土壤碳氮调节技术科技成果为耕地“减肥提质增效”

如今的蔬菜瓜果，为什么寡淡无味？问题的核心就出在土壤上。

为探索发现土壤及农产品质量的内在关系，破解土壤保育的密码，河南农业大学刘国顺教授带领的科研团队经过多年深入系统的研究，创立了土壤碳氮平衡理论,从而找到了破解土壤修复和保育技术的钥匙。

高碳基土壤修复肥农田营养保健品

盛夏季节，登封市宣化镇白沙湖畔，闷热的气息，让人汗如雨下。但是，一眼望去，百亩烟田，一派生机勃勃，让人好不欢喜。还有那一棵棵长势良好的红薯，以及又圆又大的西瓜。为什么这里的农作物如此喜人？正是因为土壤里使用了高碳基土壤修复肥。

中秋时节，热腾腾的烤红薯上了市，大街小巷飘荡着烤红薯散发出的香甜气味。在洛阳市万达美食街上的一家烤红薯小店前，围满了等着红薯出炉的食客。

寻常应季小食，缘何被客人如此青睐？

“这家烤红薯味道好，甜、糯，有种过去烤红薯的味道。”

“用高碳基土壤修复肥种出来的红薯，能恢复红薯原生态味道，含糖量高达18%~22%，且口感特别好。”河南惠农土质保育研发有限公司董事长袁占军说。

高碳基土壤修复肥就是依托河南农业大学烟草栽培专家刘国顺教授科研团队研发的土壤碳氮调节技术,生产的一种新型富含生物炭的土壤修复肥。该产品具有调节作物根部土壤碳氮比，促进土壤微生物生长繁殖和根系对土壤矿物质营养吸收，提高土壤团粒结构和肥料利用率，不仅能减少化肥施用量，而且还可预防和减少农作物生理病害，改善农作物周围土壤的保水保肥能力，能有效提高农作物产量质量等特点。

据刘国顺教授介绍，河南农业大学是我国开展烟草学本科教育、培养烟草学专业硕士和博士研究生最早的高校，拥有国家烟草栽培生理生化研究基地、烟草行业烟草栽培重点实验室等多个省部级科研平台。高碳基土壤修复肥刚开始是针对提高烟叶产量和质量而研制的，后来经过调整配方和工艺，生产出了可广泛应用于小麦、玉米、花生、烟叶、瓜果蔬菜等作物的专用肥，经试验效果明显。

据了解，烟草栽培技术工程化经过多年的研究实践，先后研制了3种高碳基烟草专用肥并实现了产业化。自2011年以来，按照“三自两高”的技术开发模式，刘国顺教授带领的科研团队在河南、湖南、安徽、山东、江西、广东、广西、陕西8个浓香型烟叶产区进行了试验示范和大面积推广，累计推广应用195个基地单元，应用面积达513.26万亩，累计收购烟叶1392.05万担，新增产值11.39639亿元，新增利税3.76071亿元，直接综合经济效益达15.1571亿元，减少化肥氮素20%~30%。目前，郑州周边县市农业乡镇已在西瓜、红薯、蔬菜种植中推广3万余亩。实践证明，高碳基土壤修复肥可显著提升作物的内在品质，并使作物增产10%~20%。

科学家的心血结晶激活土地生命活力

科研工作艰辛、枯燥无味。但甘愿为科学事业无私奉献的人从没有停下探寻的脚步，在忍受别人无法想象的清贫和寂寞的同时，也收获着科研取得突破时带来的无穷乐趣。

他们在研究中发现，土壤是优质烟叶生产的基础，土壤微生态环境的平衡与健康直接影响着烟叶的产量质量的提高。然而，最近几十年我国耕地重用轻养，化学肥料过度使用导致土壤碳库退化，氮素过量，微生物多样性及活性降低，影响了土壤的物质循环及养分供应。

为明确土壤及烟叶产量质量提高的关键限制因子，刘国顺教授带领的科研团队对大量土壤及烟样进行对应分析，土壤质量指标主成分分析结果表明，土壤碳氮为土壤质量的重要表征指标，并分析了土壤特性与烟叶质量相关关系，结果表明土壤碳氮与烟叶质量密切相关，土壤碳库弱化是影响我国烟叶产量质量重要的限制性因素。因此修复土壤碳库，改善土壤微生态环境是促进土壤养分均衡供应和生产优质烟叶的关键。

刘国顺教授带领的科研团队以烟田土壤碳库修复为目标进行了大量的研究工作，对产区主要有机物料进行资源调查，分析不同物料的营养成分和可利用价值，采用绿肥掩青，腐熟秸秆还田和施用生物质炭等途径进行土壤碳库修复。

多年重复试验结果表明，生物质炭具有含碳量高的特点，在烟田施用能显著提高土壤碳氮比，改善土壤生物学特性和微生物多样性，烟草根域微生态环境得到明显改善，增强土壤矿质养分均衡供应能力，提高烟株抗病性，烟叶碳氮代谢协调，改善烟叶香气质量。此外其具有较强吸附能力，与无机有机肥配施可以减少化肥用量，显著提高肥料利用率。

