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　　隨著生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷深入，其環(huán)境友好性和資源節(jié)約性潛力日益受到重視。而根據(jù)當(dāng)前試驗(yàn)研究中存在的問(wèn)題及技術(shù)需求，我們需要將生物炭放在土壤環(huán)境、作物高產(chǎn)高效以及綠色生態(tài)等方面進(jìn)行綜合全面的系統(tǒng)研究。

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　　問(wèn)：劉老師您好！有這么兩組數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)：根據(jù)《中國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查與評(píng)定》報(bào)告，全國(guó)耕地評(píng)定為15個(gè)等別，1等耕地質(zhì)量最好，15等最差。我國(guó)耕地平均質(zhì)量等別為9.80等，其中低產(chǎn)地占全國(guó)耕地總面積的 67.35%；另外一組數(shù)據(jù)是：我國(guó)秸稈廢棄物每年平均產(chǎn)生量約為 7.35 億 t，而如果這些秸稈沒(méi)有得到更低碳更優(yōu)化的合理處理利用，不僅會(huì)造成直接的資源浪費(fèi)，更會(huì)導(dǎo)致間接的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。那么通過(guò)這兩組數(shù)據(jù)，我們可以看到什么樣的問(wèn)題？這二者之間存在著什么樣的關(guān)聯(lián)呢？

　　劉忠珍：這兩組數(shù)據(jù)讓我們看到了問(wèn)題，但同時(shí)也讓我們看到了解決問(wèn)題的方法。我國(guó)中低產(chǎn)田面積占了耕地總面積的2/3。2020年底，焦點(diǎn)訪談做了一期“糧倉(cāng)需要沃土培”的節(jié)目，其中提到我國(guó)南方耕地酸化，北方耕地鹽堿化，以及東北黑土地退化面積合計(jì)達(dá)6.6億畝。土壤退化，主要表現(xiàn)為土壤酸化、板結(jié)、土層變薄、地力下降等，引起土壤退化的一個(gè)重要原因是化肥過(guò)量施用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)耕地單位面積化肥施用量446kg/公頃，是世界平均水平的4倍。長(zhǎng)期的重施化肥，輕施有機(jī)肥，忽略土壤培肥，造成了土壤越來(lái)越“饞”，為了保產(chǎn)量需要施更多的化肥，從而進(jìn)入惡性循環(huán)，造成土壤酸化、結(jié)構(gòu)變差等退化越來(lái)越嚴(yán)重。

　　怎么解決呢？提升耕地質(zhì)量，最重要的是提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，大部分中低產(chǎn)田的土壤有機(jī)質(zhì)含量都很低。而僅僅通過(guò)施用有機(jī)肥等手段提升土壤有機(jī)質(zhì)含量是很難的，需要持續(xù)大量施用有機(jī)肥才有明顯效果，需要大量的人力、物力等高成本投入。怎么辦？我國(guó)秸稈廢棄物每年平均產(chǎn)生量約為 7.35 億 t便是解決辦法。我國(guó)農(nóng)業(yè)每年產(chǎn)生大量的作物秸稈是提升耕地質(zhì)量的很好資源，但也存在很大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)壓力。我們必須要將這些秸稈進(jìn)行更低碳更優(yōu)化的合理處理利用。

　　這其中“秸稈炭化還田”技術(shù)對(duì)環(huán)境中秸稈處理，固碳減排，耕地質(zhì)量提升，清潔能源等都有貢獻(xiàn)，可謂是一舉多得。“秸稈炭化還田”就是將農(nóng)作物秸稈制備成生物炭后再還田利用。生物炭是很有潛力的快速有效提升耕地質(zhì)量的材料。我們知道，生物炭具有很高的碳含量，一般在30%-80%范圍內(nèi)，且大部分是穩(wěn)定態(tài)的，不易分解，施入土壤后可以快速有效提升土壤有機(jī)碳含量。另外，生物炭具有疏松多孔等特性，國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)已證明了，生物炭添加到土壤，能夠顯著地改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，提高土壤肥力，增加作物生物量，還能夠固碳減排。

　　所以，生物炭可用來(lái)直接還田，也可加工成生物炭基肥料或土壤調(diào)理劑，實(shí)現(xiàn)土壤固碳的同時(shí)，可提高土壤質(zhì)量。作物秸稈通過(guò)厭氧或限氧熱解方式可獲得30%左右產(chǎn)率的生物炭，還可獲得一定量的生物氣和生物油。生物氣和生物油是可用清潔能源。2017年“秸稈炭化還田技術(shù)”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“秸稈農(nóng)用十大模式”，2021年“秸稈炭化技術(shù)”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳和國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳發(fā)布的《秸稈綜合利用技術(shù)目錄（2021）》。目前各級(jí)政府都在大力推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用工作，秸稈的資源化利用已成為全面推進(jìn)生態(tài)建設(shè)中必須面對(duì)并加以解決的問(wèn)題。相信，秸稈炭化利用會(huì)更快的被公眾和政府接受從而推廣應(yīng)用。

