3 生物質(zhì)炭對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響

3.1 對(duì)作物生物量、產(chǎn)量的影響

發(fā)現(xiàn) 2 年中 3 次連續(xù)施用生物質(zhì)炭（7 t/hm2）使得玉米的產(chǎn)量增加一倍。研究表明添加秸稈炭處理的黑麥草植株健壯，葉片色澤鮮亮，且隨著秸稈炭使用量的增加，植株的生長(zhǎng)更為茂盛。與不添加生物質(zhì)炭的處理相比，1% 秸稈炭處理的黑麥草生物量在第 90 天增加了 20%，4%秸稈炭處理的增加了 68%。指出在富含生物質(zhì)炭的土壤中，野草植株對(duì)地表的覆蓋率比單獨(dú)施用無(wú)機(jī)肥料時(shí)提高了 46%。發(fā)現(xiàn)與僅施無(wú)機(jī)肥料相比，增施生物質(zhì)炭的土壤谷物產(chǎn)量提高了 2 倍。當(dāng)以 500 kg/hm2 的標(biāo)準(zhǔn)向火山灰壤土中施加生物質(zhì)炭時(shí)，大豆產(chǎn)量增加了 5l%。研究了重金屬污染土壤中添加秸稈炭對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響，表明不同秸稈炭處理均提高了水稻光合速率，顯著增加了水稻產(chǎn)量。 

3.2 對(duì)烤煙產(chǎn)量、質(zhì)量的影響

煙田施用生物質(zhì)炭可以顯著增加煙株對(duì)磷、鉀養(yǎng)分的吸收量，從而有利于煙株的生長(zhǎng)，其中施用煙稈生物質(zhì)炭比玉米稈生物質(zhì)炭更能促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)。煙田按照1 575 kg/hm2 的量施用生物質(zhì)炭，可以促進(jìn)煙葉生長(zhǎng)和產(chǎn)量的提高，且隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，煙株干質(zhì)量和產(chǎn)量也增加，但當(dāng)生物質(zhì)炭施用量達(dá)到一定量（2 025 kg/hm2）時(shí)，煙葉的品質(zhì)開(kāi)始下降。研究也有相似結(jié)論，生物質(zhì)炭提高了烤煙大田生長(zhǎng)后期根、莖、葉各部位的干物質(zhì)積累。據(jù)此，在烤煙的生產(chǎn)實(shí)踐中可考慮適當(dāng)施用一定量的生物質(zhì)炭以進(jìn)一步提高烤煙種植的生產(chǎn)效益。研究表明煙田施用生物質(zhì)炭可以延長(zhǎng)烤煙的大田生長(zhǎng)期，使得煙葉內(nèi)在物質(zhì)更加充分轉(zhuǎn)化，利于煙葉品質(zhì)的形成。生物質(zhì)炭施用量為 750~1 125kg/hm2時(shí)，烤后煙葉石油醚提取物含量增加 12%，中性致香物質(zhì)總量大幅提高。生物質(zhì)炭還可以顯著提高團(tuán)棵期以后各生長(zhǎng)階段煙葉葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量，這與生物質(zhì)炭顯著提高烤后煙葉致香氣物質(zhì)相一致。

研究表明，隨著生物質(zhì)炭用量的增加，煙葉總氮和煙堿含量有不同程度地提高，但其含量均未超過(guò)優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍。生物質(zhì)炭對(duì)植煙土壤鉀元素含量的貢獻(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉有重要意義。針對(duì)中國(guó)黃淮煙區(qū)煙葉鉀含量偏低的問(wèn)題，建議在烤煙的生產(chǎn)實(shí)踐中可適當(dāng)施用一定量的生物質(zhì)炭，以提高煙田有機(jī)質(zhì)含量，減少因雨水而造成的土壤養(yǎng)分流失，提高土壤有效養(yǎng)分含量，尤其是鉀元素含量。在“降焦減害”的大背景下，隨之帶來(lái)的煙堿稀釋使得高煙堿含量的煙葉將顯示出更大優(yōu)勢(shì)。

4 生物質(zhì)炭化還田模式與科學(xué)問(wèn)題探討

4.1 生物質(zhì)炭化還田技術(shù)模式

生物質(zhì)炭化還田是中國(guó)發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要途徑之一。河南省生物炭技術(shù)工程中心開(kāi)展了秸稈炭化技術(shù)工程化研究，以生物質(zhì)炭為原料研制了不同產(chǎn)品，2016 年 9 月在河南省洛寧縣建設(shè)了年產(chǎn) 5 萬(wàn) t生物質(zhì)炭基肥生產(chǎn)線(xiàn)，技術(shù)模式如圖 3 所示。生物質(zhì)炭化還田技術(shù)是該生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)核心，該設(shè)備采用雙層套筒傾斜平式設(shè)計(jì)對(duì)原料進(jìn)行高溫快速炭化，炭化過(guò)程中可以自由調(diào)控反應(yīng)器的炭化溫度、升溫速率、滯留時(shí)間等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并可根據(jù)不同生物質(zhì)特性以及不同需求，調(diào)控設(shè)備轉(zhuǎn)速與滯留時(shí)間，生產(chǎn)出適合不同品質(zhì)的生物質(zhì)炭原料。該技術(shù)模式經(jīng)過(guò) 3 年的運(yùn)行表明，農(nóng)作物秸稈炭化還田技術(shù)具有良好的發(fā)展?jié)摿?，有利于促進(jìn)中國(guó)循環(huán)農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

