“双碳”背景下生物炭基肥的研究现状及展望

炭基肥是以生物炭为载体,通过添加化肥或者有机肥,采用化学方法和物理方法混合制成的肥料。本文首先总结了炭基肥主要包括炭基无机肥、炭基有机肥和炭基有机无机复合肥,其次汇总了炭基肥的作用。炭基肥由于兼具了生物炭和肥料的双重优势,在田间应用过程中主要表现为提高作物产量、减少温室气体排放、提高土壤有机质、改良土壤以及污染土壤修复等方面。然后列举了影响炭基肥性质的因素,生物炭的制备及其与肥料的制备工艺。最后展望了炭基肥在我国农业领域的应用前景。本文通过生物炭的优选、炭基肥的制备工艺优化及其应用体系的完善等方面展开综述,为构建炭基肥的规模化应用提供指导意义。     

白浆土条件下炭基肥对作物干物质积累量及生物产量的影响

正0引言近年来,国内许多科研单位在缓控释肥料研制上做了很多探索性工作(陈温福,2013;何绪生,2011),有关生物质炭与肥料复合方法主要有掺混、包膜、吸附和反应等工艺。研究发现,生物质炭与化学肥料混合造粒或生物质炭与化学肥料复合施用可明显提升作物的肥效。高海英等(2012)用木炭和竹炭在一定浓度硝酸铵水溶液中通过吸附法制备硝酸铵炭基肥料,通过盆栽试验表明,炭基肥可有效提高土壤保肥能力,提高作物产量。卢广远等(2011)利用黏合剂将炭粉与化学肥料黏合制备成炭基肥料,通过试验表明,炭基肥料对玉米具有增产效应。生物炭基肥的研究虽已取得了一些成果,但研究结果都是短期的,生物炭基肥对作物生长和产量的作用效果与其施用量、种类、组分比例、所投入使用的土壤环境等因素有关,需要进一步深入研究。     

面向自愿减排碳交易的生物质炭基肥固碳减排计量方法研究

【目的】秸秆热解炭化-生物质炭基肥-生态农业产业体系正在中国兴起。炭基肥通过替代化肥产生可观的温室气体减排量并显著增加土壤有机碳库,其规模化发展具有参与我国正在实施的自愿减排碳交易项目的明显潜力。本研究探讨构建生物质炭基肥项目固碳减排计量方法,为其大规模农业应用参与自愿减排碳交易提供科学依据和方法学支撑。【方法】根据自愿减排项目固碳减排计量方法学和农田固碳减排计量的逻辑框架,基于秸秆炭基肥项目发展的实地调查、已有炭基肥试验的固碳减排案例监测及文献统计,并参考已备案的农业减排方法学,从项目合格性、基准线确定、边界选择、关键排放源和土壤碳库确定、系统泄漏到净碳汇计量方法等方面探讨开发炭基肥项目固碳减排计量方法学,以分析炭基肥项目进行碳交易的可行性。【结果】秸秆炭基肥项目计量方法学的基准线情景为农田常规施肥管理,但需针对不同农田经营模式而确定项目边界(例如分散农民为经营主体的田块模式和工厂-农田的集约化企业运营模式),分别考虑农田氧化亚氮和甲烷的排放和土壤有机碳库来审视项目的关键排放源和碳库,考虑项目的泄漏可能包括农民运输炭基肥导致的额外排放或原有秸秆利用方式发生改变导致的额外排放。农作物炭基肥案例分析表明:以农民为主体的炭基肥项目,单个生长季的冬小麦或水稻生产可分别产生1 440和282 kg CO2-eq·hm-2的减排量;而"工厂-农田"集约化模式中,在未对炭基肥生产工艺进行优化的条件下(副产物未被循环利用),炭基肥生产过程带来的温室气体排放将抵消部分炭基肥应用的农田碳汇量;如对优化炭基肥生产工艺后,单个生长季的冬小麦和水稻生产可分别产生1 479和340 kg CO2-eq·hm-2的净碳汇量。【结论】构建了一套用于量化炭基肥项目净碳汇量的计量方法,可以合理地量化炭基肥农田应用项目产生的净碳汇量。本研究发展的方法学适用炭基肥农业固碳减排项目,量化结果显示炭基肥项目可带来可观的减排量,且旱作农田的净碳汇效应高于稻作农田,优化炭基肥生产工艺条件下工厂-农田集约化运营模式获得的碳汇量显著高于未优化工艺条件下的农民主体的项目模式。研究表明未来应当关注和开发区域尺度不同类型炭基肥施用下氧化亚氮和甲烷减排因子以及土壤固碳因子。     

