土壤改良项目简介

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1、1 全国人大代表、中国工程院院士、沈阳农业大学水稻研究所所长陈温福在分组发言时提出，国家应大力推广生物炭技术，这将对应对气候变化、固碳减排、改善环境、缓解能源危机、提高耕地质量、保障粮食安全以及实现可持续发展等具有重要的战略意义。近年来，伴随着经济社会的快速发展，我国的耕地土壤退化速度加快，沙化、酸化、贫瘠化、稀缺化日趋严重，农林废弃资源难以返还给农田，耕地减少、土地肥力不足等问题都将对粮食生产构成威胁。保护土地，就是维护世界70 亿人口的生命安全，比能源对人类发展更为重要。人类自刀耕火种以来的数千年里，就不断向土地索取。 数千年来土地经过无数次的旱涝灾害和各种风沙气象的浸涉及雨水冲刷，导致土

2、地的风蚀、水蚀等，水土流失十分严重。 对原生态的土地蓄水保肥能力已大幅降低，在我国北方已出现的“污泥岗”“火烧云”及西部地区的土壤沙化和盐渍化也都较为严重。特别是地处我国西北的新疆形成的黑钙土，栗钙土和灰钙土的数量之多， 占有比例之大。其耕地养分中的有机质含量普遍较低，土壤中的氮、磷、钾流失严重，多年来种地不养地， 依靠化肥来维持， 不但造成耕地越来越贫瘠， 对生长出来的各种植物中的营养素也不断降低， 对人体所需的营养成份也受到伤害。利用生物质长效炭基肥改良土壤是人类赖依生存的大事。现已得到国家有关方面的重视，也是保障我国 18 亿亩可耕地面积稳产高产的重要措施。长效炭基肥分两类形成： 世界上

3、现有黑土地分布于中国，乌克兰和美国的部分地区，因黑土地有机质指数高， 在开垦初期每公斤土壤中含腐植物炭基肥（柴炭类物质） 70-100 克之间，每形成 1 厘米厚的黑土层至少需要300-500 年。我国东北黑土层在开垦初期平均厚度为60-100 厘米，如今黑土层厚度已降至30-50厘米，并以平均每年3-3.5 毫米的厚度在不断流失和减少。生物质炭化改良土壤的由来：在亚马逊河流域，人们发现了一种被称为 Terra Preta （TP）的土壤，它是古人类在刀耕火种时形成的一种特殊的肥沃土壤，呈黑色，通常有两英尺厚。它含有高达9% 的碳，而附近其它土壤的含炭量仅为 0.5%；土壤 N、P、Ca 、Z

4、n、Mn 等营养元素含量较高，氮和磷的含量是附近其它土壤的 3 倍；土壤中微生物的活性也比附近其它土壤高得多；农作物产量是附近其它土壤的2 倍。经研究发现这是一种人为土， 是印第安人为了增加土壤2 的肥力而把各种有机废弃物烧成炭施入到土壤里，导致土壤呈黑色， 是亚马逊河流域最好的土壤。亚马逊黑土地的发现揭开了人们对生物质炭研究的序幕。生物质炭的概念及炭化还田技术：生物质炭（ Biochar ，又称生物炭，生物黑炭等）是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经低温热裂解炭化产生的一类高度芳香烃难熔性固态物质。用于生产生物质炭的原料非常广泛，包括植物所产生的各种秸秆等废弃物，木屑，树皮，（作物茎叶、果壳

5、、米糠）等；农产品加工业有机废弃物， 如制糖工业中甘蔗渣、 制油工业中油菜饼和橄榄油的残渣及造纸工业中的纸渣 （纸浆），畜禽养殖业废弃物以及城市污泥、生活垃圾等废弃物。1 吨生物质比如棉杆可产生240kg生物质炭， 1000立方生物质可燃气， 80kg木醋液和 4-5kg 木焦油。将以上原料通过炭化后还田可起到快速培肥土壤，提高作物产量和品质，固碳减排，保护环境及应对气候变化等重要作用。生物质炭在农业方面应用：生物质炭富含以稳定芳香环不规则叠层堆积存在的有机碳（含碳40% 75% ），不易为微生物分解，降解周期以500 年甚至千年计算。 生物质炭具有多孔性、 高比表面积等特性， 而且具有大量的

