山西能源学院教授董光华是平遥县岳壁乡岳北村人。从2013年起，董光华依托自己的专业研究方向——应用化学与煤炭综合利用，开始探索低阶煤肥料化改良土壤促进长山药增产的课题，解决了岳北村的主导产业长山药所面临的重茬种植产量低、品质差的问题。
经过几年的探索，2017年，董光华的堂哥董光明家的地里在施用了风化煤基肥以后，重茬种植的长山药每亩不仅增产1000多斤，而且品质很好，试验田里光一等品就达到了5000斤，每斤市场价最高可卖到5元。让周边的长山药种植户羡慕不已，董光明也真正感受到了科技的力量。
山药之乡连作种植遭遇土传病害
山西是山药的原产地，栽培长山药已有2000多年的历史。而平遥长山药是其主要代表，是很好的食药同源道地中药材。在董光华的故乡平遥县岳北村及周边村庄，所产的长山药质地优良，是山西的特产、名产。2011年成为原农业部第一批认证的45个“农产品地理标志产品”之一。
每到山药上市季节，都有大批河南、江苏等地的商人赶赴岳北村采购山药。市场行情不错时，地头价能卖到每斤5-7元，农民每亩山药可收入两三万元，成为当地农民的主要收入来源。
但山药不宜连作。近年来，由于适合山药生长的土地面积有限，而市场需求不断增大，农民为了追求利润连续多年在同一地块重茬种植，最终导致土壤中养分严重失调，各种营养元素也越来越不均衡，土传病害日益严重，频频出现死苗、烂根现象，山药品质明显下降，产量也由原来的每亩4000斤下降到3000斤，甚至更低。
作为从老家走出来的知识分子，看多了长山药种植户烦恼的董光华开始思索：“煤是由植物演变而来的，其主要成分仍然保留了植物的组成，富含的碳、氢、氧、氮、硫基本都是植物生长的必备要素。而长山药生长的适宜条件是富含有机物、有一定微量元素的沙质土壤。”
董光华说：“山西是煤炭大省，一些地方存在着大量的风化煤，风化煤等低端煤、废弃煤被认为品质差而很少用于工业开发利用，但是如果用来改良土壤，不仅价格低廉，而且对修复土壤和环境治理都有很大的好处。”
低阶煤基肥改良土壤增产效果明显
从2013年起，董光华开始在实验室采取盆栽的形式进行这方面的试验。一开始，董光华利用的是煤矸石，实验也取得了一定效果。
2014年，董光华在岳北村村民雷宝明的长山药地里进行了煤矸石利用的小型试验，取得了幼苗死亡率低、长山药增产的明显效果，一垄长山药的收入可增加近3成。
但是考虑到煤矸石使用量大了以后，会大大增加运输、装卸、粉碎等环节的劳动量。2015年，董光华把利用对象转向了洗煤厂的废弃煤粉。他采取氧化和厌氧法把这些风化煤堆沤进行肥料化处理后，每亩地按600公斤的量施做长山药底肥，在堂哥董光明家的地里扩大了试验。“在熟人的地里做试验，即使失败了也不至于落埋怨，大田当年的试验效果就显现出来了。”
2015年，董光华在董光明家地里分别选择两块约66.7平方米的地块进行试验，两块地都施用低阶煤基肥改良土壤。幼苗于5月栽种，夏天的生长状态极其良好，秋收后与对照地块相比，一块地增产40公斤，一块地增产30公斤，而后一地块是少浇了一次水。
2016年，董光华的研究引起了晋中市科技局的关注。该局相关负责人表示：“长山药对平遥县和晋中市发展中药材产业的意义很大，而研究的内容又是利用低阶煤这样的本地固体废弃物低成本改良土壤，以提升传统特色农产品的质量。科技部门十分看重里面的经济意义和社会效益。”
2016年，晋中市市级科技攻关项目“低阶煤基有机肥改良土壤促进长山药增产研究”开始立项。董光华是课题组的负责人，课题组同时吸收了山西能源学院的马彩莲、刘霞、刘云霞，晋中职业技术学院的武俊俊、王学府等来自多个单位的科技人员加盟。