生物炭基肥料的制备方法及其在农业中的应用研究进展

因农业活动产生的温室气体,已成为加速全球气候变暖的重要环境因子。利用生物炭作为肥料载体制备生物碳基肥料,是同步实现农作物增产增收和土壤理化性质改良的新型工艺。该文在国内外前沿研究成果和文献综述的基础上,阐述了生物炭基肥在加工、制备和改性工艺方面的最新研究进展以及在生产物炭基肥农田应用研究进展,包括生物炭基肥对土壤微生物群落结构、对肥料养分、对作物生长和产量的影响和农田应用的发展趋势。并针对存在的问题和技术需求,就施用生物炭的生态影响研究,系统评估生物碳基肥料施用带来的生物多样性减少和生态系统失衡等潜在生态风险方面进行了展望。     

生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展

生物炭可作为土壤改良剂单独施入土壤,改善土壤环境条件,也可与肥料混合制成生物炭基肥,其具有养分缓释、增产稳定等一系列优点,在农业上的应用越来越广泛。主要从生物炭对土壤理化性质、微生物、农业温室气体排放、作物生长和产量的影响,对农田土壤污染的治理,以及生物炭基肥对肥料养分、作物生长和产量的影响这几个方面,对生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展进行综述,阐明其优点和不足,并提出了进一步的研究方向,旨在为生物炭和生物炭基肥在农业中的应用研究提供参考。     

生物质炭基肥料对黑麦草生长特性的影响

【目的】研究生物质炭基肥料对黑麦草生长指标的影响,为秸秆利用及生物质炭基肥料的开发应用提供依据。【方法】将玉米秸秆经400℃热解而成的生物质炭与磷酸二氢钾、羧甲基纤维素钠(粘结剂)按不同质量比(1∶1∶0.3,2∶1∶0.3,3∶1∶0.3,4∶1∶0.3)混合造粒制成4种生物质炭基肥料,通过温室盆栽试验,以不施肥作为对照(ck),比较生物质炭和生物质炭基肥料对多花黑麦草(Lolium multiflorum)生长特性的影响,建立肥料中生物质炭含量与黑麦草地上部分鲜质量的拟合模型,筛选出肥料中生物质炭最佳含量。【结果】与ck相比,施用生物质炭及生物质炭基肥料对黑麦草的株高、根系长度、根表面积、生物量等均有提高,但对黑麦草的出苗率却无显著影响(P0.05)。在所制的4种生物质炭基肥料中,当生物质炭与磷酸二氢钾及粘结剂的质量比为2∶1∶0.3时,对黑麦草生长促进作用明显,播种60d后其株高和地上部分鲜质量较ck分别显著增加了34.51%和70.59%(P0.05),根长与根表面积分别显著增长了40.04%和59.86%(P0.05)。由拟合的模型可以看出,随着肥料中生物质炭含量的增加,黑麦草地上部分鲜质量先增加后减少,当肥料中生物质炭含量为61.60%时,即施用31.28g生物质炭与15.00g磷酸二氢钾及4.50g粘结剂混合制备的生物质炭基肥料时,黑麦草地上部分鲜质量最高达3.02g/盆。【结论】施用20g/kg生物质炭基肥料对黑麦草生长存在一定的促进作用,当生物质炭基肥料中生物质炭含量为61.60%时,所制生物质炭基肥料肥效达到最佳。     

