不同农林废弃物生物质炭对雷竹林酸化土壤的改良效果

以竹材边角料、玉米Zea mays秸秆和山核桃Carya cathayensis蒲壳制备的生物质炭为材料,采集浙江省杭州市临安区集约经营模式下雷竹Phyllostachys violascens林酸化土壤进行90 d的黑麦草Lolium perenne盆栽试验,探究不同原料生物质炭添加对黑麦草生长及土壤养分、酸度、微生物丰度和酶活性的影响。结果表明:玉米秸秆炭和山核桃蒲壳炭显著提高了黑麦草生物量、土壤有机碳质量分数、全氮质量分数和pH值,而显著降低了土壤交换性氢和交换性铝的质量摩尔浓度（P < 0.05）;竹炭处理仅显著提高了土壤有机碳质量分数,降低了交换性氢质量摩尔浓度（P < 0.05）。相比对照,玉米秸秆炭可以显著提高真菌丰度,提高幅度为53%;而山核桃蒲壳炭和竹炭可以提高细菌丰度,提高幅度分别为71%和66%。相比玉米秸秆炭和竹炭,山核桃蒲壳炭可以更大程度地促进土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖苷酶和酸性磷酸酶活性。山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭处理下黑麦草生物量的提高主要归因于这2种生物质炭对土壤酸度、养分、微生物丰度和相关酶活性的改善作用。综合而言,山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭对雷竹林酸化土壤的化学性质和生物学性质具有较好的改良能力,而竹炭效果较差。     

不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同秸秆转化生物炭对红壤性水稻土养分含量及微生物群落结构的影响差异,为土壤改良和秸秆资源的合理利用提供理论参考。【方法】以水稻和玉米秸秆300℃、400℃和500℃裂解得到的生物炭为添加材料,以发育于第四纪的红壤性水稻土为供试土壤,通过135 d室内培育试验,研究秸秆生物炭添加对红壤性水稻土pH、有机碳和养分含量、土壤微生物生物量碳（MBC）的影响,及其对磷脂脂肪酸（PLFA）表征的微生物群落结构的影响。试验共设7个处理：对照（CK）、添加水稻秸秆炭300℃（RB300）、400℃（RB400）、500℃（RB500）和添加玉米秸秆炭300℃（CB300）、400℃（CB400）、500℃（CB500）。【结果】物料类型和制备温度因素显著影响裂解得到生物炭材料的养分含量和化学性质。培育试验表明,两种秸秆生物炭的添加,平均提高土壤pH值0.16个单位;土壤有机碳、速效磷和速效钾水平,分别比对照增加26.1%、20.6%和281.8%。水稻秸秆炭对土壤速效钾水平促进作用较大,而玉米秸秆炭则主要增加速效磷含量。低温裂解秸秆炭（300℃）的添加,并没有显著影响土壤碱解氮和无机氮含量;而添加RB500和CB500处理的碱解氮分别比对照低10.4%和8.1%,硝态氮含量分别比对照高63.6%和100.7%（P＜0.05）。添加生物炭处理,微生物生物量碳和磷脂脂肪酸总量平均比对照增加63.4%和47.5%,但添加300℃秸秆炭处理与对照差异不显著;两种秸秆炭的输入均可以增加革兰氏阴性细菌（G-）、革兰氏阳性细菌（G+）、放线菌和真菌的含量,且不同制备温度处理间的差异表现为300℃＜400℃＜500℃。主成分分析表明,水稻秸秆炭对土壤微生物群落结构的影响较玉米秸秆炭更为显著;不同温度水稻秸秆炭间,群落结构差异明显,而不同温度玉米秸秆炭间没有区分开来。典范对应分析结果表明,生物炭添加可以通过改变土壤性质,间接影响微生物群落结构;其中,土壤速效磷、有机碳和速效钾含量与土壤微生物群落分布显著相关。【结论】水稻和玉米秸秆炭均可以改良红壤性水稻土的酸度,提高土壤养分含量和微生物量水平;两种秸秆炭的添加均改变了土壤微生物群落结构,其中以水稻秸秆炭的影响更为明显。     

Soil N transformation and microbial community structure as affected by adding biochar to a paddy soil of subtropical China

