呂秀娟 覃中鳳 黃立平 梁家亮

（貴港市農(nóng)業(yè)科學研究院 廣西 貴港 537100）

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟在我國整體經(jīng)濟中占據(jù)重要位置，頻繁的農(nóng)業(yè)活動不僅造成了土壤質量和生產(chǎn)力的下降，同時也產(chǎn)生了大量的農(nóng)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(huán)境。生物炭概念的出現(xiàn)及其研究進展，讓低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展成為社會發(fā)展主題。生物炭應用在農(nóng)業(yè)上不僅可以實現(xiàn)土壤的改良、農(nóng)作物的增收增效，還可以有效降低環(huán)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(jīng)熱裂解后產(chǎn)生的一類難溶的、穩(wěn)定性高的富碳固體物質，主要成分為碳分子。經(jīng)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(yǎng)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(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟循環(huán)、可持續(xù)發(fā)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(chǎn)物是生物炭，副產(chǎn)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(nèi)，并開啟煙氣凈化設備及循環(huán)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(yōu)勢，具有高效環(huán)保功能。將原料如家禽糞便水分調解至55% ～60%，再加入發(fā)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(fā)酵。當發(fā)酵溫度升至65 ℃～70 ℃時開始翻拋，在發(fā)酵料水分達到25% ～30%時將發(fā)酵料轉至陳化區(qū)，陳化5 ～7 d 的物料經(jīng)過粉碎、粉篩后進入生產(chǎn)車間。在炭基微生物肥料生產(chǎn)車間將發(fā)酵熟料、養(yǎng)分氮磷鉀、炭化車間的生物質炭裝入組合配料系統(tǒng)，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(nóng)業(yè)上的應用

生物質是地球上存在最廣泛的物質，據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)顯示，我國每年產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄殘余物12億t 左右，但目前國內(nèi)生物質資源利用情況不容樂觀。2017 年，國家能源局、環(huán)保部聯(lián)合下發(fā)《關于開展燃煤耦合生物質發(fā)電技改試點工作的通知》，《通知》 強調：“地方能源、環(huán)境保護主管部門協(xié)調相關部門加強農(nóng)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(jīng)過十幾年的發(fā)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(shù)據(jù)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(huán)境，有助于其繁殖，可提高土壤微生物結構多樣性[3]?？等辗宓萚4]在研究生物炭基肥料對小麥生長、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響時發(fā)現(xiàn)，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(yǎng)分的含量。羅惠莉[5]等用木屑和市政污泥混合物經(jīng)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(jié)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(tài)鎘含量。

3.2 對作物生長及產(chǎn)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(yǎng)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(fā)現(xiàn)施用了炭基肥料的玉米比常規(guī)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)量最多，增產(chǎn)顯著，比施用花生專用肥料和傳統(tǒng)肥料分別增產(chǎn)5.2%和9.0%。

4 展望

生物炭技術以農(nóng)業(yè)和環(huán)境為核心，在促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)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(fā)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(qū)、不同作物的大規(guī)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(jù)。