秸秆炭化还田技术在内蒙古地区的应用

刘 慧

（内蒙古自治区农业技术推广站，内蒙古呼和浩特 010011）

1 概述

我国每年总有大量的玉米、小麦等的秸秆在夏收和秋冬之际被焚烧。农作物秸秆露天焚烧不仅会产生大量浓重的烟雾，而且会影响大气环境，造成城市PM10、PM2.5升高。秸秆焚烧成为农村环境保护的瓶颈问题，也成为农村面源污染的新源头。据有关统计，我国作为农业大国，每年产生大约有7亿多t秸秆，这些秸秆“用处不大”，因而属于必须处理掉的“废弃物”。农民在此情况下一般通过焚烧来解决这些“废弃物”。

内蒙古地区是农牧业大区，是全国最佳的玉米、杂粮杂豆、马铃薯种植带。农村牧区各类能利用的能源和多样化的替代原料的出现，使秸秆成为地区性、结构性的过剩物。我区富集农作物秸秆资源，农作物秸秆利用问题逐渐突出。大量过剩的秸秆堆砌在田间地头或者直接露天焚烧，不仅造成严重的环境污染，还对社会环境和居民的生活造成了严重的危害。为了使农作物秸秆良性循环，必须综合利用秸秆资源，才能符合我国建设节约型社会和发展循环经济的要求，对彻底解决秸秆露天焚烧、污染环境的问题，对促进生态文明的建设和国家经济发展具有重要的现实意义。

秸秆炭化还田技术是一项培肥地力的增产措施，因此受到普遍重视。一方面可以杜绝秸秆焚烧所造成的大气污染；另一方面还有增肥增产作用。秸秆还田不仅能改良土壤结构，使土壤孔隙度增加，容量减轻，还可以使土壤有机质提高，改善微生物活力和作物根系发育。

2 生物炭的起源及其作用

2.1 生物炭的起源

早期欧洲殖民者将巴西亚马逊河流域存在一种黑色、肥沃的土壤，称为“印第安黑土”。这种黑土在一百多年前就有西方学者在书中记载过。20世纪60年代，荷兰科学家宋布鲁克（sombroek）发现，在巴西亚马逊河域，有一片区域内的植物生长茂盛健壮，而且发现种植植物的土壤是黑色土地，研究发现，这种土壤是一个巨大而稳定的有机物质库，而其中的生物质“黑碳”的有机碳含量高达35%。

2.2 生物炭的作用

生物炭可以间接地减少化肥、农药等化学品的施用量，不仅仅在贫瘠的土壤上培育出肥沃的高碳库土壤，而且可以大幅提高土壤肥力，最明显直接的效应就是可以提高农作物的品质和产量。目前已知1t生物质可以固定0.726t二氧化碳，最关键的是可以把碳有效地吸附固化在生物炭中间，不仅能减少对石油制品的依赖，而且可以减少温室气体的排放。

我国在2009年，由中国工程院院士、沈阳农业大学陈温福教授带领的团队率先开展了生物炭研究。研究表明，把生物质在缺氧条件下进行热裂解干馏，加上一定的温度条件所形成的富碳产物即为生物炭。生物炭孔隙度和表面积较大，其吸附力、抗氧化性和抗生物分解能力较强，可以改善土壤，成为肥料释放剂，可以减少碳排放等。由于生物炭具有良好的吸附作用可吸附多种农药及重金属，并且可用于改良土壤，可被广泛应用于农业面源污染阻控、修复污染土壤、减排温室气体和调控生物有效性等方面[1-3]，还对土壤肥力增强、氮磷转化率和农作物产量提高有一定的影响[4-5]。植物秸秆不仅可以用于生物炭的制备，而且还可以利用生活垃圾中的有机垃圾进行制备，因而引起国内外学者对生物炭的广泛关注。生物炭的制备成本低廉、来源广泛，但是目前我国在治理农业面源污染方面关于生物炭的研究相对比较少，同时在内蒙古自治区有着非常丰富的秸秆资源，大多数都被以焚烧的方式进行处理，它不仅使得大量的碳素，氮素直接流失，更加重了空气污染的日益严重的问题[6]。

3 秸秆生物炭的来源及其还田技术

3.1 秸秆生物炭的作用

植物秸秆、动物粪便、树木枝干[7]以及部分坚果壳等在较高温度和较少氧气的条件下经高温热解过程形成生物炭，其表面含有丰富的-COOH、-COH和-OH 等含氧官能团[8]，这些含氧官能团决定了其在土壤中的功能。生物炭的特殊结构和性质在土壤恢复和土壤酸化方面具有很大的潜力。作为农业废弃物转化利用的重要方式，生物炭既能够直接吸附土壤中的重金属，又能影响土壤 pH 等理化性质改变重金属在土壤中的形态。已有研究表明pH是生物炭的重要化学属性之一，对土壤重金属的迁移有重要作用[9]。张千丰等研究表明生物炭对不同土壤、不同重金属离子的迁移性规律存在着差异性[10]，热解温度及热解条件的不同，生物炭pH也存在差异，其含氧官能团也有不同。

3.2 对秸秆碳化技术的简要介绍

简单的还田方法是用秸秆、玉米秸秆、稻秆等直接或堆积成腐熟之后施入到土壤中，再进行还田。在秸秆中储存着大量的新鲜有机物质，经过一段时间的分解后，可以直接转化为有机质养分。而土壤的物理化学性质也因一定量的氮磷钾养分供应得到提高。秸秆还田虽然可以促进农业节水、节约成本、提高产量、提高农业效率，但在实施过程中，还应注重环境保护和农业可持续发展。

4 秸秆炭化还田效益

4.1 秸秆炭化还田的经济效益

秸秆还田可以充分解决广大农村有机肥肥源不足的问题，改良土壤结构，提高土壤肥力，并且大约能减少氮肥的投入20%，粮食增产幅度平均为10%，产量以500kg/667m2计，可增产粮食50kg/667m2，增收75元/667m2。

4.2 秸秆炭化还田的社会效益

秸秆良好的原料来源使得秸秆炭化开发应用在我国有光明的前景：一方面可以有效解决目前存在的秸秆能源化利用的瓶颈问题；另一方面也可以解决工厂化运作存在的秸秆运输和贮藏问题。在内蒙古地区发展秸秆炭化产业能够推动秸秆经济的发展，可以使农民收入增加，也是治理秸秆焚烧造成污染的有效措施，使秸秆不再是负担，还可以转化农村剩余劳动力，改变秸秆的价值，改善农民的生活收入。

[1] 张继义，蒲丽君，李根.秸秆生物碳质吸附剂的制备及其吸附性能[J].农业工程学报，2011，27（2）：104-109.

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