[00243826]生物炭在宁夏低质土壤改良中的应用研究

一、课题来源与背景 土壤低质化是由于各种自然以及人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力（即土壤质量）及其可持续性下降（包括暂时性的和永久性的）甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，是土壤退化的结果。日益加剧的土壤退化问题极大限制了宁夏地区特色农业生产的发展。农业要实现可持续发展，必须解决日益严重的土壤低质化问题。大量研究表明，生物炭可以通过改变土壤理化性质改善土壤质地，减少养分损失，提高养分利用效率，促进作物生长，增加作物产量，从而恢复土壤生产力。生物炭可以有效改变土壤质地、结构、密度、粒径分布等物理特性，从而提高土壤透气性和持水能力。生物炭通过有效减少土壤中养分的淋失，增强土壤养分的保持能力。生物炭具有很高的CEC，可显著提高土壤的CEC。同时，生物炭巨大的比表面积和空隙结构，能为不同的微生物种类和群落的生长提供良好的生存环境，提高了土壤微生物活性，从而促进养分的吸收利用，提高了土壤养分吸收有效性和利用有效性。因此，在宁夏地区推广应用低质土壤生物炭改良技术，不仅从根本上全面提升瓜菜作物品质和生产可持续发展问题，而且可以促进我区绿色有机瓜菜作物产业的大范围推广。在此背景下，2013年获得宁夏科技厅支持立项科技支撑计划项目。 二、技术原理及性能指标 技术原理：根据生物炭产品粒度细、孔隙多、碳含量高、具有较多的芳香性碳和较低的O/C，具有较高的pH和灰分含量、有较多的挥发物和表面负电荷等特点的碳质材料性质，通过施入土壤，增加土壤碳汇，影响土壤N转移，增加土壤CEC，达到改良土壤质地和肥力，提高土壤生产力的目的 性能指标：本项目以宁夏代表性的低质土壤淡灰钙土为研究对象，在分析低质原因的基础上，选择宁夏特有农业残余物玉米秸秆，枸杞枝、葡萄藤、马铃薯秧、花生壳等原料制备生物炭并对其进行表征，根据生物炭产品特性和土壤改良 目标，重点筛选出适宜宁夏淡灰钙土改良的花生壳生物炭（BC）及生物炭改良 剂（AD）添加土壤中，通过盆栽试验和田间试验，开展了宁夏低质土壤生物炭改良技术的基础研究，系统分析了生物炭添加前后，土壤特性、土壤N、P养分吸收利用率、土壤微生物、瓜菜作物产量和质量等生物炭对土壤和作物的效应，初步形成了宁夏低质土壤生物炭改良技术一套，建立和完善了宁夏低质土壤改良的生物炭技术体系。 三、技术的创造性与先进性 本项目利用宁夏较为丰富的农作物秸秆制备生物炭，分析了其结构和成分特征；针对宁夏日益加剧的土壤退化形成的土壤低质问题，在调查和分析该土壤的结构特性的基础上，选择适宜的生物炭改良剂进行生物炭改良技术研究。课题通过盆栽和田间试验，探讨了生物炭对土壤和作物的效应，初步形成了宁夏淡灰钙土生物炭改良技术一套，建立和完善了农作物秸秆制备生物炭、土壤改良、瓜菜种植生产技术体系。本项目在利用宁夏特有农作物秸秆进行生物炭制备，试制5种生物炭产品，发表论文3篇，以及用生物炭改良培肥宁夏淡灰钙土等方面均具有一定创新性，同样在秸秆资源的有效利用、农业面源污染防治和提高土地生产力水平等方面也具有十分重要的意义。 四、技术的成熟程度，适用范围和安全性 本项目所取得的研究成果，将会为宁夏地质土壤改良、宁夏农业残余物的利用提供了一条新的途径，针对宁夏低质土壤为靶区，针对宁夏地区日益加剧的土壤退化问题，通过生物炭技术提高低质土壤的养分有效性，节水保肥，同时，将生物炭应用与瓜菜作物种植技术有机结合，提升了瓜菜作物品质的问题，为构建西北低质土壤改良的生物炭技术新兴产业链提供重要理论依据与技术支撑。本研究应用于资源、环境、气候和农业等领域，不仅可以实现农业残余物废弃物资源化利用，解决大气污染、农业面源污染等环境问题，而且可以促进我区绿色有机瓜菜产业的大范围推广，形成具有区域优势的高效生物炭技术与模式，走一条中国特色的低碳经济之路，最终实现向以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式的成功转变。 五、应用情况及存在的问题 应用情况： 本研究紧密结合当前生产实际，形成了农业残余物收集、生物炭生产、土壤改良、瓜菜种植等一系列以生物炭为核心产品的生产技术体系，初步形成了生物炭产业链。生物炭技术在实现生物质资源化利用的同时，可改良土壤质地，保持土壤养分，促进作物对养分的吸收，增加作物产量，实现资源、农业、环境、经济几个方面共赢，具有巨大的市场需求和广袤的市场前景。 存在的问题： 土壤改良及作物种植试验所需时间周期较长，且效果显现较慢，本项目实施周期较短，主要开展短期的盆栽试验研究和部分小面积的田间小区试验，难以进行长期有效的田间示范试验。在项目要求的周期内，很难获得全面的试验数据和技术指标，从而使获得的研究结果具有一定局限性。