炭基微生物肥料的制備及應用

呂秀娟 覃中鳳 黃立平 梁家亮

（貴港市農業科學研究院 廣西 貴港 537100）

我國是農業大國，農業經濟在我國整體經濟中占據重要位置，頻繁的農業活動不僅造成了土壤質量和生產力的下降，同時也產生了大量的農林廢棄秸稈，而秸稈的焚燒又進一步加劇溫室氣體的排放，破壞了人類生存的環境。生物炭概念的出現及其研究進展，讓低碳、環保、可持續發展成為社會發展主題。生物炭應用在農業上不僅可以實現土壤的改良、農作物的增收增效，還可以有效降低環境污染。

1 生物炭概念

生物炭，顧名思義就是生物質(秸稈、稻殼等)原料在無氧或限氧及低溫條件下經熱裂解后產生的一類難溶的、穩定性高的富碳固體物質，主要成分為碳分子。經過多年的研究，陳溫福院士團隊指出，生物炭施入土壤可降低土壤容重并提高其持水能力，且生物炭具有的多孔結構及較大的比表面積使其對土壤水分和營養元素吸持能力增強，有助于土壤肥力的提高[1]。除此外，研究表明，生物炭在吸附土壤有機污染物、降低土壤重金屬等方面有積極作用，在固碳及減少碳排放領域具有很大的潛力與空間，是實現農業經濟循環、可持續發展的重要保障[2]。

2 炭基微生物肥料的制備

2.1 生物質炭化技術概述。生物質炭化的主要產物是生物炭，副產物有木醋液、混合氣體等。將生物質如秸稈、稻殼、果殼等廢棄物裝入炭化爐內，并開啟煙氣凈化設備及循環水設備，在炭化爐的頂部開始點火，點火后再使用含水量約35%的生物質覆蓋火源，保持一定的炭化溫度，一定時間后炭化完成即可得到生物炭。

2.2 炭基微生物肥料的制備。炭基微生物肥料結合了生物炭基肥料與微生物肥料兩者優勢，具有高效環保功能。將原料如家禽糞便水分調解至55% ～60%，再加入發酵菌種并進行攪拌，攪拌均勻后堆成下寬3 m、上寬1 m、高度1.2 m、間距0.5 m 的條垛進行發酵。當發酵溫度升至65 ℃～70 ℃時開始翻拋，在發酵料水分達到25% ～30%時將發酵料轉至陳化區，陳化5 ～7 d 的物料經過粉碎、粉篩后進入生產車間。在炭基微生物肥料生產車間將發酵熟料、養分氮磷鉀、炭化車間的生物質炭裝入組合配料系統，按比例配料，在配料的同時開啟攪拌裝置并噴入微生物菌種攪拌均勻，裝包即可得到炭基微生物肥料。

3 炭基微生物肥料在農業上的應用

生物質是地球上存在最廣泛的物質，據國家能源局數據顯示，我國每年產生的農林廢棄殘余物12億t 左右，但目前國內生物質資源利用情況不容樂觀。2017 年，國家能源局、環保部聯合下發《關于開展燃煤耦合生物質發電技改試點工作的通知》，《通知》 強調：“地方能源、環境保護主管部門協調相關部門加強農林廢棄殘余物田間地頭管理，禁止露天焚燒”。2005 年，中國工程院院士陳溫福提出“秸稈炭化還田”理念與技術體系，經過十幾年的發展，生物炭基肥料已成為生物炭研究領域的一大重點，大量研究與試驗數據表明，炭基肥料在玉米、高粱、花生、水稻等作物上使用可取得較好效果。

3.1 對土壤的影響。生物炭豐富的多孔結構以及巨大的比表面積為土壤微生物的生存和生長提供了良好的環境，有助于其繁殖，可提高土壤微生物結構多樣性[3]。康日峰等[4]在研究生物炭基肥料對小麥生長、養分吸收及土壤肥力的影響時發現，生物炭基肥料能顯著提高土壤中有機質的含量，提升土壤肥力，同時還增加了土壤中堿解氮和有效磷養分的含量。羅惠莉[5]等用木屑和市政污泥混合物經600 ℃高溫處理，制成含碳量60%以上，pH 值8.72 的生物炭，然后與石灰石、沸石混配成土壤調節劑施用在鎘污染稻田中，結果表明，施用該生物炭使土壤中生物有效性鎘降低，表明生物炭與石灰石、沸石混配能進一步降低土壤中有效態鎘含量。

3.2 對作物生長及產量的影響。生物炭除了含有豐富的碳元素外，還含有大量的氮、鉀、鈣、鎂等無機組分，能為植物的生長提供養分。萬紀紅[6]將40%的生物質炭基肥料應用在玉米種植試驗上，結果發現施用了炭基肥料的玉米比常規施肥的玉米加快生育進程1 ～2 d，同時增加了玉米株高、穗位、莖粗、穗粗和穗長，且當施用炭基肥料達到60 kg/667 m2和50 kg/667 m2時，玉米產量分別提高了12%和4%。于立宏等[7]將生物質炭基肥料應用在沙性土壤生產花生，結果表明，施用生物炭基肥料的處理組花生葉片功能期最長，葉片持綠性好，根系著生根瘤數量最多，增產顯著，比施用花生專用肥料和傳統肥料分別增產5.2%和9.0%。

4 展望

生物炭技術以農業和環境為核心，在促進農業可持續發展、環境保護、食品安全等方面具有重要作用。以生物炭作為載體發展而來的炭基微生物肥料及其應用的相關研究取得了一定成效，但是受不同來源、材質、炭化工藝、設備的影響，當前生物炭及炭基微生物肥料研究領域仍然存在許多不足，今后需要進一步加深研究。同時需要開展不同地區、不同作物的大規模炭基微生物肥料田間試驗，為炭基微生物肥料的推廣應用提供科學的理論依據。