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生物炭—“再生型生态有机农业”的重要突破口

  再生型生态有机农业即是通过光合作用减少大气中二氧化碳,利用土壤微生物与植物的共生作用来为作物提供营养,同时提供高产与健康的食物。 

  国际有机农业运动联盟(IFOAM)的主席Andre Leu 曾就推广再生型生态有机农业做过形象比喻:“如果一艘船正在水中下沉,我们需要的不仅仅是停止水继续涌入,我们还需要将船里的水向外舀”。正如,我们当前所面临的全球气候变暖问题,即使今天所有的温室气体排放停止,我们依旧将面临全球变暖所带来的各种后果和承担巨大的环境与社会成本。解决全球变暖与粮食安全的最现实、最有效、最便宜的方法,在于恢复土壤的健康,通过再生型的生态有机农业固定大气中的二氧化碳于土壤之中,同时,利用微生物与植物的共生来提供营养促进作物产量的提高,这样一个办法不仅能固碳减排,而且能增产创收,对于经济、农业和环境是一个多赢的策略。 

  万物生长靠太阳,植物通过光合作用吸收二氧化碳来促进生长,但想要把植物固定的碳进一步固定于土壤之中,使之成为土壤碳库的一部分却是说起来容易做起来难。即使采用科学合理的耕作、堆肥以及轮作方式,植物所固定的碳在土壤中的稳定性依旧是制约再生型生态有机农业发展的一个重要因素。恰逢其时,最近十年,生物炭的研究异军突起,生物炭所展现出的性能和功能与再生型生态有机农业的理念无比的契合,所以,生物炭很有可能为再生型生态有机农业发展提供一个重要突破口。 

  人类学家在亚马逊河流域一次偶然的发现,使得一种“黑色的土壤”(图1,剖面2)迅速成为人们研究的热点,因为与其几百米以外的另一个土块(1,剖面1)相比,这种黑黑的土壤的肥力肥沃且持久;经研究发现,这种黑黑的土壤是由于印第安土著居民长期在此烧荒耕作形成的,土层中富含有机碳、养分元素丰富、微生物群落结构繁荣且具有良好的孔隙结构。   

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  牛顿曾说过:“如果说我比别人看的更远的话,那是因为我站在巨人的肩膀上”。同样,受到这种“亚马逊黑土”的启发,科学家经过不断的探索终于发明出了生物炭制备技术,制备出了一种性质相似的黑炭(图2),并将其添加入土壤中,以期能够获得健康、肥沃且肥力持久的土壤。  

 

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  爱因斯坦说过:“成功等于艰苦的劳动、正确的方法和少谈空话”。这一点在黑炭的研究过程得到了很好的验证,生物炭在改良土壤质量和提升土壤肥力方面的效果非常显著(图3)。   

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  而对于再生型生态有机农业来说,除了提供健康和高产的食物,最重要的一点在于固定植物中的碳,并把固定的碳封存于土壤之中,使其成为土壤有机碳的一部分。生物炭即是利用秸秆、木屑以及稻壳等生物质作为原材料,制备完成后直接添加入土壤中,我们研究发现,不仅可以增加土壤中碳的固定(图4),还可以降低甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放(文献1)。   

 

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  再生型生态有机农业的目的与生物炭制备技术的目的是殊途同归,虽然概念上有些差别,但可以把生物炭的利用纳入再生型生态有机农业的范畴,成为其一个环节,从而更好的应对全球气候变暖和资源循环利用等当下热点问题。 

  参考文献: 

  Zhao X, Wang J, Wang S, et al. Successive straw biochar application as a strategy to sequester carbon and improve fertility: A pot experiment with two rice/wheat rotations in paddy soil [J]. Plant and soil, 2014, 378(1-2): 279-294. 

 

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作者:赵进

单位:中科院南京土壤研究所

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