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16期陈温福等：农用生物炭研究进展与前景3329；病害增加，不利于高产稳产；一家一户的小型化生产方；狭义上说，生物炭的改土增产作用具有稳定性和持续性；土增产作用已被国内外大量研究所证实；无论从粮食安全、环境安全，还是从可持续发展角度来；值得指出的是，在中国研究与开发生物炭产业，应该遵；一是发展生物炭产业必须坚持以农林废弃物循环利用为；二是生物炭产业应以克服土 16期 陈温福等：农用生物炭研究进展与前景 3329 病害增加，不利于高产稳产；一家一户的小型化生产方式，不利于大机械的使用等。因此，在难以进行秸秆还田的地区，示范推广生物炭还田技术，符合因地制宜的原则，是科学、合理、可行的做法。秸秆发电、固化、气化、液化是农业生物质能源化利用的主要形式，虽然可以大量消耗秸秆，在一定程度上缓解秸秆焚烧压力，实现生物质的资源化利用，但其集中生产模式难以降低废弃物收集、储运过程中的运输成本，亦即相关企业难以脱离政府补贴而独立发展。更重要的是，这种能源化利用方式仅仅从资源利用角度考虑问题，忽视了对产出这些资源的耕地的保护，是一种“竭泽而渔、吃干榨净”的掠夺式做法，在一定程度上破坏了耕地可持续发展的物质基础，也无法实现农业系统内部稳定的物质循环。生物炭还田技术与上述利用方式不同，它结合了废弃物资源化、循环、可持续理念，在消化利用农业废弃物的同时，将生物炭再次返还给土壤，形成“取之于田，用之于田”的良性循环模式，因此可效地解决农林废弃物资源化利用、物质循环和耕地可持续发展等一系列问题。 狭义上说，生物炭的改土增产作用具有稳定性和持续性。广义上说，秸秆炭化还田则是保持农田生态系统持续发展的重要途径。2008年中国中、低产田面积已达到0.8亿hm2，占耕地总面积的65%以上，2009年进一步上升到耕地总面积的70%。特别是由于气候变化和掠夺式的过度开发利用，过去的良田沃土已经开始退化，有机质含量降低，酸化、板结、黏重现象严重，地力明显下降，已成为制约和影响粮食生产发展的“瓶颈”。另外，由于工、农业生产的发展，农田污染面积不断扩大，成为影响农业可持续发展的“隐忧”。以重金属污染农田为例，近20年中国重金属污染农田面积增加了14.6%，已近0.2亿hm2，占总耕地面积的1/6。生物炭应用于农田，不仅可以吸持养分、减少养分流失、缓解水体富营养化，亦可应用于受重金属、有机污染物等污染的土壤或水体，通过吸附、钝化、固持等作用方式降低污染物的生物有效性，对于粮食安全、食品质量安全保障能力的提升具有重要意义。 土增产作用已被国内外大量研究所证实。有理由相信，以秸秆炭化还田为核心的生物炭技术，未来必将得到普遍认可和迅速发展，生物炭产业也将应运而生，并成为国家战略性新兴产业。事实上，中国的生物炭研究与产业技术开发已经走过了近十年的发展历程，一些勇于探索的研究者和先锋企业已积累了一定的研究成果、产品和经验。尽管这些成果、产品和经验还不十分丰富，但已初步描绘出中国生物炭研究与产业发展的广阔前景。 无论从粮食安全、环境安全，还是从可持续发展角度来看，生物炭研究与产业技术开发都与国家发展战略极为契合。《国家粮食安全中长期规划纲要（2008—2020年）》指出，严格控制面源污染，保护和改善粮食产地环境，通过农业资源高效利用等方面的新突破着力提高粮食单产水平。国家发改委出台的《“十二五”秸秆综合利用实施方案》中也指出，农业是秸秆综合利用的优先发展方向。生物炭技术正是以农林业和环境为核心，全面服务于粮食安全、环境安全和可持续发展的新技术、新产业，应该在国家的大力支持和引导下健康、快速的发展。 值得指出的是，在中国研究与开发生物炭产业，应该遵循以下几项原则： 一是发展生物炭产业必须坚持以农林废弃物循环利用为出发点。 自生物炭技术提出时开始，国际上就不乏反对的声音。