We have had little understanding on the effects of different types and quantities of biochar amendment on soil N transformation process and the microbial properties. In this study, various biochars were produced from straw residues and wood chips, and then added separately to a paddy soil at rates of 0.5, 1 and 2%(w/w). The effects of biochar application on soil net N mineralization and nitrification processes, chemical and microbial properties were examined in the laboratory experiment. After 135 d of incubation, addition of straw biochars increased soil p H to larger extent than wood biochars. The biochar-amended soils had 37.7, 7.3 and 227.6% more soil organic carbon(SOC), available P and K contents, respectively, than the control soil. The rates of net N mineralization and nitrification increased significantly as biochars quantity rose, and straw biochars had greater effect on N transformation rate than wood biochars. Soil microbial biomass carbon increased by 14.8, 45.5 and 62.5% relative to the control when 0.5, 1 and 2% biochars(both straw- and wood-derived biochars), respectively, were added. Moreover, biochars amendments significantly enhanced the concentrations of phospholipid fatty acids(PLFAs), as the general bacteria abundance increased by 161.0% on average. Multivariate analysis suggested that the three rice straw biochar(RB) application levels induced different changes in soil microbial community structure, but there was no significant difference between RB and masson pine biochar(MB) until the application rate reached 2%. Our results showed that biochars amendment can increase soil nutrient content, affect the N transformation process, and alter soil microbial properties, all of which are biochar type and quantity dependent. Therefore, addition of biochars to soil may be an appropriate way to disposal waste and improve soil quality, while the biochar type and addition rate should be taken into consideration before its large-scale application in agro-ecosystem.     

几种生物质热解炭基本理化性质比较

生物炭由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成,是土壤改良和废弃物处理的良好改良剂。选取五种生物质原料(大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针,均为农林废弃物),经300、400、500、600和700℃热解2 h,测定其结构及理化性质。研究结果表明,生物炭炭化结构良好清晰;生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、p H和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高,大豆秸秆和玉米秸秆比表面积在700℃时达到最高;平均孔径随热解温度升高有一定程度下降;700℃下水稻秸秆和稻壳形成生物炭具有最高硅含量。除松针炭外,其余各生物炭呈碱性。     

不同种类生物炭对土壤重金属镉铅形态分布的影响

为探讨不同生物炭对土壤镉(Cd)、铅(Pb)复合污染的钝化修复效果,在Cd、Pb复合污染的土壤中施加不同种类、添加量的常见农业废弃物与城市污泥制备的生物炭,分析了土壤中Cd、Pb形态分配的变化,结果表明,添加生物炭可以改变土壤的理化性质,4种生物炭均显著提高了土壤的pH值、阳离子交换量和有机质的含量,与1%添加量相比,4%添加量增加幅度更大,pH、阳离子交换量和有机质含量分别比对照增加了2.7%~11.6%、12.7%~54.3%和252.0%~594.8%。4种生物炭不同程度地降低了重金属的弱酸提取态和可还原物质结合态含量,增加了可氧化物质结合态和残渣态的含量。不同种类生物炭相比,棉花秸秆炭对Cd的钝化效果最佳,其次为玉米秸秆、小麦秸秆和污泥生物炭,其中4%棉花秸秆炭处理下弱酸提取态、可还原物质结合态含量分别下降5.2%、25.5%,可氧化物质结合态、残渣态含量分别增加177.8%、166.7%。生物炭添加同样对土壤中Pb表现出了不同程度的钝化效果,不同生物炭对土壤中Pb的钝化能力表现为玉米秸秆炭小麦秸秆炭棉花秸秆炭污泥生物炭。相关分析表明,添加生物炭导致的土壤理化性质的变化可能是导致土壤重金属形态变化的重要原因。本研究结果表明,施用生物炭可有效改变土壤Cd、Pb赋存形态,促进Cd、Pb由生物有效性高的弱酸提取态、可还原物质结合态,向生物有效性低的可氧化物质结合态、残渣态转化,降低其生物可利用性,从而减轻土壤重金属污染危害。     