6、表面负电荷以及高电荷密度的特性，具有较大的离子交换量（CEC ）。生物质炭施入土壤中能快速增加土壤有机质碳的含量，增强土壤保水性能， 提高土壤孔隙度和通气性，促进土壤团聚体的形成， 改善土壤物理性状。 另一方面， 生物质炭本身巨大的比表面积和大量的表面负电荷，可吸附和持留土壤养分， 有效降低农田土壤N，P等养分流失， 提高化肥利用率和作物产量。第三，生物质炭的灰分元素 （K、Ca和 Mg等）较为丰富，施入土壤可作为可溶性养分被作物吸收利用。1、提高地温：在土壤中施加炭粉后，由于黑色炭粉极易吸收太阳热能，可使土壤温度升高， 促进种子发芽， 特别是可以促进不易发芽的种子发芽来提高发芽率。2、改良土

7、壤：在土壤中施加炭粉后，可促进微生物的繁殖，使炭表面生成根馏菌，因而形成适合植物栽培的土壤，避免了所谓“连续耕作障碍”，将能有效的保护水土流失， 且炭对谷物、 豆类和蔬菜在生长中增加有机质，其品质、色泽、品味都有所提高。3 3、保持土壤水份：炭在相对湿度为50% 以上时，能迅速吸附20% 左右的水分，可以用来保持土壤中的水份，同时还可以改善土壤的透气性能和排水性能，有益于植物和微生物繁殖条件和发育空间。4、作为农药和肥料在土壤中的缓释剂，利用炭的微孔吸附能力，使农药和有机肥料含量保持一个平衡状态，利用这一平衡可以使农药或肥料缓慢释放，可保持相当时间而不易因雨水而流失。5、炭还可以改变土壤中的酸

8、碱度和调节土壤中的PH值，将能有效地增加土壤中的 CO2含量和提高土壤中微生物的活力等。同时又能使土壤中的矿物质容易溶解，所以具有较好的增加人体所需元素的效果。生物质炭在农业环境保护方面应用：生物质炭不能直接对环境变化产生影响，但可以通过土壤环境行为对全球气候变化起到间接影响。采用生物质热解炭化与生物质炭还田相结合的方式，能够切实封存和降低大气CO2浓度，将生物质中 50% 左右的碳素固定于土壤中，增加土壤的碳汇。同时生物质炭还可能通过对土壤微生物的作用抑制土壤温室气体NOx和 CH4的排放。生物质炭对农药和化肥残留具有较强吸附和保持作用，有效地减少污染物的扩散和向地下水渗透，降低污染物的流失

9、；同时，生物质炭对重金属（如Hg2+，As3+，Pb2+，Cd2+等）和有机、无机污染物有很强的吸附去除效果，有效降低其对环境的污染风险。生物质炭在能源方面的应用：生物质炭的能源利用主要来源于生物质炭裂解过程中的副产品。 生物质的转化主要集中在热化学转化方面，生物质炭的能源为生物质热解干馏过程中除生产生物质炭外的可燃性气体和多种化学品。可燃气体，可用作生活燃气， 也可用作制氢或合成气的原料，还可通过锅炉或内燃机等转化为热能或电能。一.生物质炭化还田技术推广对新疆农业可持续发展促进改良沙化、盐渍化等中低产田，快速培肥土壤，培育巩固绿洲农业基础，促进农业可持续发展。 由于生物质炭降解速率慢， 可快

10、速提高沙化土壤有机质含量，改善土壤理化性质， 与化肥结合形成炭基肥， 能保水保肥提高肥料利用率；改善盐渍化土壤不良物理性状，有利于排盐， 副产品木醋液是非常好的盐碱土改良剂。棉杆炭化还田，可消除连作障碍，防治黄萎病等土传病害，促进新疆4 棉花产业健康可持续发展。 由于新疆主产棉区棉花连作现象十分普遍，部分棉区连作时间在 20 年以上，土传病害发生严重，土壤质量变差等导致棉花减产趋势越来越严重。 其中连作根系分泌毒素积累、棉杆带菌粉碎还田等是主要原因，棉杆炭化还田配合木醋液使用可消除以上问题。果树修剪枝条炭化还田，可培肥果园土壤，提高新疆特色林果业产量和品质，促进新疆林果竞争力和可持续发展。目前

