浅析江苏省炭基肥料研发和推广应用前景

2018-12-18程月琴徐生陈文超

农业与技术 2018年18期

程月琴徐生陈文超

摘要：炭基肥料是一种生态环保型肥料，是将农作物秸秆等生物质在限氧条件下经热解炭化（250～750℃）产生生物质炭，再与一定比例的有机和/或无机肥料混合配制而成的。本文拟从炭基肥的应用效果、发展机遇、存在问题和对策建议等4个方面进行阐述与分析，旨在为相关部门决策和炭基肥推广应用提供一定的参考。

关键词：炭基肥料;研发;推广应用;前景

中图分类号：S143 文獻标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180932223

1 炭基肥料在农业上的应用效果

1.1 改善土壤，提高土壤肥力

作为炭基肥料主要原料的生物质炭具有富含碳素、高pH、孔隙度高、比表面积大、有机官能团丰富、稳定性高等特性，在土壤中应用可降低土壤容重、增加土壤孔隙度、平衡酸性土壤pH、提高土壤CEC、增强土壤水分和养分吸持力、提高土壤有机碳含量的特性，能够改善土壤性状、提高土壤肥力。但是，生物质炭自身矿质养分含量低，直接供给作物的养分有限。从理论上讲，将生物质炭与一定比例的有机或无机肥料混合配制成的炭基肥料，既能保持生物质炭的特性，又能弥补其养分不足的缺陷。根据研究显示，炭基肥料能够降低土壤容重，增强土壤持水能力，提高土壤有机质和氮磷钾养分含量。

1.2 提高作物产量和品质

因矿质养分含量低，生物质炭主要通过对土壤物理、化学和微生物性状的改善间接对中低产田上的作物起促进生长和增产的作用。同时，热解炭化后的生物质炭为粉末状，给运输、储存和施用都带来了困难。为此，将生物质炭与化学肥料采用掺混、包膜等方式制成了炭基肥料。大量的研究报道将造粒后的炭基肥应用于水稻、小麦、玉米、青椒、小白菜等作物，取得了增产和提高作物品质的效果。将包膜型生物质炭应用到田间试验，取得了良好的增产效果。用外加粘合物质将生物质炭与普通化肥结合，并将其应用到玉米上，也表现出显著的增产效果。究其原因，与生物质炭的多孔构造有关。生物质炭通过吸附肥料中有效养分，并缓慢释放，既减少了肥料养分的流失，提高了养分利用率，还保证了作物和蔬菜生产后期的养分供给。但是，不同原料制成的生物炭基肥对同一作物的影响可能存在差异。麦秸炭基肥可促进青椒根系生长，而且表现出很好的增产效果;稻秸炭基肥和花生炭基肥可显著提升青椒品质，但对产量影响不大。甚至，同组分、不同比例的炭基肥对作物产量、性状的影响也不同。此外，研究显示，炭基肥的施用减少了土壤、作物和蔬菜中的硝酸盐含量，提高了土壤和农作物的品质。炭基肥料能够减少油麦菜各部位对污染土壤中Cd、Cu、Pb、Zn的吸收和富集。

1.3 推动农业减排

生物质炭具有高度的化学和生物稳定性，能在环境中存在几百年甚至几千年。生物质炭在土壤中的稳定性直接决定了主要成分为生物质炭的炭基肥料的碳减排潜力。此外，试验研究表明，施用生物质炭能够减少甲烷和氧化亚氮等温室气体的排放量。

炭基肥料中的化学肥料因生物质炭的多孔结构而缓慢释放供作物后期生长所需，提高了肥料利用率，减少了化肥施用量和养分流失。试验发现，施用麦秸秆炭基肥在总养分含量较普通复合肥减少18%的情况下，青椒产量仍提高13.3%。

2 发展机遇

2.1 稻麦秸秆资源化利用的需要

江苏地区稻麦秸秆产生量越来越高。据2002—2015年度《江苏统计年检》显示，江苏地区稻谷产量由2001年的16931906t降至2003年的14046388t，后持续增至2014年的19120020t;小麦产量由2001年的7039000t降至2003年的6087139t，后持续增至2014年的11604026t。以水稻、小麦草谷比1.04和1.38估算（谢光辉等，2011），2014年江苏地区稻秸秆产生量为19884821t，较2001年增加13%，较2003年增加36%;2014年江苏地区麦秸秆产生量为16013556t，较2001年增加65%，较2003年增加91%。