　　問(wèn)：目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于生物炭在農(nóng)業(yè)上的試驗(yàn)研究主要集中于哪些方面？這些研究對(duì)推動(dòng)生物炭實(shí)際應(yīng)用及發(fā)展會(huì)起到怎樣的作用呢？

　　劉忠珍：近10多年是生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究飛速發(fā)展的時(shí)期，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的相關(guān)研究，總體說(shuō)來(lái)，主要集中于以下幾個(gè)方面，1、集中于農(nóng)林廢棄物的生物炭處理方面， 主要開(kāi)展農(nóng)林廢棄物，例如稻殼、各種秸稈、果園枝條、禽畜糞便等，制備成生物炭或經(jīng)改性處理，對(duì)其理化結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并分析其功能特性，評(píng)價(jià)其應(yīng)用潛力。2、集中于生物炭對(duì)土壤污染消減方面，即凈土功能，特別是土壤重金屬污染領(lǐng)域，已有很多的大田試驗(yàn)結(jié)果，也開(kāi)展了很多關(guān)于生物炭與土壤農(nóng)藥類有機(jī)污染物，抗生素等相互作用的基礎(chǔ)研究。3、集中于生物炭施用提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提供農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)方面的，即沃土功能，主要研究生物炭對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)、土壤微生物、動(dòng)物、植物生理指標(biāo)等的影響，從而揭示沃土和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的原因。4、集中于生物炭農(nóng)田施用對(duì)溫室氣體減排方面，開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)和田間試驗(yàn)。5、集中于生物炭基產(chǎn)品的研發(fā)，例如生物炭基復(fù)混肥、生物炭基有機(jī)肥、生物炭基土壤調(diào)理劑等。當(dāng)然還有些其它方面，例如用生物炭去除養(yǎng)殖場(chǎng)臭氣，以及添加到飼料中等等。可以說(shuō)，生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究涉及到了方方面面，種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)，產(chǎn)地環(huán)境，養(yǎng)殖環(huán)境，后端廢棄物處理等。這些研究從理論和技術(shù)上證明了生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用的可行性和巨大潛力，是生物炭走上實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。

　　隨著生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷深入，其環(huán)境友好性和資源節(jié)約性潛力日益受到重視。而根據(jù)當(dāng)前試驗(yàn)研究中存在的問(wèn)題及技術(shù)需求，我們需要將生物炭放在土壤環(huán)境、作物高產(chǎn)高效以及綠色生態(tài)等方面進(jìn)行綜合全面的系統(tǒng)研究。有了大量的研究結(jié)果，公眾、政府、企業(yè)家等才能更好的認(rèn)識(shí)生物炭，從而推動(dòng)生物炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　問(wèn)：對(duì)于生物炭改良土壤的應(yīng)用研究，目前的主要問(wèn)題是什么？這其中需要我們進(jìn)一步突破的方向或內(nèi)容又是什么呢？

　　劉忠珍：大量的田間試驗(yàn)已經(jīng)證明了生物炭改良土壤效果很好，同時(shí)具有凈土和沃土的功能。例如，近些年我們應(yīng)用生物炭或生物炭基調(diào)理劑開(kāi)展了大量的修復(fù)重金屬污染土壤的工作，發(fā)現(xiàn)在鈍化土壤重金屬，降低其被作物吸收的同時(shí)，還能有效提高土壤有機(jī)碳含量，改善土壤pH，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。生物炭應(yīng)用于土壤改良效果確實(shí)好，可目前大面積推廣應(yīng)用還是比較難。成本高是最重要的原因，另外也存在不方便施用等其他的因素。

　　如大面積推廣應(yīng)用，則需要從生物質(zhì)原料的收集、運(yùn)輸、生物炭制備工藝、炭基產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等全鏈條有所突破，才可能降低成本?；蛘呱锾慨a(chǎn)業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式有所創(chuàng)新。在技術(shù)難以突破的現(xiàn)狀下，也許運(yùn)營(yíng)模式的創(chuàng)新更加有效。