不同生物质来源生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以水稻秸秆、小麦秸秆、荔枝树枝为原料,在300、400、500、600℃下制备生物炭,并表征其理化性质,考察热解温度、初始p H、矿物组分等因素对生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明,不同热解温度对水稻和小麦秸秆炭吸附Pb(Ⅱ)的影响很小,而荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附量随热解温度升高而显著增大。在p H3.0~6.0的范围内,三种生物炭对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附量呈上升趋势;在25℃时,三种生物炭的等温吸附曲线符合Freundlich吸附模型,荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果最佳。三种生物炭吸附Pb(Ⅱ)的主导机制可能是其与矿物组分的共沉淀作用,而荔枝树枝生物炭还可能存在Pb(Ⅱ)与-OH、-COOH之间的离子交换作用,C=C键中的π电子在吸附过程中也有一定的贡献。     

三种不同生物质炭对2,4-二氯苯氧乙酸吸附特性的研究

以植物类生物质原料(玉米秸秆和毛杨树叶)、城市污泥两类原材料在400℃条件下制备生物质炭(秸秆、毛杨树叶以及城市污泥三种生物质炭分别表示为J400、Y400和W400),使用酸洗法去除生物质炭表面灰分优化生物质炭,采用批量吸附实验的方法分析三种生物质炭对2,4-二氯苯氧乙酸(简称2,4-D)的吸附特性,并结合元素分析及显微红外等分析方法,探讨生物质原料对生物质炭吸附2,4-D吸附特性的影响。结果表明:三种生物质炭的元素含量、O/C、H/C和(H+O)/C存在差异,大小顺序均为W400Y400J400,表明秸秆生物质炭具有更强的疏水性和更低的极性,有利于提高生物质炭对有机物的吸附能力。吸附试验显示秸秆生物质炭、杨树生物质炭、污泥生物质炭对2,4-D的吸附特性及吸附能力不同,吸附量大小依次为2.732、2.650、2.633 mg·g(-2)。三种生物质炭的红外光谱结果相似,但在O-H、饱和C-H和不饱和C-H面外振动等处存在差异;污泥生物质炭在吸附2,4-D后多处位点的吸收峰发生变化,而杨树和秸秆生物质炭发生变化的位点较少;污泥生物质炭与其他两种生物质炭对2,4-D的吸附机制差异较大。     

不同原料生物炭理化性质的对比分析

为研究不同原料生物炭理化性质的差异,以苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭、污泥生物炭和褐煤生物炭6种生物炭为测试材料,利用傅里叶红外光谱仪和Boehm滴定法对生物炭表面官能团进行定性和定量分析,用电子扫描显微镜观察生物炭表面形貌,并测定生物炭的pH值、有机碳含量和阳离子交换量等基本理化性质。结果表明,除污泥生物炭呈弱酸性外（pH=6.76）,其他生物炭均呈碱性（pH=8.49~9.96）。苜蓿秸秆生物炭有机碳含量最高（588.43 g·kg^-1）,污泥生物炭最低（168.17 g·kg^-1）。阳离子交换量大小排序为,苜蓿秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭 > 葡萄藤生物炭 > 小麦秸秆生物炭 > 污泥生物炭 > 褐煤生物炭。FTIR图谱表征显示,生物炭表面存在芳香烃类和含氧基团,生物炭的结构以芳环骨架为主。苜蓿生物炭表面官能团总数最多,污泥生物炭最少。扫描电镜（SEM）结果表明,苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭表面有明显孔隙结构,褐煤生物炭和污泥生物炭表面并无明显的孔隙结构。综上,苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭适用农田土壤改良与培肥,褐煤生物炭和污泥生物炭可尝试用于污染土壤的修复,同时污泥生物炭可用于盐碱土的改良。     

Effects on soil quality of biochar and straw amendment in conjunction with chemical fertilizers

The objective of this study was to evaluate the effects on chemical and microbiological properties of paddy soil of short-term biochar,straw,and chemical fertilizers compared with chemical fertilization alone.Five soil fertilization treatments were evaluated:regular chemical fertilizers(RF),straw+regular chemical fertilizers(SRF),straw biochar+regular chemical fertilizers(SCRF),bamboo biochar(BC)+regular chemical fertilizers(BCRF),and straw biochar+70%regular chemical fertilizers(SC+70%RF).Their effects were investigated after approximately 1.5 years.The soil p H and cation exchange capacity(CEC)were significantly higher in biochar-treated soils.The soil phosphorous(P)and potassium(K)contents increased with biochar application.The soil Colwell P content was significantly increased with the addition of straw biochar in the treatments of SCRF and SC+70%RF.The oxygen(O):carbon(C)ratio doubled in BC picked from the soil.This indicated that BC underwent a significant oxidation process in the soil.The denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)fingerprints of microbial communities differed among the treatments.Soils with added biochar had higher Shannon diversity and species richness indices than soils without biochars.The results suggest that biochar can improve soil fertility.     

