不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性

掌握不同生物炭材料的结构特征和化学特性是合理利用生物炭的基础。通过无氧炭化法制备了不同炭化温度下的玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭,对比了不同材料和不同炭化温度下生物炭性质的差异。结果表明:炭化温度低于400℃时,两种材料生物炭的孔隙结构保存完整,600℃以上时,两种材料生物炭的蜂窝状结构均遭到破坏,玉米秸秆生物炭被破坏得更严重;同一炭化温度下,玉米秸秆生物炭的比表面积及总孔容和平均孔径均大于沙蒿生物炭,两种生物炭的比表面积随炭化温度的升高均增大,总孔容呈\"V\"形变化;两种材料的生物炭均呈碱性,炭化温度越高,pH越大,400℃~800℃,每升高10℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的pH均以0.02的幅度增加,同一温度下,玉米秸秆生物炭的pH大于沙蒿生物炭,在400℃、600℃和800℃下分别比沙蒿生物炭高0.31、0.35和0.29单位;随炭化温度的升高,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的C、P、K和灰分含量增加,400℃~800℃,玉米秸秆生物炭的C、P、K含量以炭化温度每升高10℃分别增加2.94、0.11、0.20 g/kg的幅度变化,沙蒿生物炭也以4.35、0.07、0.24 g/kg的幅度增加,与此同时,玉米秸秆生物炭的N、H含量以每升高10℃分别以0.13 g/kg和0.86 g/kg的幅度降低,沙蒿生物炭的N、H含量分别以0.04 g/kg和0.82 g/kg的幅度下降,S含量无明显变化,C/N和C/H增大,且不同材料生物炭的元素含量差异显著;两种材料生物炭的N、P、K有效性随炭化温度的升高均下降,400℃~600℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效N含量分别下降了57.89%和19.05%,800℃时两种生物炭的速效N均接近0 mg/kg,400℃~800℃玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效P含量分别降低了67.41%和52.36%,此时速效K含量也分别降低了45.62%和90.16%。总之,不同材料和炭化温度对生物炭的物理特征和化学特性都有较大影响。     

沙蒿生物质炭在沙土中的降解特征

为明确不同炭化条件下沙蒿生物质炭的有机组分、炭化过程和降解特性。于不同炭化条件下无氧炭化制备沙蒿生物质炭并进行沙地封存。结果表明:H、O和N元素的质量分数及H/C、O/C和(N+O)/C均随炭化温度的升高和炭化时间的延长呈先降低后稳定的变化趋势,升温速率对其无显著影响。而C则呈相反趋势且均在炭化温度600℃、炭化时间60 min以后基本达定值,上述指标(H、O、N、H/C、O/C、(N+O)/C和C)的稳定值分别约为29.3 g/kg、79.8 g/kg、11.2 g/kg、0.40、0.07、0.08和879.7 g/kg。生物质炭的降解速率随着炭化温度的升高、炭化时间的延长和施用量的增大而降低,其半衰期为2~12年。综上,沙蒿的炭化既是有机组分富碳、去极性官能团的过程,同时也是芳香性增强、亲水性和极性减弱的过程,施用量和炭化温度是影响生物质炭降解的决定性因素。     

秸秆和生物炭对紫色土坡耕地产流产沙与氮素流失的影响

[目的]探究不同添加量的秸秆和生物炭对紫色土坡耕地的具体改良效果,从而为合理防治三峡库区水土流失提供理论参考。[方法]采用人工模拟降雨的方法,以裸坡为对照,研究了紫色土中添加水稻秸秆(施用量4,7,10 t/hm²)和生物炭(含量13,39,65 t/hm²)对紫色土坡耕地产流产沙与氮素流失的影响。[结果](1)高强度降雨条件下,紫色土混掺生物炭加快了坡面产流进程,而施加碎混秸秆能延长起始产流时间、削减产流速率;(2)紫色土添加生物炭后累积产沙量较对照增加了0.64%～66.29%,而施加碎混秸秆后减少了42.58%～70.27%,且施加碎混秸秆对坡面产沙的抑制效应远强于对坡面产流的控制作用;(3)地表径流中氮素流失过程以NO^-₃-N为主,且TN,NO^-₃-N和NH⁺₄-N的流失量和养分流失模数整体表现为生物炭处理最大,碎混秸秆处理最小。[结论]紫色土坡耕地施加碎混秸秆能促渗阻流、有效控制水土及养分流失,而短期施加生物炭可能会产生负面影响。     

