南京农业大学教授潘根兴
土壤是自然界赖以存续的生态根基。
大自然造就土壤，先塑造酥松多孔的介质，使植物可以伸展根系，水分蓄积，不同大小的生物比如土壤动物、微生物可以藏身和生活，废弃物可以分解而永续循环。
土壤不同于岩石和矿物，其是松的、生物的、代谢的，是与植物和微生物和谐共生的生态系统。管理土壤，就是保持土壤的结构、土壤的生命和土壤的活性。其中，有机质是关键，是结构的调理剂、功能的促进剂和土壤生物的食物。所以，提供和保持良好有机质是提升土壤功能和生产力的最重要途径。
增碳改土促生原理
然而，在长期人类的生产经营下，特别是长期种植某种特定农作物前提下，单一的、长期的干扰，耕作、化肥施用和地膜覆盖，缺少合理轮作、补充有机质和适当耕耘等的土壤关怀，导致土壤板结、酸化和重金属、农药等单向性的不利变化，抑制土壤生物活性，削弱土壤健康，使土壤失去自身调节能力，致使植物生长和代谢受损，进而导致农产品产量和品质下降。
秸秆是农田有机质的自然来源，土壤通过消解秸秆，增加有机质积累，逆转农业活动的结构破坏，增加微生物的食物供应，提供土壤生物活性。但是，农作物高产前提下，每亩数吨的秸秆、每年多季的连续种植，土壤自身已不能充分消解大量秸秆，因而难以通过秸秆还田这种自身的转化供给土壤好的有机质。
秸秆炭化，就是人类通过工程途径，加快和更好地转化秸秆物质为良好的有机质，提供多孔的、富有结构（含纳米孔隙）和富有活性的有机物质。这个过程既能改善土壤物理结构，又能促进土壤生物活动，帮助土壤塑造酥松结构和生物活动的健康环境，起到“改土促生”的双重作用。
而炭基肥料就是将秸秆炭化的生物质炭，与化肥元素通过孔隙作用，制成炭结构支撑的有机无机复合肥料，一方面提供植物养分，另一方面提供植物根际微区改善土壤结构，并通过炭基肥料中活性有机质促进根系生长，将“改土促生”落实到植物根的生长环境中。这就是少量炭基肥料也能改善土壤、促进植物增产的基本原理。
因此，炭基肥料的作用是“增碳改土促生”，这是区别于一般化肥的功效。炭基肥料使用后，通过大幅度地促进根系生长，实现根壮苗强。而炭基肥料有机组分借助植物根系的健康和活性，从而保证植物的健康和代谢活性，保证植物的产品品质建成，最终使得增产优质成为现实。
施用化肥的油菜根系（拘束的根，左）与炭基肥油菜的根（舞动的根，右）。
沃土肥田成果展示
生物质炭改土肥田增产的可持续性，首先在江苏太湖地区的水稻生产中得到印证。宜兴市的抗美援朝退伍老兵老王，自家承包的黄泥土水稻田，原来习惯施用土杂肥。他在2009年每亩只施用过一次1吨秸秆生物质炭，但至2015年却续6年增产8%-12%。水稻一茬氮肥使用量每亩由30公斤减至25公斤左右，施药由6-8次减至3-5次，而且水稻从不倒伏。
我们田间测土发现，老王的水稻田土壤酥松、耕性好，机耕阻力小，节省了不少机耕费，每年每亩种田节本80-120元。他逢人就夸：“我家田用了炭，土松了，虫少了，肥有劲了。”为此，他的田和他的故事多次上了电视，他的田也成了南京农业大学土壤学、农学和植保科研的“明星”对象，先后有8位博士研究生据此研究，发表了10多篇研究论文，相关成果甚至成为国际生物质炭绿色农业的经典。
老王家的炭田（酥松，左）与不施炭的土（板结开裂，右）。
在辽宁建平县偏远的小山村新城村，在当地政府支持下，返乡创业农民李凤雷成立果蔬生产合作社，种植西红柿、青椒和西葫芦等外销。2016年他开始应用炭基肥料，将炭基肥替代化肥对硅素生产大棚进行试验示范。
当地土壤十分贫瘠，土壤板结、墒情低、养分少、供肥差。施用炭基肥料后，根粗壮、枝挺拔、西红柿个大均匀，增产20%以上，而且果蔬保鲜性明显增强，每公斤收购价要比施用化肥的高出2元，西葫芦和青椒的增产优质同样突出，让李凤雷增强了扩大生产的信心。第二年他们大棚全部改施炭基肥料，每亩多投入百来元，收成却多了一两千，农民不用算账都知道“这个划得来”。
很快，炭基肥料被合作社全体成员接纳，扩大到生物质炭土壤改良、多种果蔬以及高粱、小米等当地富有盛名的小杂粮生产上，由此开发出炭基生态康养生鲜产业，生产的果蔬直供北京市场。2018年，当地政府与南京农业大学合作共建炭基生态农业乡村振兴研究院，全面推广生物质炭土壤改良和炭基肥料优质果蔬规模化生产，以此推动了新城村经济发展。
凤雷果蔬合作社施用化肥的西红柿（左）和等量炭基肥的西红柿（右）。
生物质炭及炭基肥料分作物品种应用的田间及品质表现也很优秀，2016-2018年我们与原农业部全国农技中心合作，在黑龙江、吉林、内蒙古、山西、河南、宁夏、湖北、江西、新疆和江苏等省市的田间试验示范水稻、玉米、高粱、小米、马铃薯、甜菜、芹菜、空心菜、花菜、大蒜、苹果、梨、西瓜、枸杞、葡萄等48种农作物施用生物质炭及炭基肥料50万亩。试验发现，水稻增产8%-10%，玉米、大豆增产10%-15%，果蔬增产15%-20%，品质至少提升一个等级。农民每亩施用炭基肥料150公斤，虽然比施用化肥多花50多元，但通过增产50公斤，加上品质提升等因素，每亩至少增收200元。
本文图片由潘根兴提供