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。     

原料、炭化温度和生物质炭组分对小白菜生长的影响

【目的】探究不同原料、炭化温度和生物质炭不同组分对植物生长的影响,进而揭示生物质炭的增产机制。【方法】分别以木屑和玉米秸秆为原料,在350、450、550℃下裂解得到生物质炭。采用热水浸提法将生物质炭中的可溶性组分（浸提液）与难溶性组分（炭骨架）分离。通过盆栽试验,研究不同生物质炭及组分对小白菜生长的影响。【结果】添加玉米秸秆生物质炭及其各组分处理下,小白菜地上部生物量平均为16.1 g/盆,显著高于添加木屑生物质炭及其各组分（13.0 g/盆）和对照处理（13.5 g/盆）。与地上部生物量类似,添加玉米秸秆生物质炭及其各组分处理下小白菜根长、根表面积、根体积和根尖数等形态学指标较木屑生物质炭和对照处理显著改善。添加炭骨架处理下小白菜地上部生物量平均为16.5 g/盆,较添加原状生物质炭和浸提液分别提高26.9%和17.9%。添加炭骨架处理下小白菜根长、根表面积、根体积和根尖数较添加浸提液处理分别提高64.1%、51.1%、38.3%和80.0%。不同炭化温度裂解得到的生物质炭对小白菜地上部生物量和根系生长无显著影响。与添加原状生物质炭处理相比,添加炭骨架处理下小白菜地上部氮含量提高25.9%,而磷和钾含量分别降低39.7%和14.1%。添加玉米秸秆生物质炭及其各组分处理下土壤pH、有机碳、全氮、速效磷和速效钾含量较添加木屑生物质炭处理分别提高0.1个单位、20.3%、19.1%、29.1%和189.2%。与添加原状生物质炭相比,添加生物质炭骨架处理下土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾含量分别降低14.6%、6.6%、41.3%和55.1%,土壤pH升高0.13个单位;而添加生物质炭浸提液处理下土壤有机碳、全氮和速效磷含量分别降低49.8%、18.9%和24.2%,土壤pH和速效钾含量无显著变化。相关分析表明,不同处理下小白菜地上部生物量与根长、表面积、平均直径、根体积、根尖数等根系形态指标和土壤pH呈正相关,与小白菜地上部磷含量呈负相关。【结论】生物质炭制备原料和组成是影响植物生长的重要因素,玉米秸秆生物质炭较木屑生物质炭有更好的增产效果;玉米秸秆生物质炭经热水浸提后再添加至土壤中有更好的增产效果。生物质炭中可溶性组分对根系生长的促进作用是生物质炭增产的主要机制,而可溶性组分对根系促生作用与原料、制备温度和其本身物质组成密切相关。     

不同生物质炭对酸化茶园土壤N2O和CO2排放的影响

为了研究不同生物质炭对酸化茶园土壤温室气体排放的影响,采用原料为小麦秸秆、柳树枝、椰壳3种生物质炭,通过室内培养试验来探究不同生物质炭对茶园土壤性质及N_2O、CO_2排放特征的影响。试验中生物质炭添加量为20 g·kg~(-1),同时设置了施氮肥处理,采用尿素作为外加氮源,施氮量为100 mg·kg~(-1)。结果表明,施加生物质炭提高了酸化茶园土壤pH值,柳树枝生物质炭处理土壤pH值最高为6.71,显著高于其他处理。不同生物质炭对土壤DOC含量的影响效果存在差异,柳树枝生物质炭使土壤DOC平均含量增加了95.6%,椰壳生物质炭使土壤DOC含量降低36.1%,小麦秸秆生物质炭则影响不显著。生物质炭通过抑制土壤硝化和反硝化作用降低土壤N_2O的排放,椰壳生物质炭降低N_2O排放比例达91.7%,减排效果最显著。在施氮条件下柳树枝生物质炭对土壤N_2O的减排效果显著低于小麦秸秆和椰壳生物质炭。土壤CO_2的排放通量与pH值、DOC含量均呈极显著正相关,生物质炭促进了土壤CO_2的排放,柳树枝生物质炭处理CO_2的排放显著高于其他处理。此外,外加氮源降低了土壤pH值,增加了土壤N_2O的排放,但是对土壤DOC含量变化无显著影响。     

