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给土壤"定向"补充有机碳分子
2016-01-04 19:09:04    来源:    点击:


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(有机碳肥技术建立大物质循环示意图)
 

  作物缺碳病是造成我国农业损失的最重要病害,而农业重大的提升空间也是在补碳。
  我国耕地土壤贫瘠化严重。据初步统计,耕地有机质平均含量仅为2.08%,不但达历史最低点,并已接近生态“警戒线”。更让人担忧的是,耕地有机质还在以每年0.05个百分点的趋势在下降。
  福建绿洲生化有限公司技术带头人、高工李瑞波说,发达国家对耕地有机质含量的要求超过3%。我国土壤有机质“失血”如此严重,是由于20多年来农田基本上不搞物质循环,沃土肥田的优良传统被丢弃。本应撑起沃土肥田重任的有机肥料工业又因标准科学性等问题,市场乱象丛生,农民难以买到优质肥。
  全国农业技术推广中心研究员田有国、中国农业大学教授王敬国等专家一致表示,福建绿洲生化有限公司等自主研发的“富含活性有机碳的肥料”已获得多项发明专利,水平达到国际先进。开发的系列富含活性有机碳的水溶及生物有机肥料配方先进、适用性强,经福建、江苏、河北、河南、广东和海南等地多家用户使用,反映良好。
  土壤有机质低使农作物患“缺碳病”
  碳元素是土壤有机质的重要组成部分,但如果碳与氧合成二氧化碳进入空气中,就成为重要的温室气体。在去年的巴黎气候大会上,我国承诺,二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%。
  根据《第一次全国污染源普查公报》,畜禽养殖业粪便产生量2.43亿吨,尿液产生量1.63亿吨。畜禽养殖、食品工业产生了大量的固体、液体有机废弃物,当前多数是乱弃直排,污染了环境和水资源。这也是我国水体富营养化,蓝藻频发的重要因素。
  李瑞波说,畜禽养殖、食品工业产生的大量固体、液体有机废弃物中,富含碳元素。而植物的碳养分来源是“二通道”。即叶片吸收二氧化碳经光转化是“主通道”;根系吸收有机碳养分是另一“碳通道”,并对光合作用效率起到四两拨千斤的作用。当前,土壤板结和贫瘠,使土壤中的微生物得不到碳能源而不能正常繁殖,这使植物根系衰弱,并引起农作物患上“缺碳病”。
  “作物缺碳病是造成我国农业损失的最重要病害,而农业重大的提升空间也是在补碳。”李瑞波说,传统化肥的利用率低是由于植物缺碳,离子态的矿物质养分无法在足够的碳框架下“组装”,大量滞留在细胞外液中,阻斥了后续矿物质养分的进入,并使农作物口感变差、质量下降。
  李瑞波说,福建绿洲生化有限公司专业研发生物腐植酸(BFA),在与中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所开展的联合研究中发现,BFA里最具活性的水溶物质是小分子有机碳;实践也证明,长时间低温寡照农作物严重缺碳时,用这种物质对农作物冲施能迅速治愈缺碳症状。“于是,我们找到了一种可水溶、能速效、植物根系能直接吸收的有机质养分——小分子水溶有机碳。这是一种在水溶液中分子粒径小于800纳米的云团状物质,能随水流进入孔径小得多的根毛吸收孔。”

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(产品图)
 
  解决微观分析等技术难题
  李瑞波说,企业在大量研究和实践后决定,研发富含小分子水溶有机碳的有机碳肥,来替代传统“粗、重、慢”有机肥。
  但其主要技术难点有三。一是对小分子水溶有机碳的微观分析。“在华东理工大学周霞萍团队的协助下,我们得到小于800纳米的小分子水溶有机碳分子粒径数据,以及这种小分子在水溶液中呈现的云团状特性,明确了其随水流进入根毛吸收孔的原理。”李瑞波说。
  第二个技术难点是,探寻把浓缩有机废水的有机大分子“打碎”的最佳办法。福建绿洲团队,通过多种配方比对,找到了最佳的强氧化催化法、冲击波氨化法两种工艺配方。
  “利用强氧化裂解法或冲击波氨化法,把浓缩有机废液中的大分子有机物分解为小分子的活性有机碳化合物,耗能低、效果好又不产生新污染物”,王敬国说。
  第三个技术难点是,在生产工艺中对物料温度的控制。固体有机碳肥各品种均必须经过干燥才能成为产品。由于小分子水溶有机碳在高温状态下会出现两种变化,即在富氧环境会氧化成二氧化碳挥发掉,在贫氧环境会缩合成大分子失去“小分子”的亲水性、生理活性。“我们经反复多次试验,掌握了各品种有机碳肥产品适宜的最高工艺温度,即固体小于65摄氏度、液态小于90摄氏度,并通过自建或外购合适的工艺设备来保障工艺要求。”李瑞波说。
 
  单位肥力提升十多倍,增产环保
  近年来,福建绿洲生化有限公司创新生产了一系列有机碳肥产品。2014年,其中的“液态有机碳肥”产品获得福建省技术发明三等奖。据测算,有机碳肥单位面积用量是传统有机肥料的5%—10%,即单位用量的肥力相当于传统有机肥的10—20倍。
  李瑞波说,一般优质有机肥中含小分子水溶有机碳约1%,每亩地需要10公斤的小分子水溶有机碳,需投入1吨有机肥,用量太大,难以适应精细化农业。有机碳肥将小分子水溶有机碳含量提高到5%—15%,那么相同面积的土地,对比传统有机肥,用量减少了80%至93%,这就大幅减少了肥料运输与施用成本。其中的液态有机碳肥是全水溶肥料,更是解决了水肥一体化设施农业中,有机营养无法通过管道输送施入的难题。可用于山地梯田、大棚作物、滴喷灌、无土栽培甚至航洒等传统有机肥到不了的领域。
  据海南省莺歌海利农哈密瓜种植专业合作社出具的用户证明,在海南板桥镇的85亩哈密瓜上,每亩用液态有机碳肥25升、固态有机碳肥220公斤。每亩减少有机肥800公斤、减少人工投入8工/天;85亩产同比增产55250公斤,产品质量同比增加5.8%;每亩每茬增收3654元。
  “有机碳肥以畜禽粪便、工业有机废渣、高浓度有机废水为原料。全国18亿亩耕地每年需要有机碳肥约7000万吨,按此计算,每年可减排化学需氧量(COD)800多万吨、减少化肥流失约900万吨。”李瑞波说,突出的环保功能除了体现在原料上,还表现在生产过程中。
  据悉,用裂解法把浓缩有机废水中的大分子有机物分解为小分子有机碳,加工2吨液态有机碳肥仅用不到50分钟,耗能仅10度电;用生物腐植酸为发酵剂,采用免翻堆半厌氧发酵法和高堆焖干工艺,生产高碳有机肥。比传统的好氧高温发酵、多次翻堆和高温烘生产有机肥生产工艺,设备投资、单位产品耗能均减少2/3,而产品的有机肥效提高50%以上。
  在日前举行的“首届中国富碳农业高峰论坛”上,国务院参事徐锭明等专家表示,将工农业生产中产生的固液有机废弃物,通过生物发酵和化学裂解等技术,生产富含活性有机碳的有机碳肥,创造了国际先进水平的向耕地和农作物补碳的新技术,开创了富碳农业的“地补”渠道。
 
来源:科技日报

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