国际生物炭倡导组织向联合国气候变化大会提交的“发展废弃物生物质碳转化与生物炭农业应用”的提案至今没有下文就是最好的例子。究其原因，大多是担心在生物炭产业市场化过程中，有可能出现伐木取炭导致毁林而破坏生态等不合理开发方式。这是一个市场、政策层面的问题，归根到底是生物炭的来源问题，良好的顶层设计将有利于其妥善解决。因此，生物炭技术必须坚持以农林废弃物综合利用为出发点，这不但是维持农田生态系统稳定平衡的需要，也是生物炭这一概念的本质属性。 二是生物炭产业应以克服土壤障碍和中低产田改造为主要方向。中国存在大量的障碍型土壤和中低产田，以辽宁省为例，盐碱土总面积20—27万hm2，风沙土13.3万hm2，酸性、微酸性耕地面积102万hm2，耕型涝洼地30万hm2。由各种因素造成的中地产田面积占辽宁省耕地总面积的48%以上。2009年，辽宁省玉米总产量为963.1万t，播种面积为196.41万hm2，平均单产水平仅为4 903.5 kg·hm-2。而美国玉米平均单产水平早在20世纪90年代就已超过7 425 kg·hm-2。 4 展望 生物炭概念的提出源于对亚马逊流域先民无意间留下的“Terra preta”（亚马逊黑土）所具有的增产作用的观察。它一经出现，便引起全世界的广泛关注。如前所述，作为一项来源于实践的技术，生物炭的改 3330 中 国 农 业 科 学 46卷 品种、栽培方法固然是造成差异的原因，但耕地质量的巨大区别也不容忽视。根据收益递减原则，生物炭应用首先应以改造中低产田为重点，尤其以克服土壤酸化、板结等土壤障碍为主攻方向，开展秸秆炭化还田技术研究与试验示范。 三是明确农林废弃物范畴，因地制宜地实施秸秆炭化还田。在现行土地管理制度和现有技术手段下，能够且已经被利用的秸秆就不是废弃生物质，例如生物质发电、生产沼气等。即便在秸秆还田技术不适用地区，秸秆也难以完全划归为废弃物。只有确实没有被利用而被大量焚烧或废弃的秸秆，才能视为废弃生物质。菌渣、蔗渣等同样如此。因此，生物炭技术的适用范畴与区域经济、技术发展水平和生态气候条件等息息相关。因地制宜地开展生物炭产业技术开发与应用是生物炭产业发展的关键。在低温冷凉、秸秆直接还田问题较多的东北地区，在酸化粘重的南方红壤土地区，在工业发达、重金属污染严重的地区等，都是开展秸秆炭化还田技术试验示范的优先选择区。在生物炭的作物生产应用中，也应该因地制宜，根据作物类型合理施用。 四是大规模集中制炭与分散制炭模式的兼容并蓄。当前，中国主要存在两种生物炭产业模式：大规模集中制炭就地深加工和分散制炭，集炭异地深加工。在废弃生物质集中产区，如稻米加工厂、蔗糖厂、食用菌生产基地等，产出的废弃谷壳、蔗渣、菌棒等数量多、规模大，集中制炭深加工是理想选择。但集中制炭深加工方式显然不适于分散度高、密度低、运输难度大的农作物秸秆等废弃生物质的处理。相对而言，以一个生物炭深加工厂为中心，辐射若干制炭厂的分散制炭、集炭异地深加工模式，具有运输成本低、弹性大、灵活性强等特点，在量大面广的种植业领域更适用。因此，在开展生物炭产业技术开发时，应根据农林废弃物的资源特点综合考量。在相关产业技术层面，以多联产为主要目标的大型生物炭生产系统和以灵活机动、可实现就地就近炭化的小型生物炭生产装置应该是着力攻克的关键。 此外，在特定条件和特定经济运行环境下，适度发展秸秆发电、生物燃料等，可能也是调整资源结构的有效方式。但从中国具体国情出发，必须认识到“粮食”是中国的第一稀缺资源，产出粮食的耕地更是第一稀缺资源。中国耕地面积已无法扩大，但耕地质量是可以提升的。因此，遵循自然与生态规律，“以农林废弃资源循环利用为基础，以秸秆炭化还田为核心， 增加土壤投入，提高耕地质量，消减秸秆焚烧，实现固碳减排和农业可持续发展”，应该是一条符合中国国情并具有中国特色的生物炭产业发展之路。 “地大物博”还是“地大物薄”？是一种认识，更是一种选择和责任！ |
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