生物炭和秸秆还田对华北农田玉米生育期土壤微生物量的影响

基于华北农田长期定位试验,研究了长期施用生物炭和秸秆还田对整个玉米生育期内土壤微生物量的影响.试验共设4个处理:CK(单施氮磷钾肥)、C1(生物炭4.5 t·hm^-2·a^-1+氮磷钾肥)、C2(生物炭9.0 t·hm^-2·a^-1+氮磷钾肥)和SR(秸秆还田+氮磷钾肥).结果表明,各处理土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)动态变化趋势基本一致,均在玉米拔节期达到最高值,施用生物炭和秸秆还田均显著提高了土壤MBC、MBN含量(P <0.05),并且随着施炭量的增加而增加.与CK相比,C1、C2和SR处理的土壤MBC和MBN分别提高了105.2%、146.5%、96.4%和123.9%、183.6%、114.3%;与秸秆直接还田相比,施用高量生物炭更有利于增加土壤MBC、MBN含量.土壤MBC、MBN均与土壤温度呈现显著的正相关关系,而与土壤水分的相关性较差,说明在玉米生育期土壤温度是影响土壤微生物量变化的主要因素之一.施用生物炭显著降低了MBC、MBN的季节波动,而对土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)没有显著影响.综上所述,施用生物炭更有利于维持较高的微生物活性和较稳定的土壤环境.     

固定化改性生物质炭模拟吸附水体硝态氮潜力研究

为了有效去除水体硝态氮污染,对两种生物质炭(花生壳炭、小麦秸秆炭)进行铁改性处理,研究其对硝态氮吸附特性,考察吸附时间、硝态氮初始浓度、p H、生物质炭添加量和共存离子对改性生物质炭吸附效果的影响。在此基础上,为解决粉末态生物质炭易随水流失的问题,对改性生物质炭进行固定化处理,探索固定化改性生物质炭对硝态氮吸附潜力。研究结果表明,改性生物质炭对硝态氮的吸附主要发生在前6 h,并在24 h左右达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中硝态氮浓度的上升而升高,改性花生壳炭和小麦秸秆炭对硝态氮最大吸附潜力分别为2674、1285 mg N·kg-1,且酸性至中性条件有利于改性生物质炭对硝态氮的吸附。在20 mg·L-1的硝态氮溶液中,改性花生壳炭和小麦秸秆炭的适宜固液比分别为10、28 g·L-1,其去除率达到80%。当包埋载体海藻酸钠浓度为2%、改性生物质炭含量为0.1 g·m L-1时,固定化改性生物质炭微球成形完整,对硝态氮具有较强的吸附能力,固定化并未显著降低改性生物质炭的吸附性能。因此,固定化改性生物质炭能有效吸附水体硝态氮,为污水处理厂尾水等低污染水硝态氮去除提供有效的技术方法。     

秸秆、木质素及其生物炭对潮土CO2释放及有机碳含量的影响

研究添加秸秆、木质素及其生物炭后潮土CO2释放特征及土壤有机碳含量变化,为合理利用有机物料提供科学依据。采用室内模拟试验,等碳量(1%秸秆/土壤质量比)施入4种物料(秸秆、木质素及其裂解的两种生物炭),分析不同处理土壤CO2释放速率、累积释放量和有机碳、水溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)及微生物量碳(MBC)含量的变化与相关性。结果发现,土壤中添加不同物料对土壤CO2释放和有机碳含量有显著影响,秸秆和木质素能提高土壤CO2释放速率、累积释放量及有机碳矿化强度,均达到极显著差异,但两种生物炭处理与对照相比没有显著差异。在培养前期(30 d),不同物料均显著提高了土壤有机碳含量;但培养一年后,仅两种生物炭处理土壤有机碳含量较高,秸秆及木质素与对照相比没有显著差异。秸秆和木质素能显著增加DOC、ROC和MBC等土壤活性有机碳含量,而两种生物炭与对照相比没有明显差异;土壤DOC、ROC(167 mmol·L-1KMn O4)、ROC(33mmol·L-1KMn O4)和MBC直接影响CO2累积释放量,ROC(333 mmol·L-1KMn O4)对CO2累积释放量具有较强的间接作用。相对于秸秆和木质素而言,生物炭增加土壤有机碳含量,而没有增加CO2释放量,因此生物炭农用在固碳减排方面更具有积极意义。     