　　目前我們一般認(rèn)為，生物炭制備行業(yè)只有規(guī)模大才有可能盈利?？纱笠?guī)模生產(chǎn)對(duì)各種條件的要求也比較高，加上很多農(nóng)林廢棄物比較分散，收集運(yùn)輸成本很高，風(fēng)險(xiǎn)較大。是否可以針對(duì)不同規(guī)?？紤]不同的運(yùn)營(yíng)模式呢？目前我們初步考慮有四種模式供參考，（1）若方圓20公里內(nèi)，可收集的植物源廢棄物資源干量大于3萬(wàn)噸，可設(shè)計(jì)炭-氣聯(lián)產(chǎn)方案，這套方案中，可產(chǎn)生生物炭和蒸汽，蒸汽可用來(lái)發(fā)電，加熱等，可供附近的工業(yè)用熱或用電。該模式的運(yùn)營(yíng)由炭-氣聯(lián)產(chǎn)企業(yè)為主體，多產(chǎn)業(yè)聯(lián)合。（2）若植物源廢棄物資源連續(xù)產(chǎn)生量在1萬(wàn)噸左右，且集中地點(diǎn)產(chǎn)生，例如對(duì)于中藥生產(chǎn)廠、糖廠等產(chǎn)生的固體廢棄物，可設(shè)計(jì)連續(xù)生產(chǎn)生物炭的方案，該方案中產(chǎn)生的蒸汽可循環(huán)利用，用于企業(yè)等加熱和烘干原材料，該模式由廢棄物產(chǎn)生企業(yè)或生物炭/生物炭基產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)為經(jīng)營(yíng)主體，可以收支平衡，稍有盈利。（3）對(duì)于可收集生物質(zhì)廢棄物資源量較少，但產(chǎn)生相對(duì)集中的區(qū)域，可設(shè)計(jì)箱式間斷式生物炭生產(chǎn)方案。該模式可由城市大型生活小區(qū)、學(xué)校、村委、農(nóng)業(yè)合作社、種植大戶、果園、農(nóng)莊等自行處理自己區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的生物質(zhì)廢棄物，產(chǎn)生的生物炭可自己小區(qū)/農(nóng)田/果園/農(nóng)莊回用，也可以賣給以生物炭為主要原料的生物炭基產(chǎn)品加工企業(yè)，主要目的是方便處理廢棄物。（4）若植物源廢棄物分布比較分散，具有季節(jié)性，收集成本較高，可設(shè)計(jì)移動(dòng)式炭化處理方案。該模式可以由專門的經(jīng)營(yíng)者入戶入田處理分散性的植物源廢棄物，也可以由農(nóng)戶自己租用設(shè)備處理，擁有設(shè)備者經(jīng)營(yíng)盈利。該模式適用于作物秸稈炭化還田模式，需要有相應(yīng)的小型移動(dòng)式炭化設(shè)備做支撐。

　　當(dāng)然，大面積推廣也還需要生物炭在大田施用手段的更新，例如和農(nóng)機(jī)的結(jié)合，需要相應(yīng)的自動(dòng)化施用裝備。還需要更廣范圍的長(zhǎng)期定點(diǎn)的田間試驗(yàn)支持，以及配套的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，例如農(nóng)用生物炭標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)非常重要，因?yàn)椴皇撬械纳锾慷伎梢赃M(jìn)入土壤。

　　問(wèn)：近年來(lái)，隨著生物炭應(yīng)用研究的不斷深入，生物炭與肥料結(jié)合的研究也日益受到重視，目前這方面的研究應(yīng)用情況是怎樣的呢？

　　劉忠珍：生物炭和肥料結(jié)合可發(fā)揮雙方的優(yōu)勢(shì)，起到協(xié)同增效的作用，這也是生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用的一個(gè)很好的方式。生物炭本身養(yǎng)分含量比較低，和肥料結(jié)合可以兼顧作物的養(yǎng)分需求，同時(shí)可以加工成方便施用的產(chǎn)品，可以更好的商品化進(jìn)入市場(chǎng)。生物炭基肥料可達(dá)到改土培肥，減肥穩(wěn)產(chǎn)，固碳減排和專肥專用的多重效果，炭基復(fù)混/復(fù)合肥料，生物炭基有機(jī)肥料的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也分布與2016年和2020年發(fā)布，這意味著生物炭基肥料已經(jīng)可以市場(chǎng)化了?！敖斩捥炕世迷鲂Ъ夹g(shù)”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“2020年十大引領(lǐng)性技術(shù)”，“秸稈炭基肥生產(chǎn)技術(shù)”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳和國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳發(fā)布的《秸稈綜合利用技術(shù)目錄（2021）》，這些都為生物炭基肥料的推廣應(yīng)用和市場(chǎng)化行為奠定了很好的基礎(chǔ)。

