16期 陳溫福等：農(nóng)用生物炭研究進展與前景 3329

病害增加，不利于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；一家一戶的小型化生產(chǎn)方式，不利于大機械的使用等。因此，在難以進行秸稈還田的地區(qū)，示范推廣生物炭還田技術(shù)，符合因地制宜的原則，是科學(xué)、合理、可行的做法。秸稈發(fā)電、固化、氣化、液化是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源化利用的主要形式，雖然可以大量消耗秸稈，在一定程度上緩解秸稈焚燒壓力，實現(xiàn)生物質(zhì)的資源化利用，但其集中生產(chǎn)模式難以降低廢棄物收集、儲運過程中的運輸成本，亦即相關(guān)企業(yè)難以脫離政府補貼而獨立發(fā)展。更重要的是，這種能源化利用方式僅僅從資源利用角度考慮問題，忽視了對產(chǎn)出這些資源的耕地的保護，是一種“竭澤而漁、吃干榨凈”的掠奪式做法，在一定程度上破壞了耕地可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也無法實現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定的物質(zhì)循環(huán)。生物炭還田技術(shù)與上述利用方式不同，它結(jié)合了廢棄物資源化、循環(huán)、可持續(xù)理念，在消化利用農(nóng)業(yè)廢棄物的同時，將生物炭再次返還給土壤，形成“取之于田，用之于田”的良性循環(huán)模式，因此可效地解決農(nóng)林廢棄物資源化利用、物質(zhì)循環(huán)和耕地可持續(xù)發(fā)展等一系列問題。

狹義上說，生物炭的改土增產(chǎn)作用具有穩(wěn)定性和持續(xù)性。廣義上說，秸稈炭化還田則是保持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。2008年中國中、低產(chǎn)田面積已達到0.8億hm2，占耕地總面積的65%以上，2009年進一步上升到耕地總面積的70%。特別是由于氣候變化和掠奪式的過度開發(fā)利用，過去的良田沃土已經(jīng)開始退化，有機質(zhì)含量降低，酸化、板結(jié)、黏重現(xiàn)象嚴(yán)重，地力明顯下降，已成為制約和影響糧食生產(chǎn)發(fā)展的“瓶頸”。另外，由于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，農(nóng)田污染面積不斷擴大，成為影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的“隱憂”。以重金屬污染農(nóng)田為例，近20年中國重金屬污染農(nóng)田面積增加了14.6%，已近0.2億hm2，占總耕地面積的1/6。生物炭應(yīng)用于農(nóng)田，不僅可以吸持養(yǎng)分、減少養(yǎng)分流失、緩解水體富營養(yǎng)化，亦可應(yīng)用于受重金屬、有機污染物等污染的土壤或水體，通過吸附、鈍化、固持等作用方式降低污染物的生物有效性，對于糧食安全、食品質(zhì)量安全保障能力的提升具有重要意義。

土增產(chǎn)作用已被國內(nèi)外大量研究所證實。有理由相信，以秸稈炭化還田為核心的生物炭技術(shù)，未來必將得到普遍認可和迅速發(fā)展，生物炭產(chǎn)業(yè)也將應(yīng)運而生，并成為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。事實上，中國的生物炭研究與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)已經(jīng)走過了近十年的發(fā)展歷程，一些勇于探索的研究者和先鋒企業(yè)已積累了一定的研究成果、產(chǎn)品和經(jīng)驗。盡管這些成果、產(chǎn)品和經(jīng)驗還不十分豐富，但已初步描繪出中國生物炭研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的廣闊前景。

無論從糧食安全、環(huán)境安全，還是從可持續(xù)發(fā)展角度來看，生物炭研究與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)都與國家發(fā)展戰(zhàn)略極為契合。《國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要（2008—2020年）》指出，嚴(yán)格控制面源污染，保護和改善糧食產(chǎn)地環(huán)境，通過農(nóng)業(yè)資源高效利用等方面的新突破著力提高糧食單產(chǎn)水平。國家發(fā)改委出臺的《“十二五”秸稈綜合利用實施方案》中也指出，農(nóng)業(yè)是秸稈綜合利用的優(yōu)先發(fā)展方向。生物炭技術(shù)正是以農(nóng)林業(yè)和環(huán)境為核心，全面服務(wù)于糧食安全、環(huán)境安全和可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該在國家的大力支持和引導(dǎo)下健康、快速的發(fā)展。

值得指出的是，在中國研究與開發(fā)生物炭產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該遵循以下幾項原則：

一是發(fā)展生物炭產(chǎn)業(yè)必須堅持以農(nóng)林廢棄物循環(huán)利用為出發(fā)點。 自生物炭技術(shù)提出時開始，國際上就不乏反對的聲音。國際生物炭倡導(dǎo)組織向聯(lián)合國氣候變化大會提交的“發(fā)展廢棄物生物質(zhì)碳轉(zhuǎn)化與生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用”的提案至今沒有下文就是最好的例子。究其原因，大多是擔(dān)心在生物炭產(chǎn)業(yè)市場化過程中，有可能出現(xiàn)伐木取炭導(dǎo)致毀林而破壞生態(tài)等不合理開發(fā)方式。這是一個市場、政策層面的問題，歸根到底是生物炭的來源問題，良好的頂層設(shè)計將有利于其妥善解決。因此，生物炭技術(shù)必須堅持以農(nóng)林廢棄物綜合利用為出發(fā)點，這不但是維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡的需要，也是生物炭這一概念的本質(zhì)屬性。