有机物料对沙蒿生物炭改良沙土中有效养分的增效作用

研究有机物料对沙蒿生物炭改良沙土有效养分的影响,为沙蒿生物炭改良瘠薄沙土提供依据。采用无植物室外培养模拟试验,研究单独添加生物炭、生物炭与有机物料混合对沙土有效养分含量、pH和微生物生物量碳、氮含量的影响。结果表明:不同有机物料均能够提高沙土的pH(沙蒿粉除外)、有效养分和微生物生物量碳、氮含量,有机物料与生物炭混合施用对沙土的有效磷、速效钾和微生物生物量碳、氮起到了增效作用,较二者单独施用的累加效果分别高出7.1%~23.1%、4.1%~10.9%、6.2%~11.8%和12.5%~22.6%。pH和微生物生物量碳、氮含量影响着沙土的有效养分含量,与其呈显著或极显著正相关关系。因此,沙蒿生物炭改良沙土过程中施入有机物料对有效养分的提高可起到增效的作用,这可能与有机物料和生物炭混合施用能够提高沙土中微生物数量和活性有关。     

小麦秸秆及其生物炭添加对黄绵土表面电化学性质的影响

土壤表面电化学性质是土壤具有肥力的重要基础,研究小麦秸秆及其生物炭添加对黄绵土表面电化学性质的影响,可为黄绵土耕地质量的提升及可持续利用、减少土壤侵蚀提供重要的理论及实践依据.通过室内恒温培养试验,设置对照(CK)、1％秸秆(儿)、3％秸秆(J3)、5％秸秆(J5)、7％秸秆(J7)、10％秸秆(J10)和1％生物炭(...     

热解温度对生物炭表面性质及释放氮磷的影响

热解温度是影响生物炭表面性质的重要因素。在250~450℃范围内制备玉米秸秆生物炭(CB)和杨木生物炭(PB)。采用X-射线光电子能谱仪对生物炭的表面元素进行分析,发现各元素含量随热解温度而变化,2种生物炭的变化规律不同。傅里叶变换红外分析表明,热解温度升高造成生物炭基团的变化,C=O基团增多,芳香性增强。研究生物炭在水中的氮磷释放行为发现,随着热解温度的升高,NH_4~+-N和NO_3~--N的释放呈现先增加后减少的趋势;CB的总磷释放有所增加,PB的总磷释放先增加后降低。不同热解温度的生物炭,其营养元素的释放速率在初期存在一定差别,释放过程在48 h内基本完成。生物炭的表面性质及氮磷释放行为与热解温度及生物质来源密切相关。     

氮沉降背景下生物炭施用对土壤有机碳组分的影响

通过18个月的盆栽试验,以杉木幼苗为研究对象,研究不同水平氮(N)沉降背景下(N0(0)、低N(40 kg/(hm2·a))和高 N(80 kg/(hm2·a))生物炭(BC)施用(B0(0)、B1(12 t/hm2)和 B2(36 t/hm2))对土壤有机碳(SOC)组分的影响.结果表明:与对照相比,单独施用BC以及...     

毛乌素沙地沙蒿对土壤冻融过程的影响

包气带的季节性冻融过程对地表的水热平衡具有重要作用。为了揭示沙蒿对毛乌素沙地季节性冻融过程的影响,该研究通过在黄河“几字弯”的毛乌素沙地开展野外原位的土壤冻融观测试验,基于野外实时监测数据,对比研究了2020年10月至2023年9月期间沙蒿与裸地条件下的冻融天数、土壤含水量、土壤温度及蒸散发的动态变化规律,揭示了沙蒿对冻融过程的影响。研究结果表明：冻融期间,沙蒿与裸地条件下浅层土壤含水量差异较小,沙蒿浅层平均温度的变幅小于裸地条件,且其平均温度的最高温与最低温的出现时间分别滞后于裸地1.72和1.11 h。沙蒿的存在对冻融过程既有促进作用又有抑制作用。沙蒿会抑制浅层土壤的冻结和融化过程,而其深层的根系耗水会导致冻融过程的初始含水量较低,从而促进土壤的冻结和融化过程,并在深层土壤（60～100 cm）较为明显。沙蒿通过影响冻融时期土壤的水分和热量变化从而影响蒸发,同时深层土壤的水分亏缺会限制沙蒿的蒸腾作用。该研究有助于提高农业生产力,优化水资源管理,并可助力于黄河流域生态保护和高质量发展。     