　　問(wèn)：對(duì)于生物炭在土壤改良中的應(yīng)用實(shí)踐，您講到，針對(duì)不同的耕地土壤，需要有對(duì)應(yīng)的科學(xué)配置和配套的技術(shù)方案，我們需要運(yùn)用“土壤醫(yī)生理念”設(shè)計(jì)生物炭土壤調(diào)理劑？

　　劉忠珍：是的。其實(shí)，我們開(kāi)展的土壤改良工作類似于醫(yī)生給病人治病，需要運(yùn)用土壤學(xué)等專業(yè)知識(shí)，按一定的程序?qū)ν寥澜】登闆r進(jìn)行診斷，診斷出土壤的主要問(wèn)題及引起問(wèn)題的可能原因，例如是土壤酸堿度問(wèn)題？還是土壤重金屬污染問(wèn)題？還是土壤結(jié)構(gòu)問(wèn)題？等等。然后針對(duì)具體問(wèn)題，從降低危害、改善土壤質(zhì)量、增強(qiáng)作物養(yǎng)分供給等方面綜合考慮，從土壤改良劑材料庫(kù)清單和土壤養(yǎng)分庫(kù)清單中選擇合適的材料，設(shè)計(jì)相應(yīng)的土壤改良劑配方，配合一定的農(nóng)藝措施，從而對(duì)土壤進(jìn)行定向改良。這是一個(gè)土壤醫(yī)生給土壤看病，經(jīng)診斷，開(kāi)出藥方的過(guò)程。

　　問(wèn)：您所講到的“生物炭基土壤調(diào)理劑制備及治理農(nóng)田重金屬污染技術(shù)”，目前已成功的案例是怎樣的表現(xiàn)呢?

　　劉忠珍：“生物炭基土壤調(diào)理劑制備及治理農(nóng)田重金屬污染技術(shù)”是我們這幾年通過(guò)大量的盆栽和大田試驗(yàn)形成的一個(gè)技術(shù)，2021和2022年分別獲得了廣東省農(nóng)業(yè)主推技術(shù)。這個(gè)技術(shù)的核心就是以土壤診斷為基礎(chǔ)，以生物炭為基礎(chǔ)材料，根據(jù)土壤理化性質(zhì)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)土壤調(diào)理劑配方。該技術(shù)特點(diǎn)是在鈍化土壤重金屬降低作物吸收的同時(shí)，可以提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

　　例如，同是重金屬污染農(nóng)田，在韶關(guān)仁化，土壤是酸性的，pH一般在5左右，我們所用的配方主要是生物炭+堿性無(wú)機(jī)材料，可以以較低的成本達(dá)到比較好的修復(fù)效果。而在云浮某地，土壤是中性的，pH在7左右，不能再用堿性無(wú)機(jī)材料，我們就調(diào)整了配方，依舊以生物炭為基礎(chǔ)材料，搭配其它中性的材料，也可以實(shí)現(xiàn)比較好的改良效果。

　　運(yùn)用這種“先對(duì)土壤進(jìn)行診斷，再定向設(shè)計(jì)土壤改良劑”的理念，我們團(tuán)隊(duì)還在凡口鉛鋅礦尾砂庫(kù)生態(tài)復(fù)綠方面做了一個(gè)很好的案例，經(jīng)過(guò)對(duì)礦區(qū)基質(zhì)取樣診斷，判斷出凡口鉛鋅礦尾砂庫(kù)制約植物生長(zhǎng)的主要限制因素是板結(jié)嚴(yán)重、極端酸性（且反酸嚴(yán)重）、貧瘠和重金屬毒性，針對(duì)性設(shè)計(jì)了“石灰+生物炭+有機(jī)肥+園林綠化廢棄物+鈣鎂磷肥等”復(fù)合型調(diào)理劑，配合排水溝渠、農(nóng)藝措施，和合適的先鋒植物，形成了“基質(zhì)原位改良+植被重建”的礦區(qū)復(fù)綠技術(shù)。該技術(shù)特點(diǎn)是，無(wú)需客土，組合型調(diào)理劑原料廉價(jià)，植被系統(tǒng)只需人工撫育3-4個(gè)月后即可自我維持演替。2021年利用該技術(shù)對(duì)160畝廢棄尾砂庫(kù)實(shí)現(xiàn)了生態(tài)復(fù)綠工程，效果很好。