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【农业环境科学】专访潘根兴——创造变革的生物质炭?

2018-02-02来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:党委宣传部

今天专访 — 潘根兴


潘根兴:南京农业大学教授、博士生导师


近年来,生物质炭大火。南京农业大学潘根兴教授指出,以生物质炭为基础的炭基复合肥料扩张空间广阔,如果按15%占有率,至少可以达到1500万吨,潜力巨大。但也有声音提出质疑,似乎无所不能的生物质炭真的能创造变革吗?


问:潘老师您好,很荣幸能专访到您。对于农作物秸秆还田大家已经非常熟悉了,您现在大力提倡的是农作物秸秆炭化还田,虽然只是多了炭化两字,但是意义却大不相同,那今后还要不要提倡秸秆还田呢?

潘根兴:秸秆还田从科学上讲是对的,物质循环,把作物的秸秆还到田里头,增加有机质,这个本身是对的。但是现在的农业,第一,产量很高,那也就是说你有很多秸秆;第二,现在的农业不像自然界一样,自然界是一岁一枯荣,现在的农业是一年好几季。产量很高,一年又好几季,然后你要求自然循环,但是你已经脱离了自然循环,农业本身已经不是自然循环了,已经不是一岁一枯荣了,也不是原来那个产量了,那你能要求它自然循环吗?要求土壤一下子一亩地吃掉一吨的秸秆,你要求土壤吃掉那么多,然后十几天后又要种一茬,所以这是不是一个伪命题?秸秆还田本身不是错误的,但现在的农业,你要求它秸秆还田,这就有问题了。第三,你直接秸秆还田的话,你农业上带的病原菌、农药残留又回去了,这些东西本来是自然界没有的。所以从这点上讲,我们就影响了政府,就是把秸秆处理了以后再还回去。



问:农作物秸秆炭化还田究竟好不好,只有大家用过以后才有发言权,那现在您的炭基肥的推广已经到什么程度了呢?如何把这个炭基肥产业做大呢?

潘根兴:我现在做的这个肥料,你在市场上是见不到的,我们也不做广告,为什么呢,因为我不卖肥料,我卖农产品。比如你有一个公司,我把肥料给你,我们俩合起来做一个更大的公司,我把你的秸秆炭化做成肥料,用到你的田里头,你用了我这个东西,化肥省下来了,品质也提升了,老百姓更受欢迎,我们打造一个品牌,不就做的更大了吗?那我干嘛要卖肥料呢?我们自己做不就好了吗?你要是把肥料卖给别人这不就是形成竞争了吗?还不如我们自己把它做大。

比如说大米,大米现在价格差十倍都不止,可以差50倍,最差的大米两三块一斤,最好的大米差不多一百块一斤,这个空间很大的,国家法律准许的,市场价格在那里,假如同样的肥料作物,我能种出更好的大米出来,我卖大米,我为什么要卖肥料呢,消费肥料的是农民或者农业企业,消费稻米的可不是,消费稻米的可以是任何人,所以这个空间就很大。



问:我看了您发表的文章上说,制备生物质炭的热裂解过程产生的热量可用来发电、取暖等,那现在有没有已经实施的例子呢?

潘根兴:这个应该是涉及技术进步的问题,理论上说,热裂解产生的能源特别是秸秆上的能源是比较多的,我估算过,有机碳大概百分之三十到四十是作为挥发分出来,这部分挥发分是可以作为能源利用的,但是这里面能源利用的形式是有考量的,就是说我们是拿来直接发电还是说转换为能源,直接发电要求我们对这个挥发分气体进行纯化,你要发电对这个气体的质量是有要求的,但分离纯化的成本就比较高,因为我这个比煤还复杂。这个时候我们可以考虑另一个形式,我们可以考虑热转换,也是能源利用,比如在东北,冬天要取暖,这个时候我就可以把我们这个可燃气不分离了,用一个燃烧炉把这个可燃气全烧掉,然后转变成热,烧掉不就烧水了嘛,然后用热水通过管道取暖。我们现在提出来这种方案,这是最经济最方便的,而且不像发电机组那样严格,这在农村就可以做,就地利用了,所以这可能是今后农村能源的一个发展方向。你在18年底应该能看到,这也是我们和政府提出来的。


问:关于生物质炭的优点您一直在说,那您能不能谈一谈生物质炭它有哪些缺点呢?

潘根兴:它的缺点其实也不叫缺点,应该叫做短处,就是不能做追肥,这是肯定的,因为它冲劲比较弱,它有耐劲,你要说缺点也只能是这个缺点,其他的缺点就目前来说没有。



问:但我看到一些有关生物质炭产生负效应的论文和报道,比如施用生物质炭后产量反而减少了,是这样的吗?那么产生负效应的原因可能来自哪些方面呢?

潘根兴:这里面有两个问题,一个是什么叫生物质炭,标准是什么, 生物质炭的概念我一直觉得是我们科学界比较混乱的,没有一个统一的标准,或者说统一的标准大家没有用,虽然论文上都叫生物质炭,其实是五花八门的,根本不可比较。所以这不能叫生物质炭会导致负效应,而是他用的那个东西导致的负效应。不是所有的炭都是生物质炭,有人叫生物炭,我一直叫做生物质炭,这里面有个关键的差异,我们处理的都是生物质本身而不是生物,这是两码事,生物是一个个体,所以这个问题还是要借这个机会澄清一下,我们文献上要统一,不叫生物炭,叫生物质炭。

第二个问题就是我们学界的问题了,很多人做实验缺乏一些科学的依据,你假如在砂土也就是旱地的土壤表面用了很多的生物质炭,又没和土壤结合,这个时候,第一它没有改良土壤的性质,这时候你把一个种子放在生物质炭上面,肯定会减产,为什么?因为生物质炭有吸水性,种子更吃不到水。第二,生物质炭放进去了你不用肥料,那肯定不行,因为你用得太多了。所以具体问题要具体分析。你要是经过严密的设计了,知道它的施用对象是什么,知道我应该用什么生物质炭,用多少生物质炭的量,那就完全没问题。我们不能不分析具体情况就说生物质炭导致负效应,是你自己的设计不合理。



问:我看您说生物质炭还有吸附重金属的作用,那被吸附的重金属在生物质炭里安全吗?会不会重新释放呢?

