淺談新疆生物炭利用與前景

葉菲（陜西榆林市農(nóng)機(jī)化學(xué)校，陜西　榆林　719000）

淺談新疆生物炭利用與前景

葉菲
（陜西榆林市農(nóng)機(jī)化學(xué)校，陜西榆林719000）

農(nóng)業(yè)廢棄物秸桿轉(zhuǎn)化為綠色能源—生物炭，不僅能變廢為寶，還能減少對(duì)環(huán)境的污染。本文介紹生物炭的特點(diǎn)，分析了新疆的秸稈資源的情況，提出了在新疆發(fā)展秸稈生物炭迫切需要解決的問(wèn)題，為在新疆發(fā)展秸稈生物炭產(chǎn)業(yè)提供了依據(jù)。

秸稈；生物炭；發(fā)展前景

目前在秸稈的綜合利用中，秸稈生物炭加工利用發(fā)展較為迅速，生物炭概念源于對(duì)亞馬遜盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）的認(rèn)識(shí)，在哥倫布進(jìn)入南美大陸之前，南美洲土著人就用木炭作為改良當(dāng)?shù)馗唢L(fēng)化淋溶土壤的主要材料，這種黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。它一經(jīng)出現(xiàn)，便引起全世界的廣泛關(guān)注，生物炭的改土增產(chǎn)作用已被國(guó)內(nèi)外大量研究所證實(shí)。以秸稈炭化還田為核心的生物炭技術(shù)，在土壤改良、污染治理、固碳減排、環(huán)境治理等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，在新疆的戈壁土壤改良及新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)中的土壤基質(zhì)上有很好的應(yīng)用效果［1］。

1　生物炭的特點(diǎn)

生物炭是農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下熱裂解形成的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物。生物炭源于植物，主要是由C、H、0、N、S等組成，是植物光合作用的產(chǎn)物，通過(guò)低溫裂解可以制成生物炭，目前國(guó)內(nèi)大多采用下吸式炭化爐生產(chǎn)加工，其特點(diǎn)是方便進(jìn)料，另外對(duì)炭化爐的密封要求不是很高。生物質(zhì)炭是一種多孔質(zhì)材料，外觀黑色，形狀有粉狀和顆粒狀。具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，特異的表面官能團(tuán)，穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，能耐酸堿，能經(jīng)受水濕、高溫及高壓，不溶于水和有機(jī)溶劑，使用后易再生，特別是制成活性炭后是優(yōu)良的吸附、凈化材料、也可以作為催化劑或催化劑載體，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保事業(yè)和尖端科學(xué)不可或缺的重要材料。農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重、改善土壤通氣、透水狀況，提高土壤最大持水量，可以緩解土壤板結(jié)的難題。土壤中增加4%的秸稈炭，土壤的容重（g/cm3）從1.39減少至1.20；土壤最大持水量從37.71%增加至41.17%。

（2）將土壤中緊缺的氮、磷、鉀、鎂等元素返回到土壤中，而且還可以補(bǔ)充植物所必須的銅、鐵、鋅等微量元素，有利于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

（3）抑制土壤對(duì)磷的吸附，有利于磷的解吸，從而改善植物對(duì)磷的吸收利用。當(dāng)土壤加磷量為100 mg/kg時(shí)，土壤中增加4%的秸稈炭以后，磷的吸附率為22.37%，而未加秸稈炭的土壤則高達(dá)52.43%；而相應(yīng)土壤磷的解吸率由0.85%提高到22.81%。

（4）具有修復(fù)土壤重金屬污染的作用，對(duì)污染土壤中的鎘（Cd）具有顯著的吸附作用。

（5）提高土壤的地溫（1～3℃），有利于作物的生長(zhǎng)，從而使作物的生長(zhǎng)及成熟期提早（5天左右）。

（6）生物質(zhì)炭pH值7以上，為酸性土壤良好的改良劑。炭吸附力大，有吸收毒素的作用，減少連作障害。

（7）對(duì)肥料和農(nóng)藥有緩釋作用［2］。

（8）對(duì)土壤有保水作用，有改善土壤的微生物環(huán)境的作用［3］。

2　農(nóng)作物秸稈資源情況

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，年產(chǎn)作物秸稈8×108t以上，全國(guó)范圍上有大量的做生物炭的農(nóng)作物秸稈，新疆農(nóng)作物秸稈資源分布與農(nóng)作物種植分布情況基本一致。據(jù)2014年《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》資料［4］，2013年農(nóng)作物播種面積521萬(wàn)hm2，各種農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)到了3 988.9萬(wàn)t（如表1）。其中小麥秸稈706萬(wàn)t，占秸稈總量18%；玉米秸稈1 282萬(wàn)t，占秸稈總量32%；棉花秸稈1 353萬(wàn)t，占秸稈總量34%。這34%的農(nóng)作物秸稈也是制作生物炭的主要原料，1 t的秸稈，可產(chǎn)生350 kg生物炭，這樣如果全疆秸稈均加工為生物炭則每年可以產(chǎn)出997萬(wàn)t，每667m2施用1t計(jì)算則可以滿足將近66.67萬(wàn)hm2農(nóng)田，同時(shí)1t可產(chǎn)生：350 kg生物炭外?？梢援a(chǎn)出：250 kg左右的木醋液；850 m3可燃?xì)猓?0 kg左右的生物焦油，如果能充分利用則經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3　發(fā)展新疆秸稈生物炭產(chǎn)業(yè)需要完善的方面