基于文献计量学的生物炭基肥领域发展态势分析

【目的】明确当前生物炭基肥研究领域的研究热点和发展态势,促进农业可持续发展。【方法】基于中国知网数据库,采用文献计量学方法,根据发文量、资助项目、研究层次、学科领域、发文机构、研究人员、来源期刊和主题词等指标,对国内发表于2006—2018年关于生物炭基肥的文献进行数量和质量分析,探讨生物炭基肥的发展情况。【结果】与生物炭基肥研究相关的论文共有576篇,近8年来该领域发文量迅速增加,占统计年限(13年)总发文量的98.7%。沈阳农业大学、南京农业大学和西北农林科技大学是发文量最多的机构,韩晓日、金政辉和耿增超是发文量最多的作者,发表的文章主要是基础与应用基础研究,论文主要分布在农作物、农业资源与环境、化学工程和蔬菜等学科领域,研究主题主要是肥料产品及作物产量与品质效应。【结论】生物炭基肥研究呈稳步增长态势,新型产品研发及作物生产调控机制是未来主要研究内容,确定兼顾农学及环境效益的生物炭基肥产品及配套技术是未来研究的重点。     

炭基微生物肥料制备工艺及性质分析

以稻壳炭与氮磷钾肥及枯草芽孢杆菌孢子粉复合,采用掺混法、吸附法、混合造粒法3种工艺,设置10%、20%和30%三种稻壳炭添加水平,小试制备了9个炭基微生物肥料样品,并对其进行电镜扫描及元素含量、pH值、总养分、有效活菌数、缓释效果等的测定与分析。结果表明,采用混合造粒法制备的炭基微生物肥料负载氮磷钾肥和微生物孢子粉最多,其次是吸附法,掺混法最少。9个炭基微生物肥料样品中各元素含量比较丰富,工艺相同时,随着稻壳炭添加量的增加,C、N含量增加而H含量减少。9个炭基微生物肥料的pH值均呈酸性或接近中性,总养分含量均达到了复合肥国家标准的要求。枯草芽孢杆菌孢子粉与稻壳炭及氮磷钾肥复合60 d后,有效活菌数为3.4×10⁵~7.0×10⁵ g^-1,同种工艺制备的炭基微生物肥料的有效活菌数随稻壳炭添加量的增加而增加。炭基微生物肥料的7 d氮素累积水溶出实验表明,9个肥料样品均有一定的缓释功能,同种工艺制备的炭基微生物肥料的氮素累积释放率随稻壳炭添加量的增加而降低。稻壳炭添加量相同时,缓释效果混合造粒法>吸附法>掺混法。综上,添加30%的稻壳炭、采用混合造粒工艺制备的炭基微生物肥料具有最优的性质,可进一步验证其效果并推广应用。     

炭基肥对酸化茶园土壤细菌和真菌数量及群落结构的影响

以废菌棒炭基肥为材料,设置不施肥(CK)、低量炭基肥(BF1)、中量炭基肥(BF2)和高量炭基肥(BF3)4个处理,在种植7 a以上的酸化茶园开展大田试验,研究不同用量炭基肥对酸化茶园土壤细菌和真菌数量、多样性及群落结构的影响.结果显示,施用炭基肥显著提高了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶的活性,BF2和BF3处理的脲酶活性显著高于BF1处理.施用炭基肥显著提高了土壤细菌和真菌数量及多样性,细菌数量、多样性指数及真菌数量均随着炭基肥施用量的增加而增大,且BF3处理显著高于BF1处理;不同用量炭基肥对真菌多样性指数的影响不大;BF3处理对土壤细菌和真菌群落结构的影响最为显著.与BF1处理相比,BF3处理显著提高了细菌拟杆菌门及真菌子囊菌门、被孢霉菌门的相对丰度,但显著降低了细菌酸杆菌门的相对丰度;显著提高了细菌产黄杆菌属、水恒杆菌属及真菌被孢霉属、树粉孢属的相对丰度,但显著降低了细菌酸杆菌属、伯克氏菌属及真菌粗糙孔菌属、伞形霉属、镰刀菌属的相对丰度.冗余分析表明,土壤速效钾、有效磷含量及pH是影响土壤细菌群落的主要驱动因子,土壤硝态氮、总氮、铵态氮含量及pH是影响土壤真菌群落的主要驱动因...     

