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有机质是土壤的核心功能物质， 而 团聚体是土壤的关键功能结构； 有机质缺失是土壤肥力 低 、 退化严重 、环境质量差的 限制因子； 缺少 资源化利用产业技术，是推行秸秆还田 改土增效的突出瓶颈； 生物质热裂解是低碳、安全、环保的秸秆综合利用 最优技术途径 ； 热裂解产物分离、分质、分值利用是生物质产业化的核心技术； 炭基复合肥、炭基土壤改良剂和炭基环境材料等产品 创新是秸秆 生物质产业的结构支柱；
本项目 技术是继 2012 年通过教育部鉴定的 “生物黑炭固碳减排及绿色农业技术研究与应用”（鉴字 [教字 BP2012] 第 011 号） 基础上，南京农业大学对秸秆生物质炭农业效应及农业应用产品 的试验研究 ， 南京三聚生物质新材料科技有限公司 和北京三聚绿能科技有限公司 对秸秆炭化装备和秸秆炭基肥工程技术的工业化试验、 开发和集成配套，以及秸秆炭化产业全链式技术服务体系 构建，而形成的 “农作物秸秆炭化与生物质炭基肥工业化生产技术及应用”成果， 旨在为国家秸秆资源化利用 的新型产业化途径和商业化模式提供可推广、可复制和可持续的解决方案。
自 2006 年 以来 ，特别是 2009 年哥本哈根联合国 第 21 届 气候变化大会 以来，生物质 因 巨大固碳减排潜力 和明显的土壤培肥与作物增产潜力，日益被接受为既服务于食物安全又服务于气候变化减缓的实用技术（Lehmann 2015. EarthScan） , 欧美科学家模型评估全球生物质炭化及农业应用 固碳减排可以达到 每年 10 亿吨CO2 当量的减排潜力 （Woolf et al., 2010） , 将生物质炭用于农业成为 全球社会的
呼声（Nature 2015） , 联合国环境规划署通过全球环境机制(GEF)特别设立了生物质炭土壤可持续管理全球示范项目 （UNEP/GEF, 2014） ， 国际生物质炭协会预测， 至 2030 年， 一个生物质 能源与生物质炭偶联循环的生物质产业可达万亿美元规模， 生物质炭产量将达每年 10 亿吨， 一个从农业秸秆等废弃物资源化出发服务于农业、能源、环境和 生态建设的生物质新产业将成为 21 世纪后期的朝阳产业。
我国农作物秸秆资源总量已达 10 亿多吨。 尽管政府一直致力于秸秆的 “五料化” 利用 ， 特别是秸秆还田 ， 被认为是资源循环、增碳肥土的有效途径， 但受制于紧张的农时，以及工业化和城镇化下紧张的农民劳动力 ， 秸秆还田越来越难以被农民接受而难以推行； 据估计，至 2015 年，我国农作物秸秆资源利用率平均不到 80% ， 如果加上直接还田的部分，没有被利用的秸秆资源占 35% 以上，总计达 4 亿多 吨。 我国秸秆资源中，有 1/4 以上产自华北和东北农业区，这些地区秸秆焚烧可能占到 40% ，我 国政府在实行秸秆禁烧上采取了全球最严厉的管制政策， 采取 了上至卫星监控下至蹲点监督的严密管控，配合了秸秆补助、农机补助、有机肥补助等禁、管· 、 督、促多管齐下的政府机制，但秸秆还田收效十分有限， 至今未能解决秸秆禁烧问题。 因此，必需发展其他资源化替代性机制，特别是离田加工处理增值途径， 才能使秸秆禁烧突出重围， 由管控走向产业发展。
另一方面， 我国农田的肥力 和环境 问题一直制约着我国农业可持续发展。 我国农田的土壤有机质数量低于欧美国家约 1/3 以上， 是耕性差、保水保肥弱 的根本所在。 我国 2/3 面积 的农田 其有机质含量还在 1.5% 以下， 离欧洲的临界水平3.5%差 了 200% 以上， 因而提升耕地有机质成为 我国农业的长远任务。 如何快速提高有机质含量，改善土壤肥力一直是农业科技的核心内容； 由于耕地地力低下，养分报酬率低， 导致化肥施用量 日益增加，成为农业温室气体和水体污染的来源，因而减肥也 日益上升为我国农业的 国策之一。我国每年化肥施用量在 7500 万吨以上， 主要是纯化学肥料，有机肥不到 15% ， 有机无机复合肥更少（ 1500 万吨） ，有机无机复合肥料在未来增产减肥中具有巨大的竞争力。
