秸稈炭化還田技術(shù)在內(nèi)蒙古地區(qū)的應(yīng)用

劉 慧

（內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011）

1 概述

我國每年總有大量的玉米、小麥等的秸稈在夏收和秋冬之際被焚燒。農(nóng)作物秸稈露天焚燒不僅會產(chǎn)生大量濃重的煙霧，而且會影響大氣環(huán)境，造成城市PM10、PM2.5升高。秸稈焚燒成為農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的瓶頸問題，也成為農(nóng)村面源污染的新源頭。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國作為農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生大約有7億多t秸稈，這些秸稈“用處不大”，因而屬于必須處理掉的“廢棄物”。農(nóng)民在此情況下一般通過焚燒來解決這些“廢棄物”。

內(nèi)蒙古地區(qū)是農(nóng)牧業(yè)大區(qū)，是全國最佳的玉米、雜糧雜豆、馬鈴薯種植帶。農(nóng)村牧區(qū)各類能利用的能源和多樣化的替代原料的出現(xiàn)，使秸稈成為地區(qū)性、結(jié)構(gòu)性的過剩物。我區(qū)富集農(nóng)作物秸稈資源，農(nóng)作物秸稈利用問題逐漸突出。大量過剩的秸稈堆砌在田間地頭或者直接露天焚燒，不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還對社會環(huán)境和居民的生活造成了嚴(yán)重的危害。為了使農(nóng)作物秸稈良性循環(huán)，必須綜合利用秸稈資源，才能符合我國建設(shè)節(jié)約型社會和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，對徹底解決秸稈露天焚燒、污染環(huán)境的問題，對促進(jìn)生態(tài)文明的建設(shè)和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

秸稈炭化還田技術(shù)是一項培肥地力的增產(chǎn)措施，因此受到普遍重視。一方面可以杜絕秸稈焚燒所造成的大氣污染；另一方面還有增肥增產(chǎn)作用。秸稈還田不僅能改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤孔隙度增加，容量減輕，還可以使土壤有機(jī)質(zhì)提高，改善微生物活力和作物根系發(fā)育。

2 生物炭的起源及其作用

2.1 生物炭的起源

早期歐洲殖民者將巴西亞馬遜河流域存在一種黑色、肥沃的土壤，稱為“印第安黑土”。這種黑土在一百多年前就有西方學(xué)者在書中記載過。20世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家宋布魯克（sombroek）發(fā)現(xiàn)，在巴西亞馬遜河域，有一片區(qū)域內(nèi)的植物生長茂盛健壯，而且發(fā)現(xiàn)種植植物的土壤是黑色土地，研究發(fā)現(xiàn)，這種土壤是一個巨大而穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)庫，而其中的生物質(zhì)“黑碳”的有機(jī)碳含量高達(dá)35%。

2.2 生物炭的作用

生物炭可以間接地減少化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的施用量，不僅僅在貧瘠的土壤上培育出肥沃的高碳庫土壤，而且可以大幅提高土壤肥力，最明顯直接的效應(yīng)就是可以提高農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。目前已知1t生物質(zhì)可以固定0.726t二氧化碳，最關(guān)鍵的是可以把碳有效地吸附固化在生物炭中間，不僅能減少對石油制品的依賴，而且可以減少溫室氣體的排放。

我國在2009年，由中國工程院院士、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)陳溫福教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊率先開展了生物炭研究。研究表明，把生物質(zhì)在缺氧條件下進(jìn)行熱裂解干餾，加上一定的溫度條件所形成的富碳產(chǎn)物即為生物炭。生物炭孔隙度和表面積較大，其吸附力、抗氧化性和抗生物分解能力較強(qiáng)，可以改善土壤，成為肥料釋放劑，可以減少碳排放等。由于生物炭具有良好的吸附作用可吸附多種農(nóng)藥及重金屬，并且可用于改良土壤，可被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)面源污染阻控、修復(fù)污染土壤、減排溫室氣體和調(diào)控生物有效性等方面[1-3]，還對土壤肥力增強(qiáng)、氮磷轉(zhuǎn)化率和農(nóng)作物產(chǎn)量提高有一定的影響[4-5]。植物秸稈不僅可以用于生物炭的制備，而且還可以利用生活垃圾中的有機(jī)垃圾進(jìn)行制備，因而引起國內(nèi)外學(xué)者對生物炭的廣泛關(guān)注。生物炭的制備成本低廉、來源廣泛，但是目前我國在治理農(nóng)業(yè)面源污染方面關(guān)于生物炭的研究相對比較少，同時在內(nèi)蒙古自治區(qū)有著非常豐富的秸稈資源，大多數(shù)都被以焚燒的方式進(jìn)行處理，它不僅使得大量的碳素，氮素直接流失，更加重了空氣污染的日益嚴(yán)重的問題[6]。

3 秸稈生物炭的來源及其還田技術(shù)

3.1 秸稈生物炭的作用

植物秸稈、動物糞便、樹木枝干[7]以及部分堅果殼等在較高溫度和較少氧氣的條件下經(jīng)高溫?zé)峤膺^程形成生物炭，其表面含有豐富的-COOH、-COH和-OH 等含氧官能團(tuán)[8]，這些含氧官能團(tuán)決定了其在土壤中的功能。生物炭的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在土壤恢復(fù)和土壤酸化方面具有很大的潛力。作為農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化利用的重要方式，生物炭既能夠直接吸附土壤中的重金屬，又能影響土壤 pH 等理化性質(zhì)改變重金屬在土壤中的形態(tài)。已有研究表明pH是生物炭的重要化學(xué)屬性之一，對土壤重金屬的遷移有重要作用[9]。張千豐等研究表明生物炭對不同土壤、不同重金屬離子的遷移性規(guī)律存在著差異性[10]，熱解溫度及熱解條件的不同，生物炭pH也存在差異，其含氧官能團(tuán)也有不同。

3.2 對秸稈碳化技術(shù)的簡要介紹

簡單的還田方法是用秸稈、玉米秸稈、稻稈等直接或堆積成腐熟之后施入到土壤中，再進(jìn)行還田。在秸稈中儲存著大量的新鮮有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)過一段時間的分解后，可以直接轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分。而土壤的物理化學(xué)性質(zhì)也因一定量的氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)得到提高。秸稈還田雖然可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)約成本、提高產(chǎn)量、提高農(nóng)業(yè)效率，但在實施過程中，還應(yīng)注重環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 秸稈炭化還田效益

4.1 秸稈炭化還田的經(jīng)濟(jì)效益

秸稈還田可以充分解決廣大農(nóng)村有機(jī)肥肥源不足的問題，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，并且大約能減少氮肥的投入20%，糧食增產(chǎn)幅度平均為10%，產(chǎn)量以500kg/667m2計，可增產(chǎn)糧食50kg/667m2，增收75元/667m2。

4.2 秸稈炭化還田的社會效益

秸稈良好的原料來源使得秸稈炭化開發(fā)應(yīng)用在我國有光明的前景：一方面可以有效解決目前存在的秸稈能源化利用的瓶頸問題；另一方面也可以解決工廠化運(yùn)作存在的秸稈運(yùn)輸和貯藏問題。在內(nèi)蒙古地區(qū)發(fā)展秸稈炭化產(chǎn)業(yè)能夠推動秸稈經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可以使農(nóng)民收入增加，也是治理秸稈焚燒造成污染的有效措施，使秸稈不再是負(fù)擔(dān)，還可以轉(zhuǎn)化農(nóng)村剩余勞動力，改變秸稈的價值，改善農(nóng)民的生活收入。

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