4.2 生物質(zhì)炭施用與土壤類(lèi)型和基礎(chǔ)肥力密切相關(guān)

在不施用化肥的情況下，對(duì)肥力水平差異較大的 2 個(gè)土壤樣品與不同量（0、10、50 和200 g/kg）生物質(zhì)炭進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng) 1 年后種植黑麥草，結(jié)果顯示，肥力水平較低的土壤施用生物質(zhì)炭可以顯著提高黑麥草的產(chǎn)量；而隨著肥力水平的提高，生物質(zhì)炭對(duì)黑麥草的增產(chǎn)效應(yīng)有所下降，甚至?xí)档彤a(chǎn)量。以壤土為供試土壤，通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究生物質(zhì)炭與氮肥互作對(duì)菠菜生長(zhǎng)的影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在低氮處理?xiàng)l下，生物質(zhì)炭更易發(fā)揮增產(chǎn)效應(yīng)，認(rèn)為生物質(zhì)炭可以肥沃土壤，在一定程度上代替肥料提高土壤生產(chǎn)力。溫度與土壤供鉀容量和強(qiáng)度（Q/I）的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)升高溫度促進(jìn)了土壤吸附位上吸附的 K＋離解，土壤供鉀強(qiáng)度和容量明顯增加，即提高了土壤的供鉀能力。在氮貧瘠的土壤中加入生物質(zhì)炭后，短期內(nèi)作物的生長(zhǎng)率會(huì)降低，原因是施加生物質(zhì)炭后，土壤中 C/N 提高，從而限制了土壤氮素的利用度。該結(jié)論主要基于土壤碳氮比需協(xié)調(diào)，過(guò)量的生物質(zhì)炭會(huì)影響氮肥的吸收利用。生物質(zhì)炭與氮肥互作對(duì)植煙土壤以及烤煙的影響試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭對(duì)土壤性狀與烤煙化學(xué)成分的影響與施氮水平存在很大的關(guān)系，具體結(jié)論還有待進(jìn)一步論證。 

4.3 生物質(zhì)炭對(duì)土壤-作物系統(tǒng)發(fā)揮積極作用的時(shí)間限制

在哥倫比亞熱帶草原施用 20 t/hm2生物質(zhì)炭發(fā)現(xiàn)，除施用后第一年外，第二、第三、第四年 玉 米 產(chǎn) 量 與 對(duì) 照 相 比 增 產(chǎn) 顯 著 ，增 幅 分 別 達(dá)28%、30% 和 140%在巴西亞馬遜氧化土上施用生物質(zhì)炭 1 年后（11 t/hm2），第二、第三年 4 個(gè)生長(zhǎng)季中水稻和高粱的產(chǎn)量提高了75%。在對(duì)生物質(zhì)炭與土壤進(jìn)行 1 年培養(yǎng)，再種植黑麥草的前提下，增施生物質(zhì)炭可以提高黑麥草產(chǎn)量。推測(cè)生物質(zhì)炭施入土壤初期尚未真正融入土壤，其對(duì)土壤-作物系統(tǒng)發(fā)揮積極作用是在施入土壤一段時(shí)間之后，然而發(fā)揮積極效應(yīng)的具體期限尚不清楚。值得注意的是，農(nóng)田施用生物質(zhì)炭有利于減少溫室氣體的排放。研究發(fā)現(xiàn)在稻田中施
加生物質(zhì)炭和爐渣等材料，可以提高糧食產(chǎn)量和減少溫室氣體的排放。

5 結(jié)語(yǔ)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)生量 9 億~10 億 t，
其中玉米、水稻、小麥和煙草等作物是秸稈的主要來(lái)源。目前，關(guān)于秸稈還田技術(shù)傳統(tǒng)的方式為直接粉碎還田、過(guò)腹還田和發(fā)酵腐熟還田，這些技術(shù)模式各有其自身優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。鑒于生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)土壤保育、增加土壤碳庫(kù)、促進(jìn)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收和減少溫室氣體排放等方面的積極作用，表明秸稈炭化還田技術(shù)模式在循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中具有良好的發(fā)展前景，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)秸稈利用技術(shù)的缺陷，提升和豐富了中國(guó)秸稈資源化利用方式。農(nóng)業(yè)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各要素相互聯(lián)系、相互影響，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問(wèn)題必須用科學(xué)統(tǒng)籌兼顧的思路。生物質(zhì)炭化還田作為一種新的技術(shù)模式，目前在中國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了深入、系統(tǒng)地研究，并相繼建立了示范生產(chǎn)線(xiàn)，從技術(shù)模式上構(gòu)建了循環(huán)發(fā)展鏈條，但在政策、管理等方面還缺乏配套的機(jī)制和政策體系。因此，建議在不同區(qū)域范圍內(nèi)，采用“產(chǎn)學(xué)研政”的方式構(gòu)建技術(shù)、工作、政策三位一體的整體技術(shù)開(kāi)發(fā)模式，促進(jìn)中國(guó)秸稈資源化高效利用和綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

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