低碳农业种植下炭基肥料的应用分析

从属性分析,炭基肥料是生物炭与有机肥料的整合,其作用可改善土壤环境。文章主要从多方面分析炭基肥料在低碳农业种植中的应用,为农业种植提供参考。     

有机肥造粒方式及设备传动方式的合理性探讨

该文简介有机肥的应用现状以及制备工艺原理,指出对有机肥造粒是有机肥制备过程中很重要的环节;介绍常用造粒设备的主要技术参数、工作原理、基本组成、传动方式、结构特点、适用范围等,进一步论述了各自的优缺点;重点对造粒的球形度、压实度(强度)、生产效率,以及设备所需的驱动功率、转速、传动链的长短、运动平稳性进行了探讨,进一步指出了有机肥造粒设备的发展方向。     

生物炭基肥料在水稻上的应用效果研究

为研究生物炭基肥料的应用效果,开展了生物炭基肥料对水稻植物学性状、产量因素以及产量的影响试验。结果表明,在水稻上施用生物炭基肥料能够促进水稻生长发育,有助于水稻成产因素的形成,从而提高水稻的产量。生物炭基肥料的用量越多,效果越明显,且生物炭基肥料能部分替代缓释复合肥。     

生物炭及炭基肥影响农田土壤改良效应的研究进展

我国南方农田普遍存在土壤酸化加速、土壤肥力和质量不断下降、土壤微生物群落结构和功能失调等土壤退化现象。近年来,大量研究表明生物炭是一种应用前景广阔的土壤改良剂,而将其与肥料有效结合制成生物炭基肥,将在我国农田酸化土壤改良和作物增产等方面发挥重要作用。本文重点针对生物炭和生物炭基肥在农田生态系统中影响土壤改良的效应进行了综述,旨在为我国南方农田土壤改良和农业生产可持续发展提供参考。     

炭基肥与化肥配施对生菜产量与品质的影响

为明确生菜科学施肥技术、实现生菜高产优质生产,以常规施肥为对照,通过盆栽试验研究不同量炭基肥与化肥配施对生菜产量、生理特性、硝酸还原酶(NR)、维生素C(Vc)及硝酸盐含量的影响。结果表明,常规化肥与高量炭基肥配施生菜产量最高,达到305.74 g/盆,较对照显著提高了24.42%;生菜SPAD、净光合速率(Pn)、NR较对照分别提高8.48%、64.53%、29.59%;生菜Vc为132.00 mg/kg,较对照提高15.79%;生菜硝酸盐含量较对照显著降低10.88%。化肥减施生菜硝酸盐含量显著降低15.38%~22.38%,化肥减施与炭基肥配施能显著降低生菜叶片硝酸盐含量。化肥与高量炭基肥配施对生菜具有显著增产、促进光合能力、改善品质的效果,炭基肥部分替代化肥能够改善品质、保证产量。     

