浅谈新疆生物炭利用与前景

叶菲（陕西榆林市农机化学校，陕西　榆林　719000）

浅谈新疆生物炭利用与前景

叶菲
（陕西榆林市农机化学校，陕西榆林719000）

农业废弃物秸杆转化为绿色能源—生物炭，不仅能变废为宝，还能减少对环境的污染。本文介绍生物炭的特点，分析了新疆的秸秆资源的情况，提出了在新疆发展秸秆生物炭迫切需要解决的问题，为在新疆发展秸秆生物炭产业提供了依据。

秸秆；生物炭；发展前景

目前在秸秆的综合利用中，秸秆生物炭加工利用发展较为迅速，生物炭概念源于对亚马逊盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）的认识，在哥伦布进入南美大陆之前，南美洲土著人就用木炭作为改良当地高风化淋溶土壤的主要材料，这种黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。它一经出现，便引起全世界的广泛关注，生物炭的改土增产作用已被国内外大量研究所证实。以秸秆炭化还田为核心的生物炭技术，在土壤改良、污染治理、固碳减排、环境治理等方面具有广阔的应用前景，在新疆的戈壁土壤改良及新疆设施农业中的土壤基质上有很好的应用效果［1］。

1　生物炭的特点

生物炭是农林废弃物等生物质在缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物。生物炭源于植物，主要是由C、H、0、N、S等组成，是植物光合作用的产物，通过低温裂解可以制成生物炭，目前国内大多采用下吸式炭化炉生产加工，其特点是方便进料，另外对炭化炉的密封要求不是很高。生物质炭是一种多孔质材料，外观黑色，形状有粉状和颗粒状。具有发达的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团，稳定的物理和化学性质，能耐酸碱，能经受水湿、高温及高压，不溶于水和有机溶剂，使用后易再生，特别是制成活性炭后是优良的吸附、净化材料、也可以作为催化剂或催化剂载体，是工业、农业、国防、交通、医药卫生、环保事业和尖端科学不可或缺的重要材料。农业上的应用具体表现在以下几个方面：

（1）可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重、改善土壤通气、透水状况，提高土壤最大持水量，可以缓解土壤板结的难题。土壤中增加4%的秸秆炭，土壤的容重（g/cm3）从1.39减少至1.20；土壤最大持水量从37.71%增加至41.17%。

（2）将土壤中紧缺的氮、磷、钾、镁等元素返回到土壤中，而且还可以补充植物所必须的铜、铁、锌等微量元素，有利于提高农作物的产量和品质。

（3）抑制土壤对磷的吸附，有利于磷的解吸，从而改善植物对磷的吸收利用。当土壤加磷量为100 mg/kg时，土壤中增加4%的秸秆炭以后，磷的吸附率为22.37%，而未加秸秆炭的土壤则高达52.43%；而相应土壤磷的解吸率由0.85%提高到22.81%。

（4）具有修复土壤重金属污染的作用，对污染土壤中的镉（Cd）具有显著的吸附作用。

（5）提高土壤的地温（1～3℃），有利于作物的生长，从而使作物的生长及成熟期提早（5天左右）。

（6）生物质炭pH值7以上，为酸性土壤良好的改良剂。炭吸附力大，有吸收毒素的作用，减少连作障害。

（7）对肥料和农药有缓释作用［2］。

（8）对土壤有保水作用，有改善土壤的微生物环境的作用［3］。

2　农作物秸秆资源情况

我国是一个农业大国，年产作物秸秆8×108t以上，全国范围上有大量的做生物炭的农作物秸秆，新疆农作物秸秆资源分布与农作物种植分布情况基本一致。据2014年《新疆统计年鉴》资料［4］，2013年农作物播种面积521万hm2，各种农作物秸秆产量达到了3 988.9万t（如表1）。其中小麦秸秆706万t，占秸秆总量18%；玉米秸秆1 282万t，占秸秆总量32%；棉花秸秆1 353万t，占秸秆总量34%。这34%的农作物秸秆也是制作生物炭的主要原料，1 t的秸秆，可产生350 kg生物炭，这样如果全疆秸秆均加工为生物炭则每年可以产出997万t，每667m2施用1t计算则可以满足将近66.67万hm2农田，同时1t可产生：350 kg生物炭外海可以产出：250 kg左右的木醋液；850 m3可燃气；40 kg左右的生物焦油，如果能充分利用则经济效益可观。

3　发展新疆秸秆生物炭产业需要完善的方面

我国生物炭产业是建立在以废弃资源循环利用的基础之上的，以避免环境污染为基础，保障粮食安全为前提，从根本上解决资源的浪费问题，利用生物炭还田技术实现碳汇减排。沈阳农业大学陈温福院士为代表的生物炭研究团队，在生物炭的加工、应用及推广方面做了大量的工作，对国内生物炭产业的发展上起到先锋模范的作用。而新疆在生物炭的加工利用方面上距离国内还有不小的差距，如何尽快发展新疆生物炭产业，推进农作物秸秆在生物炭方面的利用，个人认为需要做以下工作：

（1）需要当地政府制定鼓励措施，提供政策支持。新疆的农作秸秆大部分均粉碎还田，这样对来年的播种铺膜有一定的影响，容易扎烂地膜，同时如棉花秆等作物直接容易带来土传病害，造成来年的作物病害传播，造成作物减产，这就需要制定相关优惠鼓励政策，鼓励引导农民将农作物秸秆转化为高效的生物炭肥进行还田，提高农田土壤肥力，进一步提高农作物产量。

（2）加快各项秸秆生物炭利用技术的秸秆收储运科学研究，应加强秸秆收获储运及预处理等关键技术的研发力度，争取在秸秆机械化收割、打捆、粉碎、打包等方面取得突破，研制开发适应新疆耕种特点的秸秆收获机具、预处理设备、运输工具及其配套设备，使其具备高效节能、打包适应性强的特点，有效解决打包难、储存难、运输难、散包难、破料难的问题，研制新的装备，开发出适合本地利用的技术方法，为秸秆的生物炭利用提供科技支持。

（3）加快秸秆生物炭加工装备的研究。国内现阶段对生物质炭化技术的研究还相对较少，并且起步较晚，生物炭化设备多为实验室设备或者是大型设备，没有实现根据不同用户需要生产系列化产品，无法满足大规模与用户生产相结合的生产需要，从而无法实现大面积的推广，这也大大限制生物炭产业的发展。

（4）形成规模产业化经营的格局。把利用秸秆资源产出各种副产品的单独过程加“环”组“链”，逐步实现贮、养、加、销各环节的有机衔接，走产业化经营的道路，把资源优势转化为市场优势。

4　结论

随着气候条件的日益恶化，农田土壤的日益贫瘠，将农作物秸秆加工生产生物炭，形成“取之于田，用之于田”的良性循环模式，在消化利用农业废弃物的同时，将生物炭再次返还给土壤，有效地解决农林废弃物资源化利用、物质循环和耕地可持续发展等一系列问题，减轻温室气体效应和农业生产对农药、化肥以及化石能源或原料的依赖。

［1］陈温福，张伟明，孟军，等.农用生物炭研究进展与前景［J］.中国农业科学，2013（08）：3324～3333.

［2］张伟明，孟军，王嘉宇，等.生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响［J］.作物学报，2013（01）：1445～1451.

［3］何绪生，耿增超，佘雕，等.生物炭生产与农用的意义及国内外动态［J］.农业工程学报，2011（02）：1～7.

［4］中国农业机械化年鉴 ［M］.北京：中国农业科学技术出版社，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

自治区科技攻关项目（201431107）