2023年耕环四新技术｜水稻炭基有机肥与化肥减量配施增效减排技术

一、技术名称

水稻炭基有机肥与化肥减量配施增效减排技术

二、技术概述

（一）技术基本情况

我省稻田长期以化肥施用为主，过量化肥施用不仅会导致土壤pH下降，土壤板结，耕层变浅等，而且利用率低，氮磷流失风险大，氨挥发排放高，对土壤、大气以及水环境均造成不利影响。近年来的研究发现，农业废弃物热解而成的生物炭在固碳减排、提升肥力、提高肥料利用率等方面均有较好作用；但由于生物质炭密度低、质量轻、C/N高，直接还田不仅易导致产品损耗，存在一定环境风险；且增加用工，大规模推广应用难度较大。因此，亟需寻找一种更经济实用的生物炭还田技术路径。本技术通过将生物质炭与养殖业废弃物进行混合堆肥，可显著降低堆肥过程中产生的温室气体和氨气等有害气体，制备成的炭基有机肥产品品质和肥效特征均优于普通有机肥。炭基有机肥是以生物炭作为辅料生产出的有机肥，具有稳定有机质和养分协同特征，既有利于种养废弃物协同处理，又能快速提升土壤肥力改善耕地质量。将炭基有机肥配合化肥减施还田，可以在提升肥料利用率、稳产乃至增产的基础上，实现更大幅度的稻田活性氮减排。本技术可以实现化肥减施15%~30%，稻田氨挥发减少20%~40%、径流氮素损失减少15%~25%；同时作物产量增加4%~10%。

水稻成熟后挖取土壤剖面观察土壤结构与土壤-植物健康对比

左，对照；右，炭改良。生物质炭改良的稻田耕层较厚，土壤松软

（二）技术示范推广情况

水稻炭基有机肥与化肥减量配施增效减排技术于2013年开始试验研究，2017年开始示范推广。目前，已在太湖农区传统水稻种植区域实现较大范围推广应用。

（三）提质增效情况

2013~2018年，在示范推广中对35个田块进行15次测产，与农户实际比较：（1）化肥氮施用量减少15%~30%、产量增加4%~10%，氮肥利用率提高3%~8%（绝对值）；（2）土壤有机质含量提升4%~8%，土壤全氮提升5%~15%；而径流中铵态氮和硝态氮浓度降低15%~25%，氨挥发损失减少20%~40%；（3）施肥成本减少15~30元/亩，产值增加50~90元/亩、净收益增加65~120元/亩。

（四）技术获奖情况

以该技术为核心的技术成果“农业废弃物炭化工艺创新及产品在农田活性氮减排中的应用”获得了江苏省农业科技奖一等奖（2023年）以及“农林废弃物炭化循环利用关键技术研究与应用”获得了中国商业联合会服务业科技创新奖一等奖（2020年）。相关技术还支撑获得神农中华农业科技奖二等奖（2019年）和三等奖（2021年）各一项。

三、技术要点

（一）炭基有机肥的堆置

生物炭应使用清洁的生物质原料通过限氧热解制成，制备温度350~550℃为宜，碳化时间不低于1小时。生物炭作为堆肥辅料的添加量在5%~20%为宜。将生物质炭、畜禽粪便和（或）植物残体等有机固体物充分混匀后集中堆放，在微生物作用下进行好氧发酵，定期通风或翻堆；发酵过程中持续5天以上高温（50℃以上），好氧发酵周期不应低于21天（夏季）、24天（春秋季）和28天（冬季），以使有机物得到充分腐熟，最终形成较为稳定的生物炭基有机肥料（符合NY/T3618-2020行业标准）。

炭基有机肥的量产与包装

（二）炭基有机肥与化肥减量配施

炭基有机肥施加量为200~1000 kg/亩为宜，作为基肥在水稻插秧整地时将肥料混入耕层土壤。在土壤有机质含量>20 g/kg的中高肥力土壤下，化肥氮用量比常规推荐量减少20%~30%；在低肥力土壤下，化肥氮施用量建议比常规推荐量降低15%左右。磷肥一般不再额外施用。氮推荐量基于土壤氮素平衡的氮素归还指数法推荐氮肥用量。氮肥施用采用“一基一追”模式，中高肥力土壤基肥氮占比70%，低肥力土壤基肥氮占比60%，优选缓控释尿素，也可采用尿素或氮钾复合肥，采用插秧侧深施肥机械进行肥料深施；剩余的无机肥料氮作为拔节孕穗肥在搁田复水后进行追施，有条件的地方可采用机械追肥。

炭基有机肥的施用

（三）配套技术

1、机插秧同步侧深施肥技术

深埋秸秆、精细整地。秸秆翻耕还田，灌水泡田后旋耕整地作业，要求秸秆埋深8 cm以上、田面耕整深浅一致、田块内高低落差小于3 cm、田面水深控制在1~3 cm。插秧前自然淀浆，达到淀浆不板结、插秧不陷机，以指可划沟、松开缓缓合拢为宜。采用插秧侧深施肥机械进行插秧与肥料深施同步，一般肥料施用秧苗侧面3~5 cm，深度3~5 cm。

2、生物质限氧碳化技术

生物炭的生产可选择固定床、移动床等连续性半封闭式热裂解设备。热裂解设备及操作人员，能满足连续生产技术要求。生产流程包括：原料选择、原料预处理、热裂解条件优化、热裂解过程控制、生物炭卸出和包装。生物炭常用原料包括农作物秸秆、菌渣、绿废等，原料自然含水率应低于30%。如含水率较高，则应通过自然干燥或人工干燥处理使其达标。对于高含水率的有机废弃物，可以通过水热炭化的方式进行热转化。

四、适宜区域

适用于我省主要水稻种植区，尤其是中低肥力水稻土和具有一定原生和次生障碍的水稻土壤（如盐碱土、酸化土壤、贫瘠土等），具有一定保水保肥能力和污染修复能力。

五、注意事项

炭基有机肥中的生物炭比例过高，可能导致水稻暂时性脱肥；且生物炭自身碱性特征可能诱导更多N素以氨气形式损失。因此应该控制生物炭在炭基有机肥中的比例在5%~20%为宜。同时，炭基有机肥配施化肥的减量水平应结合土壤本底肥力情况，因地制宜优化选择。