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为土地设计“营养品”
2020-09-15 08:51:04 来源: 中国青年报
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潘根兴教授团队在田间地头的合影。潘根兴供图

  今年4月,在新冠肺炎疫情肆虐时,为了拿到播种期间的最新科研数据,南京农业大学资源与环境科学学院潘根兴教授和团队驾车两万多公里,先后跑了江苏、四川、辽宁、安徽、云南5个省,走遍了全国5个碳基化肥试验基地,完成了对基地的实地科研工作。

  潘根兴教授解决的是农村秸秆焚烧的难题,把秸秆炭化做成复合肥,既解决了秸秆无法处理和焚烧污染环境的难题,又增加了土壤肥力,让土壤进入良性循环。

  在农田里,1个单位的水稻可以得到0.45个单位的稻子和0.55个单位的秸秆,秸秆处理成了现代农业的难题。他们设计了一个能变废为宝的反应器,让秸秆在反应器中炭化。这个“魔法”能让秸秆变成土壤可以直接吸收的有机质,代替土壤中微生物完成“消化”,帮助自然界循环。

  “由于使用这种炭基化肥,以前一亩地需要至少两袋复合肥,现在一亩地只需要一袋炭基化肥。化肥投入减少了50%,费用降低150元,西红柿产量则提升了10%-15%。每亩都能多收1500斤,增收两三千元。”安徽虞浩园农业科技发展有限公司总经理张培由衷地赞叹,“潘教授的肥料就像农产品的‘中药’,保持增收的同时休养土地。使用潘教授的炭基肥料叶片更大,抗病性也更强。”

  张培表示,从2018年起,他就与潘教授的团队合作,现在他经营的1000多亩农场全面推广使用炭基肥料。

  近10年来,潘根兴一直致力于推广他的炭基化肥。在他看来,让更多农民用上价廉物美的肥料,生产质优物美的农产品是一个农学教授最大的价值。

  “土地是一个农业科学家最基本的牵挂,对于我而言,立地就是顶天。”潘根兴教授的微信头像,是他站在东北黑土地上敞开胸怀的情景。

  从草木灰中汲取灵感

  潘根兴教授的研究项目是炭基肥料的生产与运用,这个项目最初是为了研究土壤肥力下降的问题。

  “土壤的肥力大小,取决于生物在土中降解而形成的化学有机物多少。过去农村猪粪堆肥,就是这个道理。”他说。

  然而,随着农牧业的分离和规模化养殖,动物粪便堆肥在农村越来越少。规模化种植技术大面积应用后,秸秆还田成了难题。每年到了收获季节,全国各地的环保队伍都在巡逻、蹲点,防止农民焚烧秸秆污染空气。秸秆处理成了事关农业发展、环境保护的大难题。

  事实上,除了动物粪便,秸秆降解也可以增加土壤肥力。把秸秆还田,可以借助土壤中的微生物“循环分解”,但秸秆“自然循环”的速度很慢,前面的没降解掉后面的又源源不断生产出来了。人类生产所产生的废弃物远超“自然循环”的极限。

  潘教授介绍道:“我研究秸秆还田的初衷,就是为了解决规模化生产后,土壤肥力下降的问题。”

  2010年起,潘根兴教授在东北、四川等地调研时发现,随着越来越多的农民进城打工,留在农村的劳动力无法有效处理大规模生产后形成的大量秸秆。“我在和很多农民聊天中得知,焚烧秸秆的原因是‘无法处理’”。

  传统的农耕习惯给了潘教授灵感。“在传统农业中,我们有烧草木灰的习惯。烧草木灰为什么可以增产?因为秸秆焚烧后,附着在秸秆上的虫卵被消灭了,而炭化的秸秆变成有机物,更有利于保持土壤肥力”。

  规模化生产改变了生态系统,那就采用规模化生产的方式来修正生态系统。潘教授用杠杆来比喻他的研究:他的项目必须一头让秸秆还田,一头让化肥升级。

  炭化反应器让秸秆变废为宝

  焚烧秸秆会造成污染,这个难题怎么处理?

  潘教授转换思路,用现代规模化的生产替代传统焚烧方式。将秸秆在密闭高温下炭化,同时收集高温炭化过程中形成的固液气进行深加工。“烧草木灰和高温炭化,本质都是得到这个‘炭’,高温炭化可以实现大规模的生产且不会造成污染”。

  潘教授的团队设计了一个反应器,让秸秆高温炭化,变成碳基有机物,代替土壤中微生物完成“消化”,土壤可以直接吸收的有机质,帮助自然界循环。

  生物质炭化技术不仅能应用于秸秆,对养殖户家的“猪粪”也同样适用。“猪粪又脏又臭,还含有很多抗生素的抗性基因,会干扰人的生物系统,影响人的抗药性。不仅如此,病毒、疫情依赖粪便上的细菌、真菌供给的养分,可能会随之传播。”考虑到这一情况,他们设计了“热解炭化”这一步骤,能把废弃物中的生物杀死,彻底消除对人类健康的潜在风险。