江苏地区经济较为发达，农民宁愿用气、用电，也不愿使用秸秆作为燃料，导致当地秸秆出现季节性、地区性、结构性过剩，急需找寻新的途径消纳逐年增多的稻麦秸秆。

目前，稻麦秸秆还田以机械化全量还田为主，其它利用方式无论从技术、产品还是规模上讲，没有形成优势。但是，秸秆机械化全量还田存在茬口期短、作业不规范带来的大量秸秆架空表层土壤、秸秆土中腐熟带来的污染等一系列问题，急需寻找更多更好的秸秆利用方式，缓解秸秆机械化全量还田的压力。

2.2 肥料转型升级的需要

长期以来，江苏农业生产以“高投入、高产出、高污染”为代价，化肥过量施用带来了农业生产成本居高不下、土壤和农产品质量受到威胁、农业面源污染日益严重。发展新型肥料，促进化肥减量增效，走高产高效、优质环保、可持续发展之路，已成为新时代江苏省农业绿色发展的现实选择。

2.3 技术支撑

南京农业大学潘根兴教授团队联合企业已经在江苏省南京市六合马鞍建立了秸秆炭化技术及设备示范点。低温热裂解就地收集的作物秸秆，产物通过固液气分离得到生物质炭、木醋液和生物质可燃气。其中，生物质炭是炭基肥料的主要原料之一。同时，南京农业大学在炭基肥研发方面取得一定成果，获5项发明专利。

2.4 企业看好应用前景

随着生物质炭话题度的提高和曝光度的增加，开拓市场的企业数量也在逐渐攀升。目前国内名义上生产炭基肥料的企业约有50多家，已经开工建设的有近40家。潘根兴教授预估未来3a企业数量可能跃升至250～300家。

3 存在问题

3.1 秸秆收储运问题是炭基肥生产的瓶颈

秸秆的收储运问题已成为严重制约炭基肥生产的关键。江苏省稻麦秸秆收储运问题主要表现在：收获时间相对集中，秸秆短时间内大量产生，且收种时间重叠，可供收集时间极短，尤其是小麦收获季节，季节矛盾尤为突出;收获季节降水较多，影响收集打捆机具下田作业;秸秆没有足够时间就地晾晒，收集后含水量高，直接打捆储存容易产生霉变;秸秆收集效益低、农时季节紧张、农村劳动力大量转移，分散型农户不可能成为秸秆收集的主体;秸秆收集装备不足，现有装备和技术仍需改进和完善;秸秆密度低，造成收储运效率低、成本高等。

3.2 质量参差不齐是炭基肥料交易市场不稳的关键

有些生產生物质炭的企业技术跟不上，用的是较落后的制炭工艺，生产出的生物质炭稳定性不够好，影响炭基肥料质量;没有衡量炭基肥料优劣的标准，导致炭基肥交易时无法衡量产品合格与否。

3.3 价格偏高是炭基肥推广受限的主要因素

炭基肥料最终流向农民。与土壤和环境相比，现阶段农民更在意的是自身的收益，倾向于使用价格较便宜的肥料。价格上的不占优势，给炭基肥料的推广带来的难度增加。

4 对策建议

4.1 加强组织领导

由政府牵头开放创新平台搭建并出台相关政策推动产学研围绕社会和农户需求推进炭基肥料技术研发和产业化生产;引导农民，科普环保意识;加大秸秆就地造粒机和储运装备的机械补贴;增加项目和资金投入;尽快出台相关标准，规范市场。

4.2 鼓励农户参与

积极反馈机械需求、价格接受范围和应用效果等方面的信息，打通与政府、研发技企业间的沟通渠道。

4.3 强化产学研推动

开展作物专用炭基肥研究，提高肥效;开发生物质炭外的其它热列解产品应用，降低生物质炭生产成本，减少环境污染;建立炭基肥生产的工业化、产业化生产模式，推动模式的快速推广;配合政府出台标准的技术研究等。

只有在政府财政大力支持和产学研共同推进下，才能保证炭基肥在江苏真正的“生根落叶”，推动江苏农业绿色发展。