中國生物質炭科技：現狀與需求

廢棄物治理與農業的雙重壓力

隨著我國城鎮化推進和工業快速發展，農村種植業與養殖業日益分離，農民耕地管理投入日益弱化。農業生產過程中產生的廢棄物脫離了生物質的自然循環過程，導致土壤有機質庫不斷損耗而肥力消減，同時大量生物質廢棄物成為農業環境的污染源和溫室氣體的排放源。我國農業面臨耕地土壤酸化、板結、失墑，以及化肥、農藥大量使用等問題，農藥和抗生素殘留流失于環境。秸稈等農業廢棄物未得到有效利用，大量直接焚燒加劇了大氣污染。在國家綠色發展戰略框架下，土壤的可持續管理與廢棄物資源化循環成為相輔相成的農業可持續發展的出路。因此，中國比世界上任何一個國家都需要這種既能處置廢棄物資源又能培肥土壤的生物質炭科技與工程。

從廢棄物治理走向生物質產業

對生物質炭的深入研究催生了生物質廢棄物炭化與生物質炭農業應用的有機結合，初步形成了以熱裂解為基礎的生物質工程與產業。2017?年?4?月，農業部將秸稈炭化還田列為全國秸稈資源化綜合利用的十大模式之一。2017年8月，秸稈工業化生產與炭基肥生態農業技術通過鑒定，被環保企業作為產業技術轉化而商業化推廣。2017?年?11月底，國家能源局和環保部發布通知，明確支持生物質炭化和炭基肥生產作為煤電生物質能源耦合聯產的新模式。秸稈年處理量?1.5?萬噸，生物質炭年產?5?000?噸，生物質炭基肥年產?2?萬噸的生產系統已經投入運行并快速商業化推廣（圖?3）。

這一套生產系統與多種形式的秸稈收儲運系統結合后可以形成秸稈年處理量?1?000?萬噸，生產生物質炭?350?萬噸，炭基肥?1?200?多萬噸的新型生物質炭基產業，其產值將達到?300—400

億元。這一套集廢棄物處理、能源利用與肥料生產為一體的系統形成了一個巨大產業集群，將成為農業源實體經濟的新增長點，也提出了科技、工程、管理和金融融合服務的新需求。

生物質科技與工程學科發展支撐土壤提升及綠色農業

生物質熱裂解產業一方面服務于土壤肥力提升和生態農業建設，另一方面為我國生物質炭科技與工程提供了極好的發展機遇。這個學科涉及土壤改良、污染治理、肥料創新和新能源開發等多個生產和經濟領域。從產業發展來說，生物質科技與工程將服務于從原料、產品、規模和模式優化熱裂解系統及產品創新。同時，設備、產品和模式的系列化、區域化、標準化，需求生物質科技與工程提供全鏈式產業支持與服務。生物質科技和工程業也展現了土壤改良及可持續管理的廣闊發展空間。不同成因低產土壤改良、生產力恢復與提升的普適性生物質炭產品及施用技術，不同農區作物或生產模式的土壤改良-作物施肥雙效炭基肥設計與新施肥模式，重金屬污染農田治理、鹽堿土改良與快速利用、礦山廢棄土地的快速恢復與肥力重構等都是針對生物質炭可持續土壤改良與管理的服務需求和技術發展方向。

生物質炭土壤可持續改良的基礎研究工作亟待發展

生物質炭的土壤過程及其生態系統效應的整合研究與機理認識一直是近?10?年國際土壤學界的研究熱點。以往國際上的基礎研究偏重于對土壤原有有機碳穩定與否的考量，例如曾經十分紛繁的激發效應與土壤碳更新加快的爭議^[13]。越來越多的田間試驗已經證明了生物質炭促進了土壤有機質的保持和降低非?CO₂溫室氣體排放的巨大作用^[7,14]。相反，生物質炭在農田增碳、促氮、鈍化、增產、優質的多效應偶聯特征及其調節，其持效性及其影響因素都認識不足。其關鍵問題在于對生物質炭-土壤-植物-生物的相互作用的深入剖析。田間試驗中經常觀察到植物健康與系統的穩定性，而生物質炭如何賦予了土壤-植物系統的抗性（System Acquainted Resistance，SAR，或稱“系統穩定性”），其形成機制和不同土壤-植物系統的表現特征，已成為生物質炭土壤可持續管理和生態農業的前沿科學問題。

從生物質炭改良土壤提升肥力的農業文明實踐出發，以有機廢棄物炭化還田為核心的生物質科技與工程性學科領域已經顯現光明前景。這一新領域不僅解決農業生物質廢棄物處置問題，而且直接服務于快速提升土壤肥力、促進農業固碳減排，以促進土壤可持續管理。隨著我國生物質產業的快速推進，工程技術和基礎研究的融合發展勢在必行。以生物質炭熱裂解為核心的生物質科技與工程將成為新的學科領域，同時也需要整合已有的科學技術和資金投入。建議著力加強對生物質炭-土壤-植物-生物相互作用的基礎研究，解決生物質炭生態農業的系統健康和可持續性的前沿科學問題。（作者：卞榮軍、陸海飛、鄭聚鋒、程琨、李戀卿、張旭輝、潘根興   南京農業大學 農業資源與生態環境研究、三聚農業生物質工程中心   《中國科學院院刊》供稿）

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