纳米羟基磷灰石改性生物炭对铜的吸附性能研究

为了提高生物炭对重金属铜的吸附能力,选取小麦秸秆作为原料,将不同比例纳米羟基磷灰石与秸秆混合均匀,在600℃高温限氧条件下制备了羟基磷灰石改性生物炭材料,比较了生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附特性,同时分析了两者间的表面特征等。结果表明:热重分析显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可以提高生物炭的热稳定性;扫描电子显微镜分析显示,纳米羟基磷灰石可以较为均匀地附着在生物炭表面,但同时会伴随不同程度的聚集现象;接触角测试结果显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可降低其疏水性;生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附符合伪二级动力学模型,生物炭改性材料可使铜的吸附速率提高7.69%~130.77%;生物炭和生物炭改性材料对不同浓度的铜吸附符合Langmuir等温吸附模型,对铜的最大吸附量分别为32.65 mg·g~(-1)和57.01 mg·g~(-1)。     

生物质炭特性及施用管理措施对作物产量影响的整合分析

【目的】大量研究表明农田施用具有特殊理化性质的生物质炭对作物产量具有显著影响,采用大样本统计方法量化生物质炭自身特性及施用管理措施对作物产量的影响程度。【方法】通过收集全球范围内公开发表的97篇生物质炭施用与土壤改良、作物生长有关的相对独立研究,共获得匹配数据819组。运用数据整合分析方法(Meta-analysis)量化生物质炭自身特性(原料、制备温度、C/N、pH)在人为施用管理(施用量与施用时长)、土壤属性(质地和酸碱度)等条件下对作物产量变化的影响。【结果】统计分析表明,与不施用生物质炭相比,施用生物质炭具有显著的增产效应,作物平均增产15.0%。生物质炭施用的增产效果在不同作物上存在显著差异,经济作物平均增产25.3%,显著高于粮食作物(10.0%)。生物质炭自身特性对作物产量影响显著,当制备温度600℃、pH7、C/N值介于20—300时,均具有显著的增产效果,增产范围为9.2%—26.6%,且增产幅度随着制备温度和其自身C/N值的增加而下降。对于不同质地和酸碱度的土壤而言,施用生物质炭的增产效果表现为黏质土壤砂质土壤壤质土壤;施用于酸性土壤可增产29.2%,分别是中性及碱性土壤的7.9和2.5倍。人为管理条件下,当生物质炭施用量10.0 t·hm~(-2)时,可显著提高作物产量,达到18.0%,施用量80.0 t·hm~(-2)后增产效果不显著。施用生物质炭的增产效果随着施用时间的增加而呈下降趋势,施用半年至两年内可增产13.4%—17.5%,超过两年,增产效应降至9.6%。【结论】生物质炭的增产效应随着生物质炭的属性、施用量和施用时长的不同有所差异。根据作物类型与土壤属性选择适宜特性的生物质炭,适时酌情间断性施用,不仅可以达到持续增产的目的,也降低成本,提高经济效益,可以作为现代可持续农业管理措施的选择。     