农作物秸秆是农田有机质的来源， 且含有大量肥料残余的养分（秸秆养分残留达到化肥施入量的 1/4 以上） , 又含有热值； 相对于秸秆还田，生物质炭化在去除了秸秆中潜在有害成分（病虫害残余、农药残留） 外， 将生物质转化为稳定有机质，将秸秆养分保留于炭质，将热值通过挥发分提取出生物质可燃气，将无形的秸秆还田转化为有型产品 ； 如果说秸秆还田是零碳（碳中和技术） ， 那么秸秆炭化循环是实实在在的固碳减排技术。 然而， 通过农民个体业主炭化还田的技术路径不适用 于我 国分散的个体农户，而大量购买生物质炭用于还田 又不符合中国农民或业主的经营实力 ；因此，由分散秸秆到集中炭化，由直接大量施用生物质炭到生物质炭基肥施用成为解决大规模秸秆炭化服务农业的关键技术和途径。二． 本研究的 目的 、总体思想与技术途径
我国政府绿色发展理念 已经贯穿国民经济各行业，绿色发展体系基本构成，国家公布了绿色发展 5 大战略行动，农业部相继提出 实施减肥减药、果菜茶化肥替代、加快东北秸秆治理等战略措施，秸秆资源化利用以及在华北和东北 10 个省市示范 ， 秸秆炭化肥料还田也已经正式列为农业部秸秆资源化十大模式之一。为此，在 2012 年鉴定 中 提出 的生物质炭绿色农业产业链理论框架基础上， 本成果着重解决如下 3 个 问题：
1. 秸秆工业化炭化与农业生物质炭生产技术及集成系统 ，发展热解与分离集成 、产能与效能协调 的大规模连续性工业化系统；
2. 炭化产物与 生物质炭的增值化产品创新， 农业生物质炭的质量与炭化工艺条件及提取分值利用 的技术和产品创新， 保证高效炭基肥创新与农业增产增效技术与产品 生产 的标准化；
3. 秸秆炭化与生物质炭基肥产业的产业模式及全链式技术服务体系，支撑和保证秸秆炭化工业化生产的可持续运行。
成果技术的基本依据是， 我国秸秆资源规模和集中产出的主要在我国东部的华北和东北 以及西北的新疆等地区， 这些地区农业为 主要经济来源，土壤质量较差， 干季长，土地资源丰富，秸秆资源集中 而有效供给， 就业劳动力丰富 ， 产品受体市场大且稳定， 秸秆循环产品消纳量大，热能和 生物质炭及炭基肥均可以产品销售；
技术发展的总体思想是： 充分发挥生物质炭的土壤改良和肥料增效功能，研发符合 当地秸秆产出和农业结构的规模化秸秆炭化技术和 生产体系， 完善炭化产物的分离和分质利用 技术， 生产优质农用 生物质炭，进一步创新土壤改良剂、秸秆炭基肥等增值产品， 并完善产业技术服务，形成秸秆炭化及炭基肥工业化生产技术及应用模式，产业化复制而构建新型生物质产业体系。
本成果形成 中贯彻了从基础研究出发、面向 生产应用实际问题，解决技术瓶颈， 构建一体化全链式技术体系； 通过产学研政紧密合作，以科技为先导，企业为主体，绿色农业市场为目标， 探索构建规模化秸秆生物质炭化与生物质炭肥料 （材料） 生产集成体系和产业发展体系，成为秸秆全循环资源化技术模式和多联
项目 成果的技术研发历经 5 年多 ，循序渐进一次完成了如下四大研发工作 ：1.秸秆 生物质炭性质和功效与 生产条件的关系研究 与 工业化炭化生产线试验与集成配套体系研发； 2.生物质炭材料的土壤改良、 增产与减排及环境治理作用的进一步试验观测与产品开发研制 ； 3.炭基肥的设计、配方和工业化试制 生产与试验示范研究； 4.秸秆炭化工业化生产及炭基肥应用的产业技术服务体系与支撑体系构建研究 。
（ 1 ） 生物质炭基有机无机复混肥研制与示范，国家重点研发计划项目子课题， 2017.01- 2021.12. 150 万元；
