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浅谈竹材废弃物炭基缓释肥-综述篇

2019-12-17 301 上传者：管理员

摘要：现在，随着我国农村大量的农林废弃物等待开发利用，并且传统的速效肥料中的营养物质利用率较低、污染严重，新研发的高分子包膜缓释肥效果不错但代价又太高，包膜材料残留在土壤中极易造成严重的环境污染，所以现在农村迫切需要更廉价，无污染的包膜肥。环保型的缓控释肥料养分溶解和释放速度比较缓慢，且有提高作物养分利用率、提高作物产量并显著降低土壤氮磷养分流失的特性。和传统肥料相比，缓控释肥的环境保护作用更加的明显。

关键词：
林业
污染
生物质炭
竹材缓释肥
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若能将价廉且易得的竹材废弃物生物质原料经过适当炭化加工制备成适用于作缓释肥料的炭基包膜材料，制备环境友好型炭基缓释肥，不仅可以有效解决农林废弃物处理处置难题和包膜肥缓释材料污染问题，而且可以降低竹林氮磷养分流失风险，有效遏制浙江省农村水体富营养化污染问题。

1、中国是世界上竹子的集散地。根据《中国竹子植物图谱》和《中国植物区系》，中国有竹科植物40属，400余种，竹林实际占有我国土地的面积达到了4,120,000m2，占全国土地总面积的千分之五，平均每一年毛竹被砍伐的数量就超过了40千万，而累积而成的杂竹容量也超过了3百万吨，好比超过1千万立方米木材的实际总容积，差不多占到我国平均每一年砍伐木材数量的20%，因而正得益于我国如此丰饶的竹林产量，从而也为它带来了“第二森林”的极高赞誉。而在国内，竹林产量高居全国榜首的省份当非浙江莫属，这与作为长三角地区经济较为发达的浙江相契合。据浙江省当地发布的关于竹林相关信息的公告可知，当前该省份全部竹林的占地面积达881000公顷，大径竹2.1亿根，尺寸相对较小的杂竹累积而成的总容量达486000t。竹林不仅为浙江省当地的经济发展贡献了自身的绵薄之力，同时还为当地的农民带来了更多的收入，加快了全面小康社会建设的步伐。对于植物来说，土壤是供其生长的必不可少的平台，植物需要从中吸取更多的养分，倘若土壤的肥沃程度更高，植物的生长也就越好。土壤除了依靠天然的肥料来宽松其内部结构，同时也可以依靠人工肥料实现。浙江地处江南地区，拥有独特的地理方位，诸如污物、排泄物等冲击形成的泥肥，油料种子挤压形成的饼肥、绿色植物形成的绿肥等肥料在当地随处可见，也成为当地最主要的天然肥料。肥料资源取之于自然，不可再生，肥料资源也相当缺乏。之后农民普遍依靠购买有机肥来满足需求。

2、然而，随着浙江省效益林业的实施，农民在竹林日常经营过程中为了追求经济效益的最大化，通常采取投入与产出成正比的模式日常经营。竹林生长过程中，过度采用肥料，势必使竹林土壤养分积累量不断增加，土壤氮磷流失现象日益严重。据统计，我省雷竹栽培过程中肥料施用量极大，覆盖雷竹林施用化肥量超过每ha6000000-7200000g，最高可达每ha15000000g，这一论述同样于2013年被陈裴裴等人证实。与此同时，竹林主要分布在河流、湖泊和水库的源头或两岸。强度经营过程中，竹林被频繁翻耕和滥施除草剂，使林下灌木和杂草消失殆尽，竹林土壤侵蚀和径流强度不断加强，大量养分被雨水淋洗而进入周边水体，严重影响水环境安全。

3、国内外学者针对如何控制化学肥料污染，减少竹林氮磷流失和保护农村水环境安全等方面开展了大量的研究工作，提出了多种有效方案，包括加强林地管理(王斌，2014)，改善施肥技术(吴家森等，2012)，研制新型肥料(陈裴裴等，2014)，设立生物隔离带、生态沟渠和植物篱等技术手段(李荣斌等，2015)。然而，竹林土壤氮磷转化和径流流失受到土壤、肥料、植被以及气候等多方面因素的综合影响。现有的工程技术手段，虽然可以在一定程度上阻断径流水体中氮磷等污染物进入水体，减少竹林生态系统氮磷流失量，但是存在资金投入大(Sudhishrietal.,2006)，维护成本高，增加渗漏损失(Owinoetal.,2006)的潜在风险，不能从根本上解决由化肥过量施用导致的林地水体污染问题。环保型缓控释肥料因其养分溶解和释放速度较缓慢，具有提高作物养分利用效率、增加作物产量并显著降低土壤氮磷养分流失等特性，已成为国内外应对农业水体污染和提高作物产量的重要手段。Qian等(2016)研制的淀粉基高吸水性树脂缓释肥表现出优秀的养分释放性能，可以稳定释放养分达96小时以上。Patil等(2010)通过两年的稻田试验发现，缓控释肥的施用可以减少约50%的田间施氮量，并在保证水稻产量的同时，有效缓解田间土壤氮素流失。虽然与传统肥料相比，缓控释肥具有明显的环境保护作用，但是其在国内并未得到大规模的应用，其消费量只占化肥消费总量的1%左右，倾向于走高端经济作物群体路线。原因在于：一是缓控释肥料造价高昂，制作成本支出巨大，且工序纷繁复杂，从而阻碍了这一类肥料在大众作物的广泛推广和应用。二是现阶段市面上销售发行的缓控释肥料在外包装上所采用的材料均为不可降解物，一旦被遗弃在土壤里，势必会造成土壤的污染，从而影响土壤的肥沃程度，甚至造成土壤表层作物的不可再生。这一观点于2010年得到了何刚等人的证实。有鉴于市面上公开向农户销售的肥料大多对于土壤的危害性较大，容易造成土壤的二次使用，不利于作物生产的良性循环，农户对于寻求更为环保、更为节能的肥料更加青睐。实践研究证明，未来一段时间，随着农作物产品的深化发展，传统的肥料必将遭到时代的淘汰和唾弃，而缓控释肥料作为现代化饿的一种新型肥料，以节能和环保著称，必将登上历史舞台。

