山西能源學(xué)院教授董光華是平遙縣岳壁鄉(xiāng)岳北村人。從2013年起，董光華依托自己的專業(yè)研究方向——應(yīng)用化學(xué)與煤炭綜合利用，開始探索低階煤肥料化改良土壤促進(jìn)長山藥增產(chǎn)的課題，解決了岳北村的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)長山藥所面臨的重茬種植產(chǎn)量低、品質(zhì)差的問題。
經(jīng)過幾年的探索，2017年，董光華的堂哥董光明家的地里在施用了風(fēng)化煤基肥以后，重茬種植的長山藥每畝不僅增產(chǎn)1000多斤，而且品質(zhì)很好，試驗田里光一等品就達(dá)到了5000斤，每斤市場價最高可賣到5元。讓周邊的長山藥種植戶羨慕不已，董光明也真正感受到了科技的力量。
山藥之鄉(xiāng)連作種植遭遇土傳病害
山西是山藥的原產(chǎn)地，栽培長山藥已有2000多年的歷史。而平遙長山藥是其主要代表，是很好的食藥同源道地中藥材。在董光華的故鄉(xiāng)平遙縣岳北村及周邊村莊，所產(chǎn)的長山藥質(zhì)地優(yōu)良，是山西的特產(chǎn)、名產(chǎn)。2011年成為原農(nóng)業(yè)部第一批認(rèn)證的45個“農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品”之一。
每到山藥上市季節(jié)，都有大批河南、江蘇等地的商人趕赴岳北村采購山藥。市場行情不錯時，地頭價能賣到每斤5-7元，農(nóng)民每畝山藥可收入兩三萬元，成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要收入來源。
但山藥不宜連作。近年來，由于適合山藥生長的土地面積有限，而市場需求不斷增大，農(nóng)民為了追求利潤連續(xù)多年在同一地塊重茬種植，最終導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分嚴(yán)重失調(diào)，各種營養(yǎng)元素也越來越不均衡，土傳病害日益嚴(yán)重，頻頻出現(xiàn)死苗、爛根現(xiàn)象，山藥品質(zhì)明顯下降，產(chǎn)量也由原來的每畝4000斤下降到3000斤，甚至更低。
作為從老家走出來的知識分子，看多了長山藥種植戶煩惱的董光華開始思索：“煤是由植物演變而來的，其主要成分仍然保留了植物的組成，富含的碳、氫、氧、氮、硫基本都是植物生長的必備要素。而長山藥生長的適宜條件是富含有機(jī)物、有一定微量元素的沙質(zhì)土壤。”
董光華說：“山西是煤炭大省，一些地方存在著大量的風(fēng)化煤，風(fēng)化煤等低端煤、廢棄煤被認(rèn)為品質(zhì)差而很少用于工業(yè)開發(fā)利用，但是如果用來改良土壤，不僅價格低廉，而且對修復(fù)土壤和環(huán)境治理都有很大的好處。”
低階煤基肥改良土壤增產(chǎn)效果明顯
從2013年起，董光華開始在實驗室采取盆栽的形式進(jìn)行這方面的試驗。一開始，董光華利用的是煤矸石，實驗也取得了一定效果。
2014年，董光華在岳北村村民雷寶明的長山藥地里進(jìn)行了煤矸石利用的小型試驗，取得了幼苗死亡率低、長山藥增產(chǎn)的明顯效果，一壟長山藥的收入可增加近3成。
但是考慮到煤矸石使用量大了以后，會大大增加運(yùn)輸、裝卸、粉碎等環(huán)節(jié)的勞動量。2015年，董光華把利用對象轉(zhuǎn)向了洗煤廠的廢棄煤粉。他采取氧化和厭氧法把這些風(fēng)化煤堆漚進(jìn)行肥料化處理后，每畝地按600公斤的量施做長山藥底肥，在堂哥董光明家的地里擴(kuò)大了試驗。“在熟人的地里做試驗，即使失敗了也不至于落埋怨，大田當(dāng)年的試驗效果就顯現(xiàn)出來了。”
2015年，董光華在董光明家地里分別選擇兩塊約66.7平方米的地塊進(jìn)行試驗，兩塊地都施用低階煤基肥改良土壤。幼苗于5月栽種，夏天的生長狀態(tài)極其良好，秋收后與對照地塊相比，一塊地增產(chǎn)40公斤，一塊地增產(chǎn)30公斤，而后一地塊是少澆了一次水。
2016年，董光華的研究引起了晉中市科技局的關(guān)注。該局相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“長山藥對平遙縣和晉中市發(fā)展中藥材產(chǎn)業(yè)的意義很大，而研究的內(nèi)容又是利用低階煤這樣的本地固體廢棄物低成本改良土壤，以提升傳統(tǒng)特色農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量?？萍疾块T十分看重里面的經(jīng)濟(jì)意義和社會效益。”