依托土壤碳氮平衡理论，技术工程转化是实现固碳培肥的关键途径。项目组围绕高碳基土壤修复肥工程化开发进行了深入研究。一是研发了一套连续式生物质炭化中试生产线，该设备采用双层套筒倾斜平式设计对原料进行高温快速炭化，炭化过程中可以自由调控反应器的炭化温度、升温速率、滞留时间等关键技术参数，并可根据不同生物质特性以及不同需求调控设备转速与滞留时间生产出适合不同品质的生物炭原料。二是建立了土壤微生物发酵工程平台和微生物资源库，研究了不同功能微生物液态或固态发酵工艺，为高碳基生物有机肥开发奠定了坚实的基础。三是创建了我国第一条年产5万吨高碳基土壤修复肥生产线，开创了高碳基土壤修复肥的技术工程化，随着土壤碳氮技术成果转化加速，2018年6月，在洛宁县长兴农林深加工专业园区设计建设年产15万吨高碳土壤修复生产基地，真正实现了传统烟草栽培研究方法向工程化的转移，推进了科技成果的转化。

一分耕耘，一分收获。刘国顺教授带领的科研团队先后申报国家发明专利8件，完成博士论文3篇，硕士论文15篇，在SCI、EI源等学术期刊发表论文45篇。2015年8月24日，河南省科学技术厅组织专家对碳氮调节技术进行了成果鉴定，专家组一致认为，该项目具有较强的创新性，经济、生态和社会效益显著，总体达到国际先进水平。

土壤康复烟叶丰产每亩增收近千元

高碳基土壤修复肥问世后，已广泛应用于小麦、玉米、花生、烟叶、瓜果蔬菜等作物的专用肥，对提高作物品质和产量效果十分明显——

“我们这里是老烟区，重茬问题和土壤传染病害比较严重，施用了河南农业大学研发的高碳基土壤修复肥后，不仅化肥使用量少了三分之一，而且烟叶长势喜人、发育良好，病害和虫害都明显减少了。2017年我种了55亩烟叶，总收入将近30万元。”襄城县汾陈乡半坡店村烟农李金叶兴奋地说。

登封市君召乡宋沟村村民王丙和说：“2016年，我把50亩石坡沙地平整成烟田，全部用高碳基土壤修复肥进行土壤改良，施用后，烟棵根系发达，烟长得好，病虫害也少，平均每亩收入达6200多元。土地不说瞎话，修复肥能减少七成的化肥用量，有效持久，还能锁紧水分，后期还不会出现焦叶、锈斑等病害，不用喷洒农药，烤出的烟叶基本在中二、中三等级以上，最好的一亩算下来增收了近2000元。”

登封农民老刘告诉记者，2017年他种6亩西瓜，施用高碳基肥后，减少了三成的化肥使用，地里的蚯蚓也多起来，西瓜又大又甜，收成比上年好得多，现在乡亲们种瓜种菜也开始尝试施用这种生物炭肥了。

2017年，河南惠农土质保育研发有限公司在洛宁县上戈镇进行高碳基土壤修复肥效果试验。10月，刘国顺教授到洛宁县上戈镇苹果园调研，试验结果表明，单株苹果产量提高7.5%，苹果糖分平均提高到14.6%，外观色泽艳丽、内质细脆、酸甜可口，耐贮耐运。

盛夏，记者在登封采访时还看到这样的场景——

“你看，这烟叶长得真大，还没有虫害，长势真好。”石道乡范庄村的胡海丰女士指着已经一米多高的烟，对丈夫说道。原来，当天下午，来自君召乡、大金店镇等地的几十名烟农来到白沙湖畔，实地考察使用高碳基土壤修复肥的农作物长势。而现场看到农作物的农民都是满脸欢喜，似乎这就是自家的农田。

“这就是使用高碳基土壤修复肥的作用，看这烟叶摸上去柔软且有弹性，烟叶也不会有病害，关键是成熟以后的烟叶不容易碎。”君召乡宋沟村村民王丙和现场当起了解说员。原来王丙和在村里也种了几十亩烟，使用的也是高碳基土壤修复肥，所以此次考察，跟随而来的他把自己使用该肥料的经验，滔滔不绝地讲给现场农民。

考察现场，袁占军还招呼大家品尝使用高碳基土壤修复肥种出的西瓜。“这瓜可真甜，有小时候西瓜的味道。”众人边吃边说，享受直沁心尖的甜味。

面对成绩和来自农民群众的赞誉，刘国顺教授表示，成绩是对继续前进的鞭策，赞誉是对工作的鼓励。

师法自然、物尽其用。正如陈温福院士在考察高碳基土壤修复肥示范区时指出，以生物炭为核心的农林废弃物资源化综合利用，未来将成为我国最具发展潜力的战略性新兴产业，为国家粮食安全和农业可持续发展作出贡献。实现农田土壤碳库修复与可持续，让古老的华夏农耕文明焕发新生！