4、美国在世界上首次对缓释/控释肥料进行了研究，研究内容含有SCP、SCU和SCK等。改良后的SCU表面涂有一层烯烃聚合物，称为聚烯烃，其售价低于聚合物涂层肥料，在美国市场上的得到了广泛的应用。包膜肥料依旧是世界上最具影响力的涂层肥料，大多数缓控释肥在美国仍与速效肥料的混合形式施用,同时，为了避免涂料在搅拌过程中断裂，研制了耐磨型控释铁粉；为减少聚合物对环境的污染，研制了生物可降解膜覆盖的缓释肥料。日本则在寻找和施用以大分子肥料为主的控制肥料方面比较先进，1975年开发了关于硫化物的肥料，并且已经广泛应用和推广到西瓜、水稻等诸多农作物中，效益良好。欧洲地区把更多的重心放在了可溶性含氮缓释肥料；德国研发出了一种以聚合物为涂层的肥料涂料，该涂料能控制营养物质在一定时间或一定速度地释放，从而更好地满足作物对营养物质的需求。英国制作玻璃态缓控释肥时，通常在磷酸盐玻璃里面融入K,Ca,Mg多种元素混合交叉，其中的氮元素主要是通过CaCN的外在表象充分融入到缓控释肥里，在此期间不释放任何营养物质，因此适合幼苗生长。法国缓控释肥首先采用三聚磷酸钠或六偏磷酸钠包覆的金属过氮化物作为土壤添加剂，其次采用聚合物包覆材料和细菌结合的方法。荷兰通过在甘油、马铃薯淀粉和发酵剂中搅拌，研制出一种生物除菌肥料。现阶段，以美、日、欧等为代表的国家和地区纷纷在结合自身实际情况的基础上，极力推动缓控释肥料的发展。由于这些国家的经济相对较为发达，高尔夫、花卉等非农产业盛行，而这些非农产业的发展又离不开对缓控释肥料的使用，因而消耗量巨大。纵观世界上各国、各地区对缓控释肥料的生产，基本上主要围绕草酞胺和聚合物包膜肥料等四种类型。其中，包膜控释肥主要应用在农业的生产上，目前占到整个农业总量的百分之六十五到百分之七十五之间，并呈稳中有升的态势。由于增长势头强劲，该肥料成为下一个世中的核心几率很大。

5、蒂莉于2003年研究发现，生物质炭实际上是一种不同于液态物质的固态物质，作为一类难溶性的物质，在形成的过程中，对温度的要求较高，以三百摄氏度到七百摄氏度的低温最为合宜，同时在形成过程中空气中会弥漫出芳香的浓郁味道。随着研究的进一步挖掘与深化，生物质炭之所以能够轻而易举将土壤里面的养分附着在身上，主要得益于自身针孔密布、比表面积庞大等诸多特性的辅助，从而有利于完善土壤内部的理化特性，提升土壤的肥沃程度，而这一观点于2016年被阿里夫和张等人所证实。生物质炭对土壤养分里面的氮元素吸附主要表现在NH4+-N和NO3—-N两种物质上，这是经由柳等人于2014年和徐等人于2016年分别考察所得的相同结论。不仅如此，丁等人于2010年对生物质炭的吸附功能进行了相关的考察，而他考察的方式主要是通过做与土柱淋溶的实验，采用相互对比的方式，倘使土壤中加入了竹炭，则原有的二十厘米土柱厚的土壤中含氮量则会累计下降的比重超过百分之十五点二，而这需要七十天的时间。除此之外，土壤中引入生物质炭，还能有效改善土壤的内部结构，增加土壤的肥沃程度，从而进一步优化土壤的内部结构，为更多生物的生长提供优良的土壤环境，提高土壤质量。由此可见，以生物质炭作为缓释肥的包膜材料不但可以有效克服传统肥料缓控效果不佳的缺点，而且可以解决包膜材料在土壤中二次污染问题。结束语我国由于幅员辽阔，适合竹林生长的土地资源十分丰富，因而无论是竹林的种类，还是竹林的占地面积，亦或是国家储存竹林所占用容积的总量，均为世界的佼佼者。然而，我国现阶段对竹林材料的使用只有四成，剩下六成都在使用的过程中被废弃了，这一观点是由曾宪阳于2009年进行考察研究所得的结论。若能充分利用这些丰富的竹材废弃物资源，采用低温热解炭化技术，将廉价的竹材废弃物原料制备成炭基缓释肥的包膜材料，则不仅可以有效解决竹林废弃物的处置难题，而且可以降低竹林氮磷养分流失风险，遏制我省农村水体富营养化污染问题。

参考文献：

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王宇婕,杨丽平,应锦岳,谭文娴,刘鉴醇.竹材废弃物炭基缓释肥综述[J].科学技术创新,2019(24):151-152.