重環境保護和農業可持續發展。

4 秸稈炭化還田效益

4.1 秸稈炭化還田的經濟效益

秸稈還田可以充分解決廣大農村有機肥肥源不足的問題，改良土壤結構，提高土壤肥力，并且大約能減少氮肥的投入20%，糧食增產幅度平均為10%，產量以500kg/667m2計，可增產糧食50kg/667m2，增收75元/667m2。

4.2 秸稈炭化還田的社會效益

秸稈良好的原料來源使得秸稈炭化開發應用在我國有光明的前景：一方面可以有效解決目前存在的秸稈能源化利用的瓶頸問題；另一方面也可以解決工廠化運作存在的秸稈運輸和貯藏問題。在內蒙古地區發展秸稈炭化產業能夠推動秸稈經濟的發展，可以使農民收入增加，也是治理秸稈焚燒造成污染的有效措施，使秸稈不再是負擔，還可以轉化農村剩余勞動力，改變秸稈的價值，改善農民的生活收入。

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