淺談農(nóng)田秸稈炭化的利用

濮陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 白懷瑾

生物質(zhì)炭是秸稈在采用限氧裂解新技術(shù)處理中的主要產(chǎn)品。通過(guò)秸稈熱裂解，既能處理秸稈廢棄物，又可促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。選擇優(yōu)質(zhì)安全的新技術(shù)，利于形成以生物質(zhì)炭土壤施用和生物質(zhì)炭基肥料生產(chǎn)應(yīng)用為中心的綠色農(nóng)業(yè)。

一、秸稈炭化的必要性

秸稈還田雖已進(jìn)行30 年，但未對(duì)土壤改良產(chǎn)生影響，并存在以下弊病：秸稈直接還田造成孔隙度大，跑水跑墑；不利于種子根系下扎；秸稈在分解過(guò)程中產(chǎn)生有害氣體，抑制根系生長(zhǎng)，消耗土壤中的氮元素，影響農(nóng)事操作；病原菌、蟲(chóng)源基數(shù)加大。

二、秸稈炭化前景

2020 年，秸稈炭化技術(shù)被列為農(nóng)業(yè)十大應(yīng)用技術(shù)之一。秸稈炭化的利用，延長(zhǎng)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條，為農(nóng)民增加就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。秸稈炭化還田使產(chǎn)地環(huán)境更加清潔，主要農(nóng)作物化肥、農(nóng)藥使用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)，化肥、農(nóng)藥利用率達(dá)到40%，秸稈綜合利用率達(dá)到85%，養(yǎng)殖廢棄物綜合利用率達(dá)到75%。中國(guó)工程院院士、遼寧省生物炭工程技術(shù)研究中心主任陳溫福說(shuō)：“生物炭技術(shù)是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，為我國(guó)中低產(chǎn)田改造帶來(lái)了福音。因?yàn)樗粌H關(guān)系到青山綠水，還關(guān)系到子孫后代的飯碗！”

三、碳在土壤中的意義

現(xiàn)代社會(huì)，農(nóng)作物的生長(zhǎng)已離不開(kāi)化肥，然而，土壤中大量的氮元素、磷元素、鉀元素等能剝奪微生物生存的權(quán)利，破壞土壤生態(tài)平衡，造成土壤板結(jié)。從單一的氮肥、磷肥、鉀肥到復(fù)合肥、有機(jī)肥、生物肥等，體現(xiàn)了我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重視。此外，碳元素也是農(nóng)作物生長(zhǎng)所需元素中排名最為靠前的。碳含量的高低直接決定著農(nóng)作物生長(zhǎng)的優(yōu)劣，由于農(nóng)作物可以通過(guò)光合作用進(jìn)行碳元素的積累，故碳元素的補(bǔ)充往往被人們所忽視。但實(shí)際上，碳元素的積累只依靠空氣中的CO2是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，植物利用CO2的最佳濃度是0.1%，而空氣中的CO2平均濃度只有0.03%，植物光合作用所能吸收的碳元素更是不足。在這種情況下，農(nóng)作物就要從土壤中吸取水溶的小分子碳物質(zhì)來(lái)補(bǔ)充不足，長(zhǎng)此以往，會(huì)造成土壤中碳元素的匱乏，因此，需要及時(shí)補(bǔ)充土壤中的碳元素。

一般有機(jī)肥雖然也能起到補(bǔ)充碳元素的作用，但效果微乎其微，有機(jī)肥是緩釋肥料，其有機(jī)質(zhì)含量雖高，但大部分有機(jī)質(zhì)短期內(nèi)不能溶于水，且以腐殖質(zhì)形式存在，需要經(jīng)土壤中的微生物長(zhǎng)時(shí)間分解才能逐漸釋放出水溶性的碳元素。因此，給土壤施入生物質(zhì)炭可有效解決土壤中缺乏碳元素的問(wèn)題。炭基營(yíng)養(yǎng)肥料是模擬天然過(guò)程、運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)、將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源化，可將碳元素直接施入土壤，代替部分膨潤(rùn)土生產(chǎn)復(fù)合肥料。該肥料不僅具備有機(jī)肥料和無(wú)機(jī)肥料的優(yōu)點(diǎn)，而且具有緩釋性。既能提高肥料的利用率，保障農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，又能減少化肥施用量，同時(shí)對(duì)培育健康土壤和生態(tài)環(huán)境的平衡具有促進(jìn)作用。這在肥料發(fā)展史上具有“里程碑”的意義。

四、生物質(zhì)炭的功效

生物質(zhì)炭本身具有土壤改良和土壤固碳的作用，是良好的土壤改良劑和肥料緩釋材料。生物質(zhì)炭在提高土壤肥力、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)固碳減排等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

生物質(zhì)炭可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加礦物質(zhì)養(yǎng)分含量，疏松土壤，改善耕性。

生物質(zhì)炭可針對(duì)鹽堿化土壤進(jìn)行修復(fù)，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)鹽基離子的吸附，降低土壤溶液中鹽基離子濃度，降低土壤導(dǎo)電性，有效改善農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。

生物質(zhì)炭可針對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，由于其具有較大的表面積和較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力，對(duì)受污染土壤中的重金屬和有機(jī)物都具有很強(qiáng)的吸附能力，可有效降低污染物的生物有效性和在環(huán)境中的遷移性。

生物質(zhì)炭富含植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，營(yíng)養(yǎng)均衡，施入土壤后可顯著提升土壤中碳元素及養(yǎng)分含量，提高農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，提升農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，增加粗蛋白含量和果蔬的適口性。

生物質(zhì)炭因其含碳量高且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故存在于土壤中。與秸稈燃燒相比，秸稈炭化可大幅降低CO2、氮氧化物、硫氧化物的排放量。生物質(zhì)炭具有的疏松多孔結(jié)構(gòu)，可有效提高農(nóng)作物氮素利用率，減少溫室氣體的排放；可減少肥料的使用量，降低對(duì)土壤、地下水源的污染；可避免秸稈直接燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染，減少PM2.5 排放。