3 生物質炭對作物生長發(fā)育及產質量的影響

3.1 對作物生物量、產量的影響

發(fā)現(xiàn) 2 年中 3 次連續(xù)施用生物質炭（7 t/hm2）使得玉米的產量增加一倍。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，植株的生長更為茂盛。與不添加生物質炭的處理相比，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%。指出在富含生物質炭的土壤中，野草植株對地表的覆蓋率比單獨施用無機肥料時提高了 46%。發(fā)現(xiàn)與僅施無機肥料相比，增施生物質炭的土壤谷物產量提高了 2 倍。當以 500 kg/hm2 的標準向火山灰壤土中施加生物質炭時，大豆產量增加了 5l%。研究了重金屬污染土壤中添加秸稈炭對水稻生長的影響，表明不同秸稈炭處理均提高了水稻光合速率，顯著增加了水稻產量。 

3.2 對烤煙產量、質量的影響

煙田施用生物質炭可以顯著增加煙株對磷、鉀養(yǎng)分的吸收量，從而有利于煙株的生長，其中施用煙稈生物質炭比玉米稈生物質炭更能促進煙株的生長。煙田按照1 575 kg/hm2 的量施用生物質炭，可以促進煙葉生長和產量的提高，且隨著生物質炭施用量的增加，煙株干質量和產量也增加，但當生物質炭施用量達到一定量（2 025 kg/hm2）時，煙葉的品質開始下降。研究也有相似結論，生物質炭提高了烤煙大田生長后期根、莖、葉各部位的干物質積累。據(jù)此，在烤煙的生產實踐中可考慮適當施用一定量的生物質炭以進一步提高烤煙種植的生產效益。研究表明煙田施用生物質炭可以延長烤煙的大田生長期，使得煙葉內在物質更加充分轉化，利于煙葉品質的形成。生物質炭施用量為 750~1 125kg/hm2時，烤后煙葉石油醚提取物含量增加 12%，中性致香物質總量大幅提高。生物質炭還可以顯著提高團棵期以后各生長階段煙葉葉綠素、類胡蘿卜素含量，這與生物質炭顯著提高烤后煙葉致香氣物質相一致。

研究表明，隨著生物質炭用量的增加，煙葉總氮和煙堿含量有不同程度地提高，但其含量均未超過優(yōu)質煙葉適宜范圍。生物質炭對植煙土壤鉀元素含量的貢獻，對生產優(yōu)質煙葉有重要意義。針對中國黃淮煙區(qū)煙葉鉀含量偏低的問題，建議在烤煙的生產實踐中可適當施用一定量的生物質炭，以提高煙田有機質含量，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，隨之帶來的煙堿稀釋使得高煙堿含量的煙葉將顯示出更大優(yōu)勢。

4 生物質炭化還田模式與科學問題探討

4.1 生物質炭化還田技術模式

生物質炭化還田是中國發(fā)展循環(huán)農業(yè)的重要途徑之一。河南省生物炭技術工程中心開展了秸稈炭化技術工程化研究，以生物質炭為原料研制了不同產品，2016 年 9 月在河南省洛寧縣建設了年產 5 萬 t生物質炭基肥生產線，技術模式如圖 3 所示。生物質炭化還田技術是該生產線的技術核心，該設備采用雙層套筒傾斜平式設計對原料進行高溫快速炭化，炭化過程中可以自由調控反應器的炭化溫度、升溫速率、滯留時間等關鍵技術參數(shù)，并可根據(jù)不同生物質特性以及不同需求，調控設備轉速與滯留時間，生產出適合不同品質的生物質炭原料。該技術模式經(jīng)過 3 年的運行表明，農作物秸稈炭化還田技術具有良好的發(fā)展?jié)摿?，有利于促進中國循環(huán)農業(yè)和生態(tài)農業(yè)的發(fā)展。

4.2 生物質炭施用與土壤類型和基礎肥力密切相關

在不施用化肥的情況下，對肥力水平差異較大的 2 個土壤樣品與不同量（0、10、50 和200 g/kg）生物質炭進行培養(yǎng)，培養(yǎng) 1 年后種植黑麥草，結果顯示，肥力水平較低的土壤施用生物質炭可以顯著提高黑麥草的產量；而隨著肥力水平的提高，生物質炭對黑麥草的增產效應有所下降，甚至會降低產量。以壤土為供試土壤，通過盆栽試驗研究生物質炭與氮肥互作對菠菜生長的影響，試驗結果顯示，在低氮處理條下，生物質炭更易發(fā)揮增產效應，認為生物質炭可以肥沃土壤，在一定程度上代替肥料提高土壤生產力。溫度與土壤供鉀容量和強度（Q/I）的關系，發(fā)現(xiàn)升高溫度促進了土壤吸附位上吸附的 K＋離解，土壤供鉀強度和容量明顯增加，即提高了土壤的供鉀能力。在氮貧瘠的土壤中加入生物質炭后，短期內作物的生長率會降低，原因是施加生物質炭后，土壤中 C/N 提高，從而限制了土壤氮素的利用度。該結論主要基于土壤碳氮比需協(xié)調，過量的生物質炭會影響氮肥的吸收利用。生物質炭與氮肥互作對植煙土壤以及烤煙的影響試驗也發(fā)現(xiàn)，生物質炭對土壤性狀與烤煙化學成分的影響與施氮水平存在很大的關系，具體結論還有待進一步論證。 

4.3 生物質炭對土壤-作物系統(tǒng)發(fā)揮積極作用的時間限制

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

5 結語

據(jù)統(tǒng)計，中國農作物秸稈年產生量 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源。目前，關于秸稈還田技術傳統(tǒng)的方式為直接粉碎還田、過腹還田和發(fā)酵腐熟還田，這些技術模式各有其自身優(yōu)勢和劣勢。鑒于生物質炭在農業(yè)土壤保育、增加土壤碳庫、促進礦質營養(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模式在循環(huán)農業(yè)發(fā)展進程中具有良好的發(fā)展前景，彌補了傳統(tǒng)秸稈利用技術的缺陷，提升和豐富了中國秸稈資源化利用方式。農業(yè)是一個非常復雜的系統(tǒng)，農業(yè)生產中各要素相互聯(lián)系、相互影響，解決農業(yè)生產中的問題必須用科學統(tǒng)籌兼顧的思路。生物質炭化還田作為一種新的技術模式，目前在中國已經(jīng)開展了深入、系統(tǒng)地研究，并相繼建立了示范生產線，從技術模式上構建了循環(huán)發(fā)展鏈條，但在政策、管理等方面還缺乏配套的機制和政策體系。因此，建議在不同區(qū)域范圍內，采用“產學研政”的方式構建技術、工作、政策三位一體的整體技術開發(fā)模式，促進中國秸稈資源化高效利用和綠色循環(huán)農業(yè)的發(fā)展。

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