不同材料生物炭和施用量对小麦和黄瓜种子萌发和根茎生长的影响

为明确不同生物炭材料和添加量对小麦和黄瓜种子萌发和根茎生长的影响,通过分析4种不同材料制备生物炭[花生壳生物炭(PBC)、玉米秸秆生物炭(MBC)、杨木屑生物炭(ABC)和竹屑生物炭(BBC)]组分特征,及设计发芽培养试验,测定4种生物炭的不同添加量(0、20.0、40.0、80.0、160.0 g·kg~(-1))对小麦种子(须根系)和黄瓜种子(直根系)发芽率和根、茎生长的影响。结果表明:4种生物炭均呈碱性,孔隙结构明显,表面有-O-、-OH、-C=O等含氧官能团。各生物炭除含有对植物生长有利的营养元素外,其浸提液和施用土壤也测出多种PAHs有机化合物,且不同材料生物炭PAHs含量存在显著差异。与CK相比,生物炭对小麦和黄瓜种子的发芽率无显著影响,但对其根、茎生长影响显著。随着生物炭添加量的增加,两种作物根长和茎长均表现出低添加量促进、高添加量抑制的趋势,达到160.0 g·kg~(-1)生物炭对两种作物的根长和茎长均表现出明显抑制作用。PBC添加量在80.0 g·kg~(-1)时,小麦根长、茎长提高101.67%和173.82%,对黄瓜根长、茎长分别提高了31.58%和85.14%,效果最优;而MBC、ABC和BBC则在添加量为40.0 g·kg~(-1)时达到最优效果,小麦根长、茎长生长率提高了45.26%～83.49%和79.30%～133.17%,对黄瓜根长、茎长生长率提高了18.55%～39.77%和63.14%～84.00%。总体上,各生物炭处理对须根系小麦种子根长和茎长的促进效果优于直根系黄瓜种子。研究表明,不同原料生物炭组分和性质差异显著,其材料种类和投入量均极显著影响小麦和黄瓜根、茎早期生长,且交互作用显著,因此,根据生物炭制备材料,探讨其理化特性,并筛选其最适用量,对生物炭的安全应用具有重要意义。     

3种豆科植物生物质炭对海南砖红壤性质及N2O排放的影响

[目的]探讨不同豆科植物在不同温度条件下制备的生物质炭对砖红壤性质及N2O排放的影响,筛选出既有助于N2O减排又有益于土壤改良的豆科作物类型,为海南豆科植物材料的合理利用提供理论依据.[方法]采集海南3种常见豆科植物材料(花生、大豆和柱花草),在300、500和700℃不同热解温度下制备9种生物质炭,并设不加生物质炭为对照(CK),开展室内培养试验并进行气体采集,测定培养过程中土壤N2O排放、矿质氮含量变化及其基本理化性质.[结果]不同生物质炭处理可显著提高土壤pH和速效钾含量(P<0.05,下同),也可明显提高土壤有机碳和全氮含量,其中以大豆秸秆生物质炭处理的土壤pH及有机碳、全氮、速效磷和有效钾含量增幅较大.300℃下制备的生物质炭可明显促进N2O排放,500和700℃下制备的生物质炭对N2O排放的影响因制备材料不同而存在差异.随培养时间的延续,各处理的土壤铵态氮(NH4+-N)含量逐渐降低,硝态氮(NO3--N)含量逐渐增加;培养结束后,生物质炭处理的土壤NH4+-N含量基本接近0 mg/kg,而土壤NO3--N含量介于71.06~93.09 mg/kg.相同材料制备的生物质炭处理,温度越高其土壤硝化率上升越快,至培养结束时,各生物质炭处理的土壤硝化率均接近100.00%,CK的硝化率为90.57%(低于各生物质炭处理).[结论]综合考虑不同生物质炭对土壤性质及N2O排放的影响,建议选用大豆秸秆在500℃下制备的生物质炭进行热带砖红壤改良.     

马铃薯生物炭对土壤中Cd的钝化效果

【目的】 研究马铃薯生物炭对土壤中镉的钝化效果。【方法】 以马铃薯秸秆为原料,研究不同温度制备的3种生物炭(B300、B400、B600)对水中Cd²⁺的吸附效果;采用室内培养实验,研究不同添加量(0.5%、1.5%、3.0%)生物炭(B400℃)对2种宁南山区典型土壤(黑垆土和山地草甸土)的pH、有机碳及DTPA-Cd含量的影响;采用盆栽试验,分析生物炭对土壤中Cd的钝化效果。【结果】 3种生物炭对Cd²⁺吸附能力的大小顺序为:B400>B300>B600;生物炭显著降低2种土壤中DTPA-Cd含量,其中3.0%添加量效果最好,黑垆土DTPA-Cd含量降低幅度大于山地草甸土;2种土壤的pH值和有机碳含量均与各自DTPA-Cd含量变化呈现显著的负相关;3.0%添加量的马铃薯生物炭能促进玉米的生长,降低玉米对Cd的吸收,有效抑制Cd由土壤到玉米体内的转移。【结论】 马铃薯秸秆生物炭对2种土壤中Cd的钝化效应明显。