炭基微生物肥料的制備及應(yīng)用

呂秀娟 覃中鳳 黃立平 梁家亮

（貴港市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 廣西 貴港 537100）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)在我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要位置，頻繁的農(nóng)業(yè)活動(dòng)不僅造成了土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力的下降，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的農(nóng)林廢棄秸稈，而秸稈的焚燒又進(jìn)一步加劇溫室氣體的排放，破壞了人類生存的環(huán)境。生物炭概念的出現(xiàn)及其研究進(jìn)展，讓低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展成為社會(huì)發(fā)展主題。生物炭應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上不僅可以實(shí)現(xiàn)土壤的改良、農(nóng)作物的增收增效，還可以有效降低環(huán)境污染。

1 生物炭概念

生物炭，顧名思義就是生物質(zhì)(秸稈、稻殼等)原料在無(wú)氧或限氧及低溫條件下經(jīng)熱裂解后產(chǎn)生的一類難溶的、穩(wěn)定性高的富碳固體物質(zhì)，主要成分為碳分子。經(jīng)過(guò)多年的研究，陳溫福院士團(tuán)隊(duì)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結(jié)構(gòu)及較大的比表面積使其對(duì)土壤水分和營(yíng)養(yǎng)元素吸持能力增強(qiáng)，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機(jī)污染物、降低土壤重金屬等方面有積極作用，在固碳及減少碳排放領(lǐng)域具有很大的潛力與空間，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展的重要保障[2]。

2 炭基微生物肥料的制備

2.1 生物質(zhì)炭化技術(shù)概述。生物質(zhì)炭化的主要產(chǎn)物是生物炭，副產(chǎn)物有木醋液、混合氣體等。將生物質(zhì)如秸稈、稻殼、果殼等廢棄物裝入炭化爐內(nèi)，并開啟煙氣凈化設(shè)備及循環(huán)水設(shè)備，在炭化爐的頂部開始點(diǎn)火，點(diǎn)火后再使用含水量約35%的生物質(zhì)覆蓋火源，保持一定的炭化溫度，一定時(shí)間后炭化完成即可得到生物炭。

2.2 炭基微生物肥料的制備。炭基微生物肥料結(jié)合了生物炭基肥料與微生物肥料兩者優(yōu)勢(shì)，具有高效環(huán)保功能。將原料如家禽糞便水分調(diào)解至55% ～60%，再加入發(fā)酵菌種并進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后堆成下寬3 m、上寬1 m、高度1.2 m、間距0.5 m 的條垛進(jìn)行發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵溫度升至65 ℃～70 ℃時(shí)開始翻拋，在發(fā)酵料水分達(dá)到25% ～30%時(shí)將發(fā)酵料轉(zhuǎn)至陳化區(qū)，陳化5 ～7 d 的物料經(jīng)過(guò)粉碎、粉篩后進(jìn)入生產(chǎn)車間。在炭基微生物肥料生產(chǎn)車間將發(fā)酵熟料、養(yǎng)分氮磷鉀、炭化車間的生物質(zhì)炭裝入組合配料系統(tǒng)，按比例配料，在配料的同時(shí)開啟攪拌裝置并噴入微生物菌種攪拌均勻，裝包即可得到炭基微生物肥料。

3 炭基微生物肥料在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

生物質(zhì)是地球上存在最廣泛的物質(zhì)，據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄殘余物12億t 左右，但目前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)資源利用情況不容樂(lè)觀。2017 年，國(guó)家能源局、環(huán)保部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)工作的通知》，《通知》 強(qiáng)調(diào)：“地方能源、環(huán)境保護(hù)主管部門協(xié)調(diào)相關(guān)部門加強(qiáng)農(nóng)林廢棄殘余物田間地頭管理，禁止露天焚燒”。2005 年，中國(guó)工程院院士陳溫福提出“秸稈炭化還田”理念與技術(shù)體系，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，生物炭基肥料已成為生物炭研究領(lǐng)域的一大重點(diǎn)，大量研究與試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，炭基肥料在玉米、高粱、花生、水稻等作物上使用可取得較好效果。

3.1 對(duì)土壤的影響。生物炭豐富的多孔結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積為土壤微生物的生存和生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境，有助于其繁殖，可提高土壤微生物結(jié)構(gòu)多樣性[3]。康日峰等[4]在研究生物炭基肥料對(duì)小麥生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，生物炭基肥料能顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，提升土壤肥力，同時(shí)還增加了土壤中堿解氮和有效磷養(yǎng)分的含量。羅惠莉[5]等用木屑和市政污泥混合物經(jīng)600 ℃高溫處理，制成含碳量60%以上，pH 值8.72 的生物炭，然后與石灰石、沸石混配成土壤調(diào)節(jié)劑施用在鎘污染稻田中，結(jié)果表明，施用該生物炭使土壤中生物有效性鎘降低，表明生物炭與石灰石、沸石混配能進(jìn)一步降低土壤中有效態(tài)鎘含量。

3.2 對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響。生物炭除了含有豐富的碳元素外，還含有大量的氮、鉀、鈣、鎂等無(wú)機(jī)組分，能為植物的生長(zhǎng)提供養(yǎng)分。萬(wàn)紀(jì)紅[6]將40%的生物質(zhì)炭基肥料應(yīng)用在玉米種植試驗(yàn)上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)施用了炭基肥料的玉米比常規(guī)施肥的玉米加快生育進(jìn)程1 ～2 d，同時(shí)增加了玉米株高、穗位、莖粗、穗粗和穗長(zhǎng)，且當(dāng)施用炭基肥料達(dá)到60 kg/667 m2和50 kg/667 m2時(shí)，玉米產(chǎn)量分別提高了12%和4%。于立宏等[7]將生物質(zhì)炭基肥料應(yīng)用在沙性土壤生產(chǎn)花生，結(jié)果表明，施用生物炭基肥料的處理組花生葉片功能期最長(zhǎng)，葉片持綠性好，根系著生根瘤數(shù)量最多，增產(chǎn)顯著，比施用花生專用肥料和傳統(tǒng)肥料分別增產(chǎn)5.2%和9.0%。

4 展望

生物炭技術(shù)以農(nóng)業(yè)和環(huán)境為核心，在促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、食品安全等方面具有重要作用。以生物炭作為載體發(fā)展而來(lái)的炭基微生物肥料及其應(yīng)用的相關(guān)研究取得了一定成效，但是受不同來(lái)源、材質(zhì)、炭化工藝、設(shè)備的影響，當(dāng)前生物炭及炭基微生物肥料研究領(lǐng)域仍然存在許多不足，今后需要進(jìn)一步加深研究。同時(shí)需要開展不同地區(qū)、不同作物的大規(guī)模炭基微生物肥料田間試驗(yàn)，為炭基微生物肥料的推廣應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)。