顺理成章，董光明家的长山药地变成了晋中市科技项目的试验田，雷宝明也再一次参与了试验。
为了进行对照试验，在董光明家长山药地里，其中1.2亩按照传统方式种植，另外1.2亩作为试验田种植，施用的风化煤基肥是经过6个月肥料化处理的。而在雷宝明家的地块上，施用的风化煤基肥的肥料化处理时间是一个半月。
最后的试验结果表明，董光明家地里1.2亩试验田的增产效果最佳。2016年，亩产从3000多斤一跃到了5000斤;2017年的试验效果更明显，一亩地光一等品就超过5000斤。雷宝明家地里的试验效果也很明显。
“原来一根长山药也就1斤多，现在一根两斤多，甚至3斤多，而且口感也更加绵软发甜，1斤按5元钱计算，每亩能增收5000元。”董光明高兴地说。
不仅绿色促增产还具有社会效益
董光华介绍说，风化煤是自然生态系统中碳库的重要组成部分,含有大量腐殖酸和多种含氧活性功能团，不但有机质含量高，而且碳素和氮素的比例也高于常用的草炭、沼渣等物料。山西一些风化煤中腐殖酸的含量高达50%以上。
该项目的试验表明，适宜长山药生长的土壤酸碱度PH值为6.0-8.0。而风化煤基肥呈酸性，施用后长山药种植田的土壤PH值会有一定程度的改变，可以明显改变土壤的物化性质，有利于农作物的生长发育。
董光华说，风化煤基肥中的腐殖酸对土壤中的微生物活动有加剧作用，使固氮菌增多，促进了氮肥的硝化吸收，为植物根系提供了足够的氮营养，使长山药的叶片生长得更加厚、大、亮，光合作用能力提高，最终促进了增产。同时，风化煤基肥具有多孔介质的性质，还能改善土壤结构，促进土壤团粒结构的形成，可使土壤容重减轻，总孔隙度和通气孔隙度增多，同时使土壤粘性变小，其疏松度、透水透气性、蓄水能力提高，整体缓冲性能增强，从而使得土壤中水、气、热等状况得到调节。
此外，煤的多孔层状结构使其在加入土壤后吸水膨胀，能够起到疏松土壤的作用。煤溶解于水还会产生一定的溶解热，风化煤基肥为热性肥，其活化发热时间较长，有利于土壤温度的提升，在地温较低的5月上中旬使长山药缩短了出苗期，当9月中下旬到10月气温降低后，又延长了长山药块根的膨大时间，推迟了落叶。
“四年的研究结果表明，风化煤基肥所具有的煤的结构特性和富含游离腐殖酸及活性物质的特性，可使土壤PH值降低，疏松度增大，游离腐殖酸和活性物质增加，地温提高，改善和优化了长山药种植土壤的理化性质，可有效促进长山药早期出苗早和出苗全、中期长势好、晚期衰败晚。每亩施用600公斤风化煤基肥，长山药产量增加20%以上，品质也得到改善。”董光华说。这意味着，晋中市市级科技攻关项目“低阶煤基有机肥改良土壤促进长山药增产研究”取得了显著成效。
董光华表示，“2016年，这一研究项目在晋中市科技局的支持下，首次提出了利用低阶煤及煤基有机肥改良土壤、促进长山药增产的理念。同时，也首次提出了用于山药增产的低阶煤基肥的制备开发。目前，该项目已成功申请了一项发明专利，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确定。”
“目前，低阶煤肥料化处理的最大成本就是人工，其具备低成本高收益的特点。所以，希望能在更大范围内加以推广，让风化煤等一些低端煤变成助推山西特色农产品绿色增产的利器。”董光华说。
晋中市科技局相关负责人也表示，这一项目所取得的进展，不仅对促进农民增收、长山药增产具有明显的经济价值，而且对探索改良与长山药种植条件相近的其他土壤有着宝贵的借鉴意义。此外，从原料上来看，以每亩地消耗低阶煤或风化煤600公斤计算，这对山西省低端煤开发利用极为有利，如果项目能在更大范围内实施，除了产生巨大的经济价值外，还将具有非常大的社会效益。