  炭化的秸秆被做成了化肥,秸秆炭化物占20%,相关化肥占80%,保持原有质量和效力的同时减少了化肥的使用,滋养了土壤。

  潘根兴表示,他们要打造的是一举两得、多价值的生产系统。

  这个看起来“土气十足”的科研成果得到了科技界的认可:2013年,该成果获得河南省科技进步奖;2014年,获得山西省科技进步奖;2019年,荣获教育部自然科学一等奖。

  打通农业科技推广最后一公里

  成果出来了,怎么才能推广给农民呢?农民和科学家之间有着天然鸿沟。对于农业科研成果来说,推广比出成果更难。

  一开始,潘根兴教授与安徽的一家肥料企业合作。但这家企业很快便在激烈的市场竞争中失败了。“化肥市场也是‘大鱼吃小鱼’,小微企业难以与大企业竞争,大企业由于机制和生产线的制约,难以接受我们新的技术”。

  后来,他联系到了北京一家环保企业,但这家企业由于市场风险等因素而放弃了。

  连续两次的失败,让潘教授反思自己推广的思路。

  科研成果的使用者是农民,最大受益者也是农民,只有得到农民认可才能大面积推广。于是,潘根兴教授的工作重心从实验室转到了田间地头,走遍全国,到处和农民交朋友。

  事实上,说服农民去用一个新产品并不容易。相比科学家们的成果,他们更相信当地种植大户们的经验。

  近几年,潘根兴教授每年都要出去考察乡村合作社和农产企业,即使是疫情期间也没有停下。

  潘教授团队的合作者,内蒙古赤峰市科技带头人李凤雷曾经做过宝马的经销商,后回乡经营农庄。他回忆第一次和潘教授接触是在当地政府的一次引荐会上。“很多人都不知道他的化肥好在哪儿,潘教授就不停地说‘你试试,试了不行另说’”。

  李凤雷在使用碳基肥后发现,由于病虫害少了,种植的西红柿格外优质,保鲜级别特别高,这让他十分激动,“偏远农村的蔬菜供给都市,最难解决的问题就是长距离运输,使得蔬菜的生鲜度难以保持,潘教授的化肥真的是解了燃眉之急。”

  现在,李凤雷的西红柿直供北京都市圈,他也已经成了当地的致富带头人与所在村庄的村支书,在田野里继续自己的梦想。

  谈及自己的研究时,潘根兴教授表示,作为农学教授他并不觉得科研攻关是一件难事:“问题在于推广使用,如何直达最后一公里。”

  潘教授回忆:“3月份去四川考察星夜兼程,农业必须讲究天时,过了这个时段,就得不到有用的数据了。”

  为了实验数据,也为了配合防疫工作,潘教授在前往赤峰的实验地时选择了绕远,避开高风险地区,同时向各主管部门汇报行程。

  防疫压力下收集的数据记录着潘根兴教授的智慧结晶。李凤雷说:“有一次当地刮大风,其他的作物都倒了,只有潘教授的实验田里的作物还挺立着。”

  经过了几年的摸索,潘教授总结自己项目最大的价值不在于炭基肥料的效果好,而在市场推广理念和市场机制。“我觉得再好的技术,不能转化成对农民有用的生产力,都是空的。”潘教授说。

  “我过去觉得与政府、企业合作就能推广自己的项目。但传统的由政府牵头的‘农业学习班’效率太低,企业逐利的本质和金融市场的高风险性使项目难以落地。我于是便自己直接面对农民,打通最后一公里。实践证明这个思路才是对的。”

  “现在农村有很多的青年负责人,他们热爱学习,有打拼经历,有知识,有执行力。我觉得农业和农村的希望在他们身上。”谈及和全国各地的农村带头人交往的经历,潘根兴教授深有感触地说道:“健康的生态系统才能长出健康的农产品,打通废弃物的处理与农业绿色发展的关节,是实现农业规模化生产的最后一步。”

  今年,他在溧水地区开辟了一个农庄合作示范区,与南京地区规模农业主合作,并以这个基地为核心,辐射全国。

  “未来我们将重点关注不同农产品的产业化。”潘教授表示,“针对不同的农产品,有针对性地设计不同的施肥方案,从而实现农产业的整体高效利用。”

  让潘教授欣慰的是,他的秸秆炭基肥土壤改良生态农业技术通过了2017年中国石化行业协会技术成果鉴定,秸秆生物质新材料企业在三聚环保股份公司旗下落地企业近20家,秸秆炭化产能60万吨/年,农业部全国农技推广中心联合示范推广近百万亩。

【纠错】 责任编辑: 张欣烁
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