潘根兴:哪个技术宣称吸附之后不会释放?首先重金属不可能消灭掉,它是化学元素,它不是有机物,有机物是可以被分解的,重金属是元素,怎么被分解?重金属不可能自生自灭,即使是其他的修复技术,也只是把重金属从一个地方转移到另一个地方。



问:对于生物质炭我还有个疑问,那就是大量、长时间生物质炭输入是否改变生物多样性?会对生态系统平衡产生什么影响呢?

潘根兴:肯定不会比化肥对环境更不好,所以不存在会不会影响生物多样性,假如你要问这个问题,首先要问,长期施用化肥会不会影响生物多样性?我想这个问题不言而喻。

第二个问题确确实实是我们现在做研究的,而且这是我们非常感兴趣的问题,长期施用生物质炭以后对我们系统的可持续性有哪些影响,对生物多样性有哪些好的效应。我们最近有两个关注可以告诉你,还没有发表出来,只能告诉你简要的,我们现在发现在长期施用生物质炭改良的土壤里面,提高微生物生物量的时候改变了微生物的群落结构,从多样性指标来讲,可能没有显著变化,但是对它里面的群落构成会有显著变化,第一个变化是指我这个有机质的组分朝着稳定态有机质占优势转变,这样的话会导致土壤里头适应我这种稳定态有机质的微生物相对增长。在改变群落结构的同时还发现了有一些抗病的微生物相对增多。致病的微生物,比如导致连作障碍的那些霉菌,有些减少,因为它们喜欢快速腐烂的东西,我这里快速腐烂的东西少了,所以我们观察到有一些致病菌减少了,这个报告我们正在写着,很快就会出来。

另外一个就是多年以后系统的土壤结构改善了,里面的生境也多样化了。同时我们土壤的团聚体这些发育了以后,使得微生物的功能变好了,我们会发现这个里面利用自然的资源的能力提高了。比如我们讲固氮菌,它就是利用自然界的氮,我们用炭改良这个土壤和施炭基肥我们都观察到这个大豆、苜蓿草的根瘤菌大量增加,正因为这个效果,我们在东北的黑河,现在是中国最大的大豆产区,还有我们黄淮海地区,我们的第二大大豆产区,我们在这些地方上了几个项目,专门做大豆炭基肥,能够提高固氮活性百分之十五以上,这样利用自然界的资源就多了。这些是我们现在观察到的生物质炭促进生态系统可持续性的几个现象,我们现在还在做。



问:生物质炭今后研究的热点在哪里?您的团队接下来的研究方向是什么呢?

潘根兴:在未来,科技和工程结合是我们主要的方向,什么叫科技和工程结合呢,比如说我们在做猪粪和污泥炭化的时候会碰到这个问题,我们炭化是有很强的技术性的,因为我们的排放物需要达标。不同的原料,排放物不一样;不同的工艺,排放物也不一样。如何扬长避短,对不同的原料炭化,用最佳的工艺使得它资源利用率最高,排放最少。比如说硫化物、氮氧化物的排放,这些东西会形成颗粒物,我们在秸秆里头基本可解决这个问题,在猪粪和污泥里头我怎么来解决这个硫化物、氮氧化物的排放,要能够达标。所以我们现在科技和工程结合怎么做到一个最好的炭化,资源利用率高,环境影响又小,这是我们现在要做的。

另一个我们要做的就是不同的原料生产的产品不同,我们国家要有个宏观的指导,比如说农业上是农业上用的,城市里是城市里用的,我们要根据这些服务功能的不同,制定出我们产业的路线标准和严格的规定,这个是我们现在应该做的。我们现在科技和工程结合除了做设备做产能以外还要做标准做规范,这往往是我们忽视的地方。标准化做好以后呢,其实我们很多问题就迎刃而解了,我们现在讨论炭基肥呢我只能给你一个大致的概念,但是我以后的炭基肥会有型号、规格和等级,什么叫有等级呢,就是我最好的炭基肥可能用来做高质产品,比如说人参啊、三七啊等等,次好的用于种植业,最差的用于城市的园艺、花卉等等。不同型号的是指使用在不同条件的,不同作物的炭基肥。



南京农业大学农业资源与生态环境研究所(IREEA)

成立于1992年,由农业部批准建立。该所依托南京农业大学土壤学农业部重点学科(农业部1999年批)和土壤学国家重点学科(教育部2001年批),致力于中国土壤质量和功能及农业可持续发展的基础研究与技术发展。研究领域涉及土壤肥力与质量、土壤环境污染和食物安全、土壤有机质与碳循环、温室气体排放与农业减排、生物质炭与绿色农业及气候变化对农业的影响与应对等当前重大科学和社会问题。该所首次研究揭开稻田镉污染与镉米问题,率先研究农业固碳减排与减缓气候变化,引领废弃物生物质炭化与生物质炭绿色农业技术研究与产业化,目前正在推动全国的生物质能源、生物质肥料和生物质材料的新型农业生物质制造业。本所的核心学科—土壤学,作为南京农业大学农业资源与环境一级学科的骨干学科,已列为国家重点建设的双一流学科。





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