2016年，晉中市市級科技攻關(guān)項目“低階煤基有機(jī)肥改良土壤促進(jìn)長山藥增產(chǎn)研究”開始立項。董光華是課題組的負(fù)責(zé)人，課題組同時吸收了山西能源學(xué)院的馬彩蓮、劉霞、劉云霞，晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院的武俊俊、王學(xué)府等來自多個單位的科技人員加盟。
順理成章，董光明家的長山藥地變成了晉中市科技項目的試驗田，雷寶明也再一次參與了試驗。
為了進(jìn)行對照試驗，在董光明家長山藥地里，其中1.2畝按照傳統(tǒng)方式種植，另外1.2畝作為試驗田種植，施用的風(fēng)化煤基肥是經(jīng)過6個月肥料化處理的。而在雷寶明家的地塊上，施用的風(fēng)化煤基肥的肥料化處理時間是一個半月。
最后的試驗結(jié)果表明，董光明家地里1.2畝試驗田的增產(chǎn)效果最佳。2016年，畝產(chǎn)從3000多斤一躍到了5000斤;2017年的試驗效果更明顯，一畝地光一等品就超過5000斤。雷寶明家地里的試驗效果也很明顯。
“原來一根長山藥也就1斤多，現(xiàn)在一根兩斤多，甚至3斤多，而且口感也更加綿軟發(fā)甜，1斤按5元錢計算，每畝能增收5000元。”董光明高興地說。
不僅綠色促增產(chǎn)還具有社會效益
董光華介紹說，風(fēng)化煤是自然生態(tài)系統(tǒng)中碳庫的重要組成部分,含有大量腐殖酸和多種含氧活性功能團(tuán)，不但有機(jī)質(zhì)含量高，而且碳素和氮素的比例也高于常用的草炭、沼渣等物料。山西一些風(fēng)化煤中腐殖酸的含量高達(dá)50%以上。
該項目的試驗表明，適宜長山藥生長的土壤酸堿度PH值為6.0-8.0。而風(fēng)化煤基肥呈酸性，施用后長山藥種植田的土壤PH值會有一定程度的改變，可以明顯改變土壤的物化性質(zhì)，有利于農(nóng)作物的生長發(fā)育。
董光華說，風(fēng)化煤基肥中的腐殖酸對土壤中的微生物活動有加劇作用，使固氮菌增多，促進(jìn)了氮肥的硝化吸收，為植物根系提供了足夠的氮營養(yǎng)，使長山藥的葉片生長得更加厚、大、亮，光合作用能力提高，最終促進(jìn)了增產(chǎn)。同時，風(fēng)化煤基肥具有多孔介質(zhì)的性質(zhì)，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，可使土壤容重減輕，總孔隙度和通氣孔隙度增多，同時使土壤粘性變小，其疏松度、透水透氣性、蓄水能力提高，整體緩沖性能增強(qiáng)，從而使得土壤中水、氣、熱等狀況得到調(diào)節(jié)。
此外，煤的多孔層狀結(jié)構(gòu)使其在加入土壤后吸水膨脹，能夠起到疏松土壤的作用。煤溶解于水還會產(chǎn)生一定的溶解熱，風(fēng)化煤基肥為熱性肥，其活化發(fā)熱時間較長，有利于土壤溫度的提升，在地溫較低的5月上中旬使長山藥縮短了出苗期，當(dāng)9月中下旬到10月氣溫降低后，又延長了長山藥塊根的膨大時間，推遲了落葉。
“四年的研究結(jié)果表明，風(fēng)化煤基肥所具有的煤的結(jié)構(gòu)特性和富含游離腐殖酸及活性物質(zhì)的特性，可使土壤PH值降低，疏松度增大，游離腐殖酸和活性物質(zhì)增加，地溫提高，改善和優(yōu)化了長山藥種植土壤的理化性質(zhì)，可有效促進(jìn)長山藥早期出苗早和出苗全、中期長勢好、晚期衰敗晚。每畝施用600公斤風(fēng)化煤基肥，長山藥產(chǎn)量增加20%以上，品質(zhì)也得到改善。”董光華說。這意味著，晉中市市級科技攻關(guān)項目“低階煤基有機(jī)肥改良土壤促進(jìn)長山藥增產(chǎn)研究”取得了顯著成效。
董光華表示，“2016年，這一研究項目在晉中市科技局的支持下，首次提出了利用低階煤及煤基有機(jī)肥改良土壤、促進(jìn)長山藥增產(chǎn)的理念。同時，也首次提出了用于山藥增產(chǎn)的低階煤基肥的制備開發(fā)。目前，該項目已成功申請了一項發(fā)明專利，煤基肥的配制方法已基本掌握，最佳施入量和施用方法也已基本確定。”
“目前，低階煤肥料化處理的最大成本就是人工，其具備低成本高收益的特點(diǎn)。所以，希望能在更大范圍內(nèi)加以推廣，讓風(fēng)化煤等一些低端煤變成助推山西特色農(nóng)產(chǎn)品綠色增產(chǎn)的利器。”董光華說。
晉中市科技局相關(guān)負(fù)責(zé)人也表示，這一項目所取得的進(jìn)展，不僅對促進(jìn)農(nóng)民增收、長山藥增產(chǎn)具有明顯的經(jīng)濟(jì)價值，而且對探索改良與長山藥種植條件相近的其他土壤有著寶貴的借鑒意義。此外，從原料上來看，以每畝地消耗低階煤或風(fēng)化煤600公斤計算，這對山西省低端煤開發(fā)利用極為有利，如果項目能在更大范圍內(nèi)實施，除了產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價值外，還將具有非常大的社會效益。