（2） 黄淮农区秸秆生物质炭化还田推广应用，农业部财政项目（农村能源）， 2016.7-2017.12， 120 万元；
（3） 程琨. 南部农业优化发展区生物炭产业模式研究，中国工程院咨询研究项目子课题， 2017.1-2017.12， 15 万元；
（4） 中国东盟（ 10+1 ）废弃物生物质炭可持续农业技术及应用交流与合作，财政部亚专资项目， 2016.1-2017.12， 75 万元；
（5） 南方主要粮食作物秸秆生物炭农田固碳减排研究，中国工程院咨询研究项目 , 2015.01-2015.12, 15 万元；
（6） 生物质炭与土壤可持续管理，联合国环境规划署全球环境基金，2015-2018， 63 万元；
（8） 生物炭修复重金属污染农田关键技术研究，公益性行业(农业)科研专项经费项目课题（201303095-11 ）， 2013.01-2017.12， 125 万元;
（9） 土壤生物炭固碳增肥与污染阻控协同技术及示范, 科技支撑计划子课题(2015BAC02B01)， 2015-2017， 106 万元；
（ 10） 秸秆热裂解生物质炭资源和能源利用技术途径的潜力分析评价，教育部博士点基金重点领域项目 (003), 2013.01-2015.12,40 万元;
（ 12） 秸秆生物质炭对农田土壤有机碳保持作用及机制，国家自然科学基金项目 (41371298)， 2014.01-2017.12， 80 万元；
（ 13） 农业生物炭输入对农田土壤有机碳固定的影响及其微生物学机制研究，国家自然科学基金项目 (41371300), 2014.01-2017.12, 70 万元；
（ 14） 生物质炭施用对水稻根系形态及根际土壤性质的影响研究，国家自然科学基金项目 (41501310), 2016.01-2018.12, 24 万元；
（ 15） 添加生物质炭对污染稻田土壤 Cd 有效性及水稻吸收影响的后效应研究，国家自然科学基金项目 (41501353), 2016.01-2018.12, 24 万元；
（ 16） 典型污染耕地生物质炭修复技术研发与应用示 范，江苏省耕地质量提高与污染防治示范研究—典型地区耕地污染修复与防治示范项目子课题，2016.6-2018.6, 50.2 万；
（ 17） 生物质炭会规模化综合利用技术服务, 北京三聚环保新材料股份有限公司， 2016-2017, 150 万元;
（ 18） 生物质炭基复合肥关键技术及其产业化, 北京三聚环保新材料股份有限公司， 2016-2017, 150 万元;
（20） 江苏省有机类固体废弃物资源化利用协同创新中心秸秆团队项目，2012.01-2016.12. 90 万元.
在国家 自 然科学基金、教育部基础研究项目等项目支持下，主要围绕秸秆等生物质废弃物性质、功效与炭化条件的关系研究，探索和明确农业生物质炭化效率和 生物质炭构效关系 随炭化工艺条件的变化， 为不同 原料的炭化生产提供工艺选择依据；通过科技部“十二五”农业科技支撑计划课题， 农业部行业项目及财政资助项目 和江苏省 固体废弃物资源化处理协同中心等资助， 开展 了 秸秆等生物质炭的土壤改良、重金属钝化、农产品安全生产的各项功能表现的试验观测，及其在旱地和水田、在粮食和经济作物以及中药材等的表现差异，摸索生物质炭的功效与适用性利用 的关系，探索农业试验示范效果及产品应用方法，以及试验控制及观测指标等技术内容， 通过 国家自然科学基金和工程院项目探讨生物质炭土壤和作物功效的机理和最优功效技术配方方案，通过科技部、 农业部和联合国推广和示范项目 ， 开展不同生物质炭产品农业应用的示范及农民认知推广。
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