生物质炭基肥对宁夏中部干旱区玉米土壤养分及酶活性的影响

生物质炭基肥可以改良和培肥土壤，对促进农业生产具有重要意义。然而，关于旱区滴灌玉米不同生育期土壤养分及酶活性对炭基肥的响应仍不清楚。基于此，本研究采用单因素随机区组设计，设置5种生物质炭基肥施用量：T1（1 125 kg/hm2）、T2（1 013 kg/hm2）、T3（900 kg/hm2）、T4（788 kg/hm2）、CK（普通化肥），分析生物质炭基肥对旱区0~20 cm耕层土壤养分含量和酶活性的影响。研究结果表明：土壤养分及酶活性在玉米生育期内均呈先增加后降低的趋势，其养分缓释特点与玉米生长的需肥规律相吻合。T1和T2处理的生物质炭基肥施用量可显著提高旱区土壤养分与酶活性，炭基肥施用量过低会降低土壤全氮和速效养分含量，抑制个别生育期的土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖转化酶的活性。主成分分析结果显示土壤综合肥力为T2>T1>T3>CK>T4。因此，施用量为1 013~1 125 kg/hm2的综合培肥效果优于化肥，可显著增加土壤养分含量和酶活性，提高土壤肥力。     

烟秆炭基肥对薏苡产量、品质及经济效益的影响

【目的】探究烟秆炭基肥对薏苡产量、品质及经济效益的影响,为农业废弃物资源化利用、生物炭基肥推广应用及薏苡养分和品质调控提供科学指导。【方法】以浦薏6号和烟秆生物炭基肥为供试材料,通过大田试验,设不施肥对照（CK）、常规施肥（F）、低量（800 kg/ha）炭基肥（LBF）和高量（1600 kg/ha）炭基肥（HBF）4种施肥处理,测定薏苡生长、产量、品质等指标,并分析不同施肥处理对薏苡肥料农学利用率及经济效益的影响。【结果】与CK相比,施用烟秆炭基肥可促进薏苡植株生长并提高薏苡产量,成熟期薏苡株高和茎粗分别增加7.8~15.4 cm和1.4~2.3 mm,薏苡平均增产44.98%;烟秆炭基肥可显著提高薏仁中营养性成分含量（P<0.05,下同）,其中,可溶性糖含量平均增加44.25%,维生素C含量平均增加12.26%,而氨基酸和粗脂肪含量无显著差异（P>0.05）;烟杆炭基肥能提高薏苡中黄酮和薏苡素功能性成分含量;此外,烟秆炭基肥促进氮、磷、钾养分积累,显著提高肥料农学利用率和经济效益,以HBF处理的经济效益最高,达68109.15元/ha,较CK提高77.29%。【结论】综合考虑作物产量、品质及经济效益等因素,1600kg/ha生物炭基肥处理提升效果较佳,在福建等南方地区的薏苡种植中具有良好的应用潜力和推广价值。     

烟秆炭基肥对烤烟生长和品质的影响

【目的】探究烟秆炭基肥对烤烟生长发育及品质提升的影响,以期为烤烟增产提质及烟秆炭基肥的推广应用提供科学依据。【方法】通过田间微区试验,设5个处理：不施肥（CK）、烟草专用肥（F）、低量（525 kg/ha）烟秆炭基肥（LBF）、中量（1050 kg/ha）烟秆炭基肥（MBF）和高量（1575 kg/ha）烟秆炭基肥（H...     

不同种类有机肥对土壤养分及水稻产量的影响

增施有机肥是提高土壤质量、保障水稻稳产增产的重要手段之一。本研究于2021年在沿江平原水稻田进行大田试验,明确不同用量（3 000～6 000 kg/hm2）炭基有机肥或生物有机肥对土壤养分及水稻产量的影响。结果表明：与常规施肥相比,生物有机肥处理土壤有效磷含量显著提高13.1%～24.4%;高用量生物有机肥处理碱解氮含量显著提高19.9%;中、高用量炭基有机肥处理土壤有效磷含量分别提高13.1%和18.6%;高用量炭基有机肥处理土壤速效钾含量提高12.5%。生物有机肥对水稻产量的提升效应优于炭基有机肥,与常规施肥相比,中、高用量生物有机肥处理分别使水稻产量显著增加16.1%和22.1%,高用量炭基有机肥处理水稻增产15.9%。