作者:李晨 方彦蘅 来源:中国科学报 发布时间:2022/8/9 17:24:58
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“秸”尽所能:科技良方破解还田难题

 

团队开发的炭基有机肥料       南京林大供图

正值夏收时节,江苏省南京市六合区新篁镇的田间地头一片繁忙景象。南京林业大学师生们也来到了这里。但和种粮大户紧盯着隆隆作响的收割机不同,师生们的注意力全在同步作业的秸秆打捆机上。

“这些收集起来的秸秆,通过我们的技术,一天至少能产出200吨的炭基有机肥料。”团队指导教师、南京林业大学生物与环境学院教授刘新说,“不仅要让秸秆取之于田、还之于田,还要培肥地力,才是真正实现了‘秸’尽所能。”

为秸秆寻找更好的处理方案

农谚道“斤粮斤草”,生产1斤粮食的同时可能产出同等甚至更多的秸秆。在过去传统的林农业生产活动中,人们往往采用焚烧等粗放的处理方式,但带来的空气污染问题却非常复杂。

后来推行的“秸秆还田”通过机械方式将秸秆粉碎后,直接埋在地表层,的确可以在一定程度上提升耕作效率。然而,近年来,随着农作物产量的提高,秸秆产量也在增加,秸秆还田量过大、土壤水分不足、耕作措施不当,会直接影响作物出苗和生长,导致病虫害增加、土壤碳氮比失调。

如何提升秸秆的综合利用率,实现真正的“变废为宝”?自2002年起,南京林业大学科研团队在国内外率先提出了“生物质气化发电联产炭、热、肥”的创新发展理念。

“生物质其实是一个非常广泛的概念。”马欢欢是南京林业大学生物质气(液)化工程研究中心最年轻的实验员,但从事相关研究已有10多年了。“大气中的二氧化碳和水,在有光的条件下可以生成碳水化合物,为植物提供必要的养分。植物的碳水化合物大部分存在于秸秆中,而我们收获的仅仅是粮食和种子。”在马欢欢看来,过往被粗放对待的秸秆,其实是满身是宝的“金秆秆”。

从这个思路出发,该团队在中国工程院院士、南京林业大学教授张齐生的带领下,开展了“大宗农林生物质固废资源化利用”等系列研究攻关。将秸秆在无氧或限制性供氧条件下,经过一定的温度热解就可以得到秸秆生物质炭。

秸秆生物质炭的最佳用途

由于秸秆生物质炭灰分含量高、热值偏低,并不适合做活性炭、工业用炭甚至机制烧烤炭等,那么,制备出来的秸秆生物质炭,它的用途又在哪里呢?

“在传统农业中,我们有烧草木灰的习惯。”这个传统的农耕习惯给了刘新启发。烧草木灰为什么可以增产?因为秸秆焚烧后,附着在秸秆上的虫卵被消灭了,而炭化的秸秆变成有机物,更有利于保持土壤的肥力。为此,他带领团队先后对全国十余个省份进行了调研、实验,采集土壤样本500余份,进行数据检测6000多次。

在江苏省句容市,酸化的土壤在使用炭基肥后有机质含量增加了15%,pH值提高了20%;在黑龙江省绥化市,退化的黑土地连续使用炭基肥3次后,土壤有机质提高3g/kg,玉米增产15%以上;在新疆自治区库尔勒市,盐碱化土壤在使用炭基有机肥后得到有效缓解,有机质提高4g/kg,每亩增产10.5%,3万亩增收9000万元……

一组组的实验数据表明,秸秆炭完全可以作为肥料还田,并将原本作物生长过程中吸收的各种大量元素和中微量元素返回土壤。

在此基础上,团队进一步研制出了秸秆炭包覆缓释技术。“将制成的秸秆炭保留秸秆全营养元素,以炭锁肥,将化肥的用量减少30%,利用率提高50%,有效解决土壤肥力欠缺的问题。”团队成员、南京林业大学生物与环境学院研究生谢林恩说。目前,该项技术已被列入农业农村部首个生物炭基肥的行业标准。

生物炭发展新方向

“老百姓的需要就是我的研究课题。”这是团队创始人张齐生生前对年轻人反复叮嘱的一句话。这个暑期,刘新带着学生又投入了新的研究。

秸秆炭的含碳量达 65%以上,具有很好的固碳减排作用。“我们在思考,如果在碳元素进入大气之前将其截留,使之形成一个小循环,实现碳减排,这或许将为农业生产的固碳减碳创造新的方向和新的案例。”

围绕国家“双碳”战略目标等重大科技需求,这支脚踏实地的科研团队正以科技为犁,翻耕在“三农”的沃土,书写下绿色富民的新文章。

 

 
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