我國(guó)生物炭產(chǎn)業(yè)是建立在以廢棄資源循環(huán)利用的基礎(chǔ)之上的，以避免環(huán)境污染為基礎(chǔ)，保障糧食安全為前提，從根本上解決資源的浪費(fèi)問(wèn)題，利用生物炭還田技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳匯減排。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)陳溫福院士為代表的生物炭研究團(tuán)隊(duì)，在生物炭的加工、應(yīng)用及推廣方面做了大量的工作，對(duì)國(guó)內(nèi)生物炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上起到先鋒模范的作用。而新疆在生物炭的加工利用方面上距離國(guó)內(nèi)還有不小的差距，如何盡快發(fā)展新疆生物炭產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)農(nóng)作物秸稈在生物炭方面的利用，個(gè)人認(rèn)為需要做以下工作：

（1）需要當(dāng)?shù)卣贫ü膭?lì)措施，提供政策支持。新疆的農(nóng)作秸稈大部分均粉碎還田，這樣對(duì)來(lái)年的播種鋪膜有一定的影響，容易扎爛地膜，同時(shí)如棉花稈等作物直接容易帶來(lái)土傳病害，造成來(lái)年的作物病害傳播，造成作物減產(chǎn)，這就需要制定相關(guān)優(yōu)惠鼓勵(lì)政策，鼓勵(lì)引導(dǎo)農(nóng)民將農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為高效的生物炭肥進(jìn)行還田，提高農(nóng)田土壤肥力，進(jìn)一步提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

（2）加快各項(xiàng)秸稈生物炭利用技術(shù)的秸稈收儲(chǔ)運(yùn)科學(xué)研究，應(yīng)加強(qiáng)秸稈收獲儲(chǔ)運(yùn)及預(yù)處理等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度，爭(zhēng)取在秸稈機(jī)械化收割、打捆、粉碎、打包等方面取得突破，研制開發(fā)適應(yīng)新疆耕種特點(diǎn)的秸稈收獲機(jī)具、預(yù)處理設(shè)備、運(yùn)輸工具及其配套設(shè)備，使其具備高效節(jié)能、打包適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有效解決打包難、儲(chǔ)存難、運(yùn)輸難、散包難、破料難的問(wèn)題，研制新的裝備，開發(fā)出適合本地利用的技術(shù)方法，為秸稈的生物炭利用提供科技支持。

（3）加快秸稈生物炭加工裝備的研究。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段對(duì)生物質(zhì)炭化技術(shù)的研究還相對(duì)較少，并且起步較晚，生物炭化設(shè)備多為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備或者是大型設(shè)備，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同用戶需要生產(chǎn)系列化產(chǎn)品，無(wú)法滿足大規(guī)模與用戶生產(chǎn)相結(jié)合的生產(chǎn)需要，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)大面積的推廣，這也大大限制生物炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（4）形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)的格局。把利用秸稈資源產(chǎn)出各種副產(chǎn)品的單獨(dú)過(guò)程加“環(huán)”組“鏈”，逐步實(shí)現(xiàn)貯、養(yǎng)、加、銷各環(huán)節(jié)的有機(jī)銜接，走產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)的道路，把資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

4　結(jié)論

隨著氣候條件的日益惡化，農(nóng)田土壤的日益貧瘠，將農(nóng)作物秸稈加工生產(chǎn)生物炭，形成“取之于田，用之于田”的良性循環(huán)模式，在消化利用農(nóng)業(yè)廢棄物的同時(shí)，將生物炭再次返還給土壤，有效地解決農(nóng)林廢棄物資源化利用、物質(zhì)循環(huán)和耕地可持續(xù)發(fā)展等一系列問(wèn)題，減輕溫室氣體效應(yīng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)藥、化肥以及化石能源或原料的依賴。

［1］陳溫福，張偉明，孟軍，等.農(nóng)用生物炭研究進(jìn)展與前景［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（08）：3324～3333.

［2］張偉明，孟軍，王嘉宇，等.生物炭對(duì)水稻根系形態(tài)與生理特性及產(chǎn)量的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2013（01）：1445～1451.

［3］何緒生，耿增超，佘雕，等.生物炭生產(chǎn)與農(nóng)用的意義及國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011（02）：1～7.

［4］中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化年鑒 ［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)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

自治區(qū)科技攻關(guān)項(xiàng)目（201431107）