11、我区林果业面积已达1700 万亩，但果园土壤质量不高影响果品品质和风味。果树每年大量修剪枝条闲置和废弃，且其木质素含量高，炭化还田效果更好。新疆农林废弃物炭化还田技术推广，可净化农业农村环境，保证清洁健康生产体系， 促进新疆农业可持续发展。 生物质炭化还田可将堆放废弃农林废弃物变废为宝， 炭化主产品生物质炭还田培肥土壤，副产品可燃气可作为农户取暖等用途，同时促进清洁生产环境，保证农产品安全和品质的提高。二.示范项目内容项目名称：生物质气炭联产及土壤改良示范项目主要内容： 两“废”变五“宝”：棉杆及果树枝经加工处理后加入H 型炭化炉内进行干馏炭化生产出具有纯净的生物质可燃气 ， 高附加值的优质

12、无氧化果木炭，市场紧缺的 木焦油 和具有多用途的 木醋酸（液）及生物质棉秆炭 来实现新疆农业综合经济的可持续发展。技术路线：具体模式：集中秸秆 -工厂炭化 -肥气液全利用。 收集秸秆或用炭基肥换秸秆合理储存，建立大型炭化炉和相关分离设备，炭化后生物质炭与化肥制成炭基肥进入市场销售或与农户交换秸秆，可燃气发电或燃烧供热， 木醋液制成叶面肥或生物农药或土壤改良剂，木焦油工业用。棉 杆 + 其 他 废弃生物质棉杆 炭 或 其 他生物质炭生物 质 混 合 可燃气木醋液木焦油可燃气炭基肥 炭基土壤改良剂供热发电叶面肥等工业用5 相关技术参数： H 型炭化炉性能简介： 每吨棉秆可生产 240kg 棉秆炭，

13、产生物质可燃气 1000m3/吨，燃气热值 1300-1500大卡/ m3，木醋液（酸） 80kg，木焦油 4-5kg。生产规模估算 ：每条生产线每小时耗用棉秆(果树枝 )2 吨，每天运行 24 小时约 50 吨，示范项目共建5 条生产线，其中一条生产线备用。投资规模估算 ：3000 万元人民币。三、合作单位相关技术积累简介新疆农科院从 2009 年开始关注该技术，目前在试验、示范和推广、产业化方面取得一定进展。走出去考察学习技术。从 2009年开始，主要研究人员先后3 次分别到南京农业大学、 河南商丘三利新能源公司、 南京连驰新能源公司等科研单位或企业进行交流调研考察，全面了解该技术；201

14、1 年参加国际会议，了解国际生物质炭化还田技术发展最新进展。请进来引进技术合作研究和推广。2010 年开始，新疆农科院先后邀请沈阳农业大学、 辽宁生物炭工程开发中心主任陈温福院士、著名固碳减排专家南京农业大学潘根兴教授及南京连驰新能源科技有限公司常务副总裁张志荣先生来疆考察农林废弃物炭化还田情况。其中陈温福院士代表沈阳农业大学和辽宁生物炭工程开发中心与新疆农科院签署合作协议，将在项目申报、 技术合作方面予以合作。 2012年陈温福院士申报农业部行业专项时，新疆农科院为参加单位。南北疆布置试验研究生物炭对新疆低产土壤改良效果。从 2010 年开始， 新疆农科院在北疆主要低产土壤灰漠土和和田沙土上布置生物质炭改良土壤试验，效果显著：在两种低产土壤上都能显著提高土壤有机质，提高作物产量15%以上。在沙化土壤效果尤其明显。同时申报相关研究项目揭示其机理，目前获得国家自然科学基金资助1 项，新疆农科院青年基金2 项。完