秸秆变“炭”遍地金
辽宁利用秸秆炭基肥改良土壤种植魔芋。
阅读提示：生物质能作为可再生能源当中唯一的绿色零碳燃料，具有绿色、低碳、清洁、可再生等特点，在应对全球气候变化、解决能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用。从本期开始，我们将聚焦生物质能的固化、气化、液化和炭化技术，为您解读生物质能的特点、技术利用、效益分析和发展前景，并介绍部分地方典型经验，以飨读者。
秸秆，用之为宝，弃之为害。数据显示，我国年产农林废弃物约14亿吨，其中玉米、水稻、小麦等大宗作物的秸秆高达7亿吨，仅有不到1/3实现了还田；秸秆肥料化利用率不足20％，被焚烧或废弃的秸秆达20％以上。当前我国农田已不堪重负，耕地质量一再下降，气候变化和过度利用，使过去的良田沃土严重退化，土壤有机质含量降低，黑土层变薄、酸化现象严重，地力明显下降。如果不及时治理，东北地区的大部分黑土层将在50年后流失殆尽。
生物质炭化技术是秸秆综合利用的重要途径之一，一般是指通过特定炭化工艺设备将秸秆等生物质转化为稳定的富碳有机物质即“生物炭”，再以生物炭为载体生产一系列秸秆炭基农业投入品，然后结合一定农艺措施将炭基投入品返还于农业生产，从而实现秸秆的间接还田并提高其综合效益。
秸秆炭化的核心产物是生物炭，生物炭一般质地疏松、具备丰富的孔隙结构和较高的比表面积，这能够显著降低土壤容重进而改善土壤的水、气状况，同时也决定了生物炭具备良好的吸附能力，凭借这种能力可以制备具有养分持留缓释作用的生物炭基肥料，也可以用于吸附和固定水体、气体或土壤中的一些污染物。利用其孔隙丰富、比表面积大、吸附能力强、稳定有机碳含量高等优势特性，可用于开发出一系列的炭基农业投入品，例如生物炭基肥料、生物炭基有机肥料、生物炭基栽培基质、生物炭基土壤改良剂等。目前的研究和示范推广证明，生物炭直接还田或炭基投入品的应用在农业生产实践中表现出良好的土壤改良、作物增产和固碳减排等作用。秸秆炭化的过程除生物炭以外，还联产可燃气、秸秆醋液等副产物，在农村清洁能源替代、农作物病虫害绿色防控等方面具有开发应用价值。
近年来，生物炭在解决全球生态环境安全与农业可持续发展等方面的作用已获得普遍认可，被学术界誉为“黑色黄金”，许多国家都成立了专门的机构来研究生物炭理论与应用前景。炭化设备首先要以多联产为基础，生物炭以还田为主要应用方向。同时，制备过程产生的混合可燃气是理想的清洁能源。无论是集中制炭模式采用的大型炭化设备，还是分散制炭模式采用的小型炭化设备，都将产生大量的混合可燃气，若不能高效利用，不但是一种资源浪费，更会造成环境污染。因此，在相关的产业技术方面，多联产技术高效利用是对各类炭化设备的共同要求。对于有条件的大型集中炭化厂，将气转化成电，自用或上网，都是理想的选择。对于分散制炭模式使用的小型设备而言，宜将可燃气就地利用，支持并加速炭化过程，以提高生产效率，如原料烘干、釜外加热等。即便有多余的可燃气产出，也应以就近利用为主，如家庭供暖等。
生物炭来源于农业，亦可广泛应用于农业。生物炭施入农田，可有效改善土壤理化性质，增加作物产量，促进农业可持续发展。应用于能源领域，可成为替代煤、石油、天然气的清洁能源。生物炭进一步加工成活性炭，可用于重金属污染吸附、水质净化等。所以，深入研究、开发、利用生物炭，是合理、高效利用废弃生物质资源，解决“三农”问题的重要技术措施，对农业高效、生态、环保、可持续发展具有重要意义。
据专家测算，如果将全国7亿吨秸秆中的一半生产生物炭，会有1亿吨的产量。这相当于在不增加农民投入的情况下，1亿吨以上等价土壤改良剂或更多炭肥用于还田改土。如果能将14亿吨农林废弃物中的一半生产生物炭，会有2.1亿吨的产量，这相当于1.5亿吨标准煤，可实现经济效益1102亿元。
典型案例
“我家的7亩玉米地这两年自打用了炭基肥，地开始变得松软了。原来增加产量都靠多施化肥，造成土地板结，改用炭基肥后，化肥的用量也减少了。”辽宁省岫岩县雅河街道办事处洪家堡村村民崔元波告诉记者。
企业直接到田间地头收储秸秆，就近制炭后加工为炭基肥再施入田地，农民不再为秸秆处理发愁，政府也无须为防止秸秆焚烧“死看死守”，既减少了环境污染又能让农民增收，同时还增加了土壤肥力，这种“取之于田、用之于田”的秸秆处理技术已在岫岩县率先得到应用，彻底解决了当地农民秸秆和农林废弃物再利用的难题。
经过多年研发与应用，辽宁金和福农业科技股份有限公司利用炭化炉将田间地头的大量秸秆和废弃物制成生物炭，把其作为土壤改良剂直接施用于农田，有效改善了土壤的理化性质与微生态环境，直接激活了土壤生产性能，进而提高了作物的产量和品质。同时，利用该技术制备的木醋酸可作为工业原料，产生的气体可作为农村热源使用。
沈阳隆泰生物工程有限公司是一家生物炭基缓释肥生产企业，公司董事长施凯告诉记者：“我们在辽宁省生物炭工程技术研究中心的支持下，目前已研制出玉米、水稻、花生、大豆、马铃薯等系列专用炭基肥。炭基肥具有改良土壤、培肥地力、增温保湿、缓释增效、提质增产等效果，还能减轻病虫害的发生。”
记者在辽宁法库县孟家镇孤树子村村民祁超家的玉米地里，看到他家的玉米叶片明显比邻近地块的玉米叶片肥厚、颜色深。祁超说：“因为天旱，用了炭基肥的玉米在生长初期抗旱效果好，长得壮，保墒效果好。老百姓都说‘一味使用氮磷钾，土地早晚要搞砸’，而我用炭基肥两年了，感觉土壤更松软了，一亩地还能增产百八十斤。”
“用高炭基土壤修复肥种出来的红薯，能恢复红薯原生态味道，含糖量高达18％-22％。”河南惠农土质保育研发有限公司董事袁占军口中的高炭基土壤修复肥，是引进河南农业大学烟草栽培专家刘国顺教授科研团队研发的一种新型富含生物质炭的土壤修复肥，具有调节作物根部土壤碳氮比、促进土壤微生物生长繁殖和根系对土壤矿物质营养吸收、提高土壤团粒结构和肥料利用率、预防和减少农作物生理病害、改善农作物周围土壤的保水保肥能力、提高农作物产量质量等特点。
在河南登封烤烟和花生种植基地，以前普通化肥连年施用导致耕地土壤质量退化、微生物多样性减少、病虫害增加，现在生物质炭肥的施用解决了这些问题。生物炭在农田施用能显著提高土壤碳氮比，改善土壤微生物数量和多样性，使作物根系微生态环境得到明显改善，进而增强土壤矿物质养分均衡供应能力，与无机、有机肥配施可以减少20％-40％化肥氮的用量。