电话、微波炉、不粘锅、青霉素、X射线……这些我们日常生产生活中再熟悉不过的东西,其实都是在科学研究中偶然的“偏得”。
这些“偶然”在科学研究中并不能经常遇到,不是每个科学家都有这样的运气,因此也被诩为传奇、佳话。但长春理工大学的沈贤德教授在对秸秆的深加工过程中,就遭遇了一个“意外”,从而演绎了一段秸秆“传奇”。
2019年,沈贤德从玉米秸秆中提取经济价值极高的半纤维素,但产生的大量固体废料却没法处理,只好堆在车间一角,让他很是头疼。
一天,一位朋友来到沈贤德的厂房车间,偶然看到这一堆“废物”,就脱口而出:“这堆东西怎么这么像山上的腐殖质呢?”
腐殖质?秸秆经过高温催化,这太有可能了。
一语点醒梦中人!“当时我是一分钟都没耽误,装好样品直接发给了在沈阳农业大学工作的朋友,请他帮助检测。”回想起当时的情景,沈贤德依然难抑心中的激动。
第二天,结果传来——材料里含有60%左右的有机质,其中含有腐殖质材料42%,包括棕腐酸26%、黄腐酸7%、胡敏素7%,pH值为5,吸水率350%。
事情一下子来了个大反转,原本无法处理的“废物”,竟然是宝贝!
腐殖质,即表层土壤中的黑棕色物质,是已死的生物体在土壤中经微生物分解而形成的有机物质。腐殖质是土壤有机质的主要组成部分,一般占有机质总量的60%-80%。腐殖质含有植物生长所必需的元素,如氮、磷、硫、钙、镁和钾等。在大多数土壤中,腐殖质的比例在2%-10%之间。腐殖质不仅是土壤养分的主要来源,而且对土壤的物理、化学、生物学性质都有重要影响,是土壤肥力指标之一。腐殖质具有的适度黏结性,能够使黏土疏松,砂土黏结,是形成团粒结构的良好胶结剂,对板结土壤、沙化土地、盐碱地等具有很好的改良作用。
2021年4月,中国石油大庆石化工程有限公司投资,沈贤德在山东省烟台经开区建立起一套年加工2000吨玉米秸秆的示范生产线。2022年2月,生产线完成最终安装调试,3月末生产出了国内首批人造腐殖质试验产品。
“我们的产品先后经中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国腐殖酸工业协会腐殖酸质量检测中心及韩国权威机构检测,固体材料为有机质含量84.4%、腐殖酸总量60%、有机碳含量49%、pH值4.4、吸水率350%的多孔纳米材料;液体材料为含有3%黄腐酸及具有抗菌功能的多糖8%,可以用作叶面肥和高级饲料添加剂。”沈贤德话语里难掩兴奋,因为这样的腐殖质如果在自然条件下转化,可能得数十年甚至上百年,而在他的反应釜里,只需要3个小时,且没有任何废弃物排放。
但这“一堆”到底是废物还是宝贝,还得试验来验证。
为了进一步研究及验证材料在土壤改良过程中的有效性,沈贤德项目组从2022年5月开始,先后在多个区域进行了水稻、玉米、中药材的种植试验。
在黑龙江五常,他们选择两个地块进行水稻种植对比试验:一块地不施化肥,仅用人造腐殖质;一块地用人造腐殖质,同时仅使用正常化肥量的30%。
实验结果让所有人为之振奋!
结果显示,全部使用人造腐殖质的地块与原先正常100%使用化肥的地块产量持平,使用化肥量30%的地块则增产了10%。两块使用人造腐殖质的地块所产的水稻,均不含重金属及农残。
此外,在施用了人造腐殖质材料后,吉林大安一块重度盐碱地居然种出了玉米,内蒙古通辽一块沙化地也种出了高质量的中药材。
通过2022年的种植试验,验证了通过添加人造腐殖质材料,可按需提高土壤有机质含量、疏松土壤,提高土壤保水、保肥能力,有效提高化肥使用效率,大幅降低化肥使用量,减少土壤、水源等面源污染。
经过了实践的检验,沈贤德心里更有了底。他介绍,今年项目预计还将在山东、山西、福建、湖南等地开展水稻、玉米、中药材、棉花等作物的种植试验,并已与当地农业科研院所达成合作意向,进行系统性种植研究,种植面积约60公顷,以进一步验证材料在各种土壤条件下对植物种植的影响。
种豆却得了瓜!沈贤德的这一意外收获,对农业生产、土地保护、环境保护意义非凡。
解决秸秆焚烧带来的环境污染问题;
有效保护黑土地,改良盐碱地、沙化地,扩大粮食种植面积;
大幅提高作物质量,解决重金属污染、农残问题;
推进我省“千亿斤粮食”产能建设工程实施,为维护国家粮食安全贡献吉林力量
……
采访临近尾声,沈贤德略微低着头、掰着指头总结起了人造腐殖质材料的一条条优点。
他声音不大,但格外清晰,充满了自信。