吕秀娟 覃中凤 黄立平 梁家亮

（贵港市农业科学研究院 广西 贵港 537100）

我国是农业大国，农业经济在我国整体经济中占据重要位置，频繁的农业活动不仅造成了土壤质量和生产力的下降，同时也产生了大量的农林废弃秸秆，而秸秆的焚烧又进一步加剧温室气体的排放，破坏了人类生存的环境。生物炭概念的出现及其研究进展，让低碳、环保、可持续发展成为社会发展主题。生物炭应用在农业上不仅可以实现土壤的改良、农作物的增收增效，还可以有效降低环境污染。

1 生物炭概念

生物炭，顾名思义就是生物质(秸秆、稻壳等)原料在无氧或限氧及低温条件下经热裂解后产生的一类难溶的、稳定性高的富碳固体物质，主要成分为碳分子。经过多年的研究，陈温福院士团队指出，生物炭施入土壤可降低土壤容重并提高其持水能力，且生物炭具有的多孔结构及较大的比表面积使其对土壤水分和营养元素吸持能力增强，有助于土壤肥力的提高[1]。除此外，研究表明，生物炭在吸附土壤有机污染物、降低土壤重金属等方面有积极作用，在固碳及减少碳排放领域具有很大的潜力与空间，是实现农业经济循环、可持续发展的重要保障[2]。

2 炭基微生物肥料的制备

2.1 生物质炭化技术概述。生物质炭化的主要产物是生物炭，副产物有木醋液、混合气体等。将生物质如秸秆、稻壳、果壳等废弃物装入炭化炉内，并开启烟气净化设备及循环水设备，在炭化炉的顶部开始点火，点火后再使用含水量约35%的生物质覆盖火源，保持一定的炭化温度，一定时间后炭化完成即可得到生物炭。

2.2 炭基微生物肥料的制备。炭基微生物肥料结合了生物炭基肥料与微生物肥料两者优势，具有高效环保功能。将原料如家禽粪便水分调解至55% ～60%，再加入发酵菌种并进行搅拌，搅拌均匀后堆成下宽3 m、上宽1 m、高度1.2 m、间距0.5 m 的条垛进行发酵。当发酵温度升至65 ℃～70 ℃时开始翻抛，在发酵料水分达到25% ～30%时将发酵料转至陈化区，陈化5 ～7 d 的物料经过粉碎、粉筛后进入生产车间。在炭基微生物肥料生产车间将发酵熟料、养分氮磷钾、炭化车间的生物质炭装入组合配料系统，按比例配料，在配料的同时开启搅拌装置并喷入微生物菌种搅拌均匀，装包即可得到炭基微生物肥料。

3 炭基微生物肥料在农业上的应用

生物质是地球上存在最广泛的物质，据国家能源局数据显示，我国每年产生的农林废弃残余物12亿t 左右，但目前国内生物质资源利用情况不容乐观。2017 年，国家能源局、环保部联合下发《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》，《通知》 强调：“地方能源、环境保护主管部门协调相关部门加强农林废弃残余物田间地头管理，禁止露天焚烧”。2005 年，中国工程院院士陈温福提出“秸秆炭化还田”理念与技术体系，经过十几年的发展，生物炭基肥料已成为生物炭研究领域的一大重点，大量研究与试验数据表明，炭基肥料在玉米、高粱、花生、水稻等作物上使用可取得较好效果。

3.1 对土壤的影响。生物炭丰富的多孔结构以及巨大的比表面积为土壤微生物的生存和生长提供了良好的环境，有助于其繁殖，可提高土壤微生物结构多样性[3]。康日峰等[4]在研究生物炭基肥料对小麦生长、养分吸收及土壤肥力的影响时发现，生物炭基肥料能显著提高土壤中有机质的含量，提升土壤肥力，同时还增加了土壤中碱解氮和有效磷养分的含量。罗惠莉[5]等用木屑和市政污泥混合物经600 ℃高温处理，制成含碳量60%以上，pH 值8.72 的生物炭，然后与石灰石、沸石混配成土壤调节剂施用在镉污染稻田中，结果表明，施用该生物炭使土壤中生物有效性镉降低，表明生物炭与石灰石、沸石混配能进一步降低土壤中有效态镉含量。

3.2 对作物生长及产量的影响。生物炭除了含有丰富的碳元素外，还含有大量的氮、钾、钙、镁等无机组分，能为植物的生长提供养分。万纪红[6]将40%的生物质炭基肥料应用在玉米种植试验上，结果发现施用了炭基肥料的玉米比常规施肥的玉米加快生育进程1 ～2 d，同时增加了玉米株高、穗位、茎粗、穗粗和穗长，且当施用炭基肥料达到60 kg/667 m2和50 kg/667 m2时，玉米产量分别提高了12%和4%。于立宏等[7]将生物质炭基肥料应用在沙性土壤生产花生，结果表明，施用生物炭基肥料的处理组花生叶片功能期最长，叶片持绿性好，根系着生根瘤数量最多，增产显著，比施用花生专用肥料和传统肥料分别增产5.2%和9.0%。

4 展望

生物炭技术以农业和环境为核心，在促进农业可持续发展、环境保护、食品安全等方面具有重要作用。以生物炭作为载体发展而来的炭基微生物肥料及其应用的相关研究取得了一定成效，但是受不同来源、材质、炭化工艺、设备的影响，当前生物炭及炭基微生物肥料研究领域仍然存在许多不足，今后需要进一步加深研究。同时需要开展不同地区、不同作物的大规模炭基微生物肥料田间试验，为炭基微生物肥料的推广应用提供科学的理论依据。