二是生物炭產(chǎn)業(yè)應(yīng)以克服土壤障礙和中低產(chǎn)田改造為主要方向。中國存在大量的障礙型土壤和中低產(chǎn)田，以遼寧省為例，鹽堿土總面積20—27萬hm2，風(fēng)沙土13.3萬hm2，酸性、微酸性耕地面積102萬hm2，耕型澇洼地30萬hm2。由各種因素造成的中地產(chǎn)田面積占遼寧省耕地總面積的48%以上。2009年，遼寧省玉米總產(chǎn)量為963.1萬t，播種面積為196.41萬hm2，平均單產(chǎn)水平僅為4 903.5 kg·hm-2。而美國玉米平均單產(chǎn)水平早在20世紀(jì)90年代就已超過7 425 kg·hm-2。

4 展望

生物炭概念的提出源于對亞馬遜流域先民無意間留下的“Terra preta”（亞馬遜黑土）所具有的增產(chǎn)作用的觀察。它一經(jīng)出現(xiàn)，便引起全世界的廣泛關(guān)注。如前所述，作為一項來源于實踐的技術(shù)，生物炭的改

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品種、栽培方法固然是造成差異的原因，但耕地質(zhì)量的巨大區(qū)別也不容忽視。根據(jù)收益遞減原則，生物炭應(yīng)用首先應(yīng)以改造中低產(chǎn)田為重點，尤其以克服土壤酸化、板結(jié)等土壤障礙為主攻方向，開展秸稈炭化還田技術(shù)研究與試驗示范。

三是明確農(nóng)林廢棄物范疇，因地制宜地實施秸稈炭化還田。在現(xiàn)行土地管理制度和現(xiàn)有技術(shù)手段下，能夠且已經(jīng)被利用的秸稈就不是廢棄生物質(zhì)，例如生物質(zhì)發(fā)電、生產(chǎn)沼氣等。即便在秸稈還田技術(shù)不適用地區(qū)，秸稈也難以完全劃歸為廢棄物。只有確實沒有被利用而被大量焚燒或廢棄的秸稈，才能視為廢棄生物質(zhì)。菌渣、蔗渣等同樣如此。因此，生物炭技術(shù)的適用范疇與區(qū)域經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展水平和生態(tài)氣候條件等息息相關(guān)。因地制宜地開展生物炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用是生物炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在低溫冷涼、秸稈直接還田問題較多的東北地區(qū)，在酸化粘重的南方紅壤土地區(qū)，在工業(yè)發(fā)達、重金屬污染嚴(yán)重的地區(qū)等，都是開展秸稈炭化還田技術(shù)試驗示范的優(yōu)先選擇區(qū)。在生物炭的作物生產(chǎn)應(yīng)用中，也應(yīng)該因地制宜，根據(jù)作物類型合理施用。

四是大規(guī)模集中制炭與分散制炭模式的兼容并蓄。當(dāng)前，中國主要存在兩種生物炭產(chǎn)業(yè)模式：大規(guī)模集中制炭就地深加工和分散制炭，集炭異地深加工。在廢棄生物質(zhì)集中產(chǎn)區(qū)，如稻米加工廠、蔗糖廠、食用菌生產(chǎn)基地等，產(chǎn)出的廢棄谷殼、蔗渣、菌棒等數(shù)量多、規(guī)模大，集中制炭深加工是理想選擇。但集中制炭深加工方式顯然不適于分散度高、密度低、運輸難度大的農(nóng)作物秸稈等廢棄生物質(zhì)的處理。相對而言，以一個生物炭深加工廠為中心，輻射若干制炭廠的分散制炭、集炭異地深加工模式，具有運輸成本低、彈性大、靈活性強等特點，在量大面廣的種植業(yè)領(lǐng)域更適用。因此，在開展生物炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)時，應(yīng)根據(jù)農(nóng)林廢棄物的資源特點綜合考量。在相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)層面，以多聯(lián)產(chǎn)為主要目標(biāo)的大型生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)和以靈活機動、可實現(xiàn)就地就近炭化的小型生物炭生產(chǎn)裝置應(yīng)該是著力攻克的關(guān)鍵。

此外，在特定條件和特定經(jīng)濟運行環(huán)境下，適度發(fā)展秸稈發(fā)電、生物燃料等，可能也是調(diào)整資源結(jié)構(gòu)的有效方式。但從中國具體國情出發(fā)，必須認識到“糧食”是中國的第一稀缺資源，產(chǎn)出糧食的耕地更是第一稀缺資源。中國耕地面積已無法擴大，但耕地質(zhì)量是可以提升的。因此，遵循自然與生態(tài)規(guī)律，“以農(nóng)林廢棄資源循環(huán)利用為基礎(chǔ)，以秸稈炭化還田為核心，

增加土壤投入，提高耕地質(zhì)量，消減秸稈焚燒，實現(xiàn)固碳減排和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展”，應(yīng)該是一條符合中國國情并具有中國特色的生物炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路。 “地大物博”還是“地大物薄”？是一種認識，更是一種選擇和責(zé)任！