日前，中國工程院院士、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)陳溫福教授在第五屆全國農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)上，向?qū)W者和公眾介紹了以生物炭創(chuàng)造“技術(shù)土壤”的構(gòu)想。

生物炭到底是什么

一百多年前，有西方學(xué)者曾在書中記載過巴西亞馬遜河流域存在一種黑色、肥沃的土壤，早期歐洲殖民者將其稱為“印第安黑土”。

上世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家宋布魯克在巴西亞馬遜河流域，發(fā)現(xiàn)一片神奇黑色土地，區(qū)域內(nèi)的植物生長茂盛健壯。通過研究發(fā)現(xiàn)，這種土壤是一個(gè)巨大而穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)庫，其中來源于生物質(zhì)“黑炭”的有機(jī)碳含量高達(dá)35%。

陳溫福告訴告訴記者，生物炭就是把生物質(zhì)放在缺氧和一定溫度條件下熱裂解干餾形成的富碳產(chǎn)物，它有較大的孔隙度和比表面積，較強(qiáng)的吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力，因此可廣泛應(yīng)用于土壤改良、肥料緩釋劑、固碳減排等。

生物炭不僅可以大幅提高土壤肥力，在貧瘠的土壤上培育出肥沃的高碳庫土壤，最直接的效應(yīng)就是明顯提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以間接地減少化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的施用量。最關(guān)鍵是把碳有效地吸附固化在生物炭中間，減少了溫室氣體的排放，以及對(duì)石油制品的依賴。目前已知一噸生物質(zhì)可以固定0.726噸二氧化碳。

近年來，生物炭在解決全球生態(tài)環(huán)境安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面的作用已獲得普遍認(rèn)可，被學(xué)術(shù)界譽(yù)為“黑色黃金”，許多國家成立專門機(jī)構(gòu)來研究生物炭理論與應(yīng)用前景。2009年，陳溫福院士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)率先開展了生物炭研究。

把惹禍的秸稈變成神奇的生物炭

在我國，生物炭還有一個(gè)更加直觀的作用——秸稈的資源化再利用。

我國糧食連續(xù)9年實(shí)現(xiàn)大豐收，而這背后則是秸稈的大豐收。據(jù)國家發(fā)改委的統(tǒng)計(jì)，目前我國農(nóng)作物秸稈可收集量約為7億噸。每到收獲季節(jié)，作物秸稈堆積如山。

如果將這些秸稈、食用菌渣還田，無疑是增加土壤輸入、遏制土壤退化、改善耕地質(zhì)量的有效措施。但是，由于我國現(xiàn)行的土地政策將生產(chǎn)單元分割的過小，不利于秸稈還田機(jī)械的使用。迥異的氣候條件也使秸稈還田適用范圍受到限制，致使目前我國秸稈還田量還不到1/3，被燒掉或廢棄的量卻超過50%。焚燒秸稈排放的大量溫室氣體和煙塵，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降、誘發(fā)城市陰霾、影響航班起降等一系列環(huán)境問題。

目前，我國的秸稈利用主要是還田、制肥料、制飼料、做基料養(yǎng)菌和做原料造紙及制板材等5種途徑。

但是，陳溫福認(rèn)為首選的應(yīng)是直接還田和做肥料還田。取之于土還之于土，不僅可以改良土壤保障糧食安全，還能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

經(jīng)過5年研究，陳溫福院士團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出適合我國秸稈還田的生物炭制備綜合利用理論與技術(shù)體系，為了將秸稈制成“生物炭”，他還發(fā)明了半封閉式亞高溫缺氧干餾制炭新工藝，制炭成本低，易推廣。通過對(duì)秸稈在低于450℃條件下對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行亞高溫干餾炭化，生物質(zhì)炭化過程中，大約1/3轉(zhuǎn)化為生物炭，其余轉(zhuǎn)化為可燃燒的合成氣和原油替代品。

生物炭構(gòu)建的“技術(shù)土壤”有啥用

在展示的圖片中記者看到，在顯微鏡下觀察，生物炭就像一塊孔狀不規(guī)則的海綿。如用竹子加工生產(chǎn)竹炭，含炭量高達(dá)70%至80%，表面積達(dá)到每克140至180平方米。你能想象嗎，把1克竹炭的所有孔隙進(jìn)行平面切割，折合總面積竟然有一個(gè)中等戶型的房子那么大!

擁有如此高的表面積，生物炭理所當(dāng)然地成為了科學(xué)家構(gòu)建“技術(shù)土壤”的首選添加物。

陳溫福為我們描繪了生物炭作用路徑：作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑或者制成各種炭基肥料，起到提高土壤質(zhì)量，增加作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)的作用;或者作為土壤污染修復(fù)劑等，起到減少污染的效果。直接回歸土壤，可增加土壤碳封存約40%至50%。來自全球碳計(jì)劃統(tǒng)計(jì)，每年人類排放到大氣中的二氧化碳中有54%約48億噸，被陸地和海洋中的碳匯所吸收。剩余的約40億噸碳則需要人類想辦法去降低或者吸收。此外，由于全球氣候的變暖，天然碳匯的吸收量正在下降，這就意味著我們要么付出更大的努力減少空氣中的碳含量，要么停止向空氣中排放碳。

在幾年的實(shí)驗(yàn)中，陳溫福用各種農(nóng)作物秸稈進(jìn)行了生物炭制備及利用探索，施用生物炭后土壤容重明顯變小了，土質(zhì)更疏松了;土壤有機(jī)質(zhì)含量增加;部分作物有增產(chǎn)效果。

比如在馬鈴薯試驗(yàn)中，施用炭肥的地塊產(chǎn)量達(dá)6012斤/畝，比對(duì)照田增產(chǎn)18.8%，中薯、大薯比例更是比對(duì)照田高出32.2%和56.9%，差異顯著。

陳溫福算了一筆賬：如果是以秸稈還田形式，一年7億噸秸稈利用50%，就能得到1億噸生物炭，在不增加農(nóng)民投入情況下，以生物炭肥和土壤改良劑的形式，實(shí)現(xiàn)秸稈炭化還田改土。如果以生產(chǎn)炭化生物質(zhì)煤，一年14億噸農(nóng)林廢棄物利用50%，就能得到2.1億噸生物炭，相當(dāng)于1.5億噸標(biāo)煤價(jià)值1102億元。