生物炭对淹水土壤中溶解性有机质含量及组成特征的影响

为了探究生物炭对土壤中溶解性有机质(DOM)的影响,采用向水稻土中添加生物炭的厌氧泥浆培养试验,分析添加生物炭后对不同培养阶段的厌氧泥浆中水溶性有机碳(DOC)含量、DOM组成、荧光光谱特性及土壤中Fe(III)还原特征的影响。结果表明:添加生物炭可增加水稻土中DOC含量及影响紫外光谱特征值(SUVA₂₅₄),引起DOM组分种类和相对含量变化,不同类型土壤间的变化存在差异,酸性水稻土中的作用更为明显。水稻土中Fe(III)的还原效率在添加生物炭下得到促进,同时对土壤的初始pH也产生一定影响。相关分析结果揭示添加生物炭可通过调节SUVA₂₅₄、DOM组成和体系pH,从而影响厌氧水稻土中的硝酸盐还原、铁还原及产甲烷过程。     

不同老化方法对生物炭表面特征及镉吸附能力的影响

为明确不同自然环境过程（氧化还原、降雨、光照）对生物炭的老化作用及其对重金属吸附能力的影响,该研究以不同温度（200、500 ℃）和气氛（O₂、N₂）下热解的小麦秸秆生物炭为研究对象,采用化学氧化、干湿交替、紫外光照氧化3种人工老化方法模拟生物炭在自然环境中的老化过程,并分析老化作用对生物炭理化性质及镉（Cd）吸附能力的影响。结果表明：与初始生物炭相比,老化作用使生物炭表面破碎,孔隙结构增多,提高了生物炭比表面积。干湿交替老化使低温生物炭的比表面积增大0.85倍,而经过化学氧化后的低温生物炭、高温生物炭比表面积分别增大8.81、0.37倍。老化过程使生物炭的官能团种类减少,且含氧官能团数量发生不同程度的变化,其中化学氧化使羧基、内酯基等含氧官能团增多,而干湿交替及紫外光照老化主要引起含氧官能团数量的减少。此外,热重分析结果表明化学氧化使低温生物炭热稳定性降低,经过不同方式老化后的高温生物炭热稳定性均增强。化学氧化、紫外光照、干湿交替3种老化处理均可提高低温类和高温类生物炭的吸附能力,Cd²⁺吸附量分别提高498.95%～799.36%、436.10%～768.43%、35.53%～128.10%。因此,生物炭实际应用时需综合考虑其环境过程、特性变化以及目标污染物种类,以促进生物炭环境应用的长远发展。     

内蒙古自治区鄂尔多斯高原茭蒿种子萌发特性研究

通过对内蒙古自治区鄂尔多斯高原的茭蒿与其他2种蒿属植物种子萌发特性的对比研究。结果表明,茭蒿种子质量很小,千粒重仅为(0.090 1±0.005 1)g,这种特性有利于其种子的传播;茭蒿种子质量虽然很小,但在相同条件下,与其他植物种子发芽率并没有表现出显著差异,即种子质量的大小没有对茭蒿种子的萌发造成影响。茭蒿在拥有小种子的同时又具有高的种子萌发率,是其对黄土丘陵沟谷的有效适应途径。     

外源生物炭对烟田有机肥碳氮矿化及微生物功能多样性的影响

目的探究添加外源生物炭对有机肥碳氮矿化的影响,为烟田有机物料合理利用提供理论支撑。方法通过尼龙网袋田间原位培养试验,分析了生物炭对有机肥碳氮释放规律以及微生物功能多样性的影响。结果添加外源生物炭提高了有机肥中有机碳和有机氮的矿化量,掩埋100 d后有机碳的累计矿化率提高了3.02个百分点,有机氮的矿化率提高了6.18个百分点。外源生物炭输入显著提高了有机肥处理土壤微生物功能活性和McIntosh多样性指数,增强了土壤微生物对氨基酸、酚酸和胺类碳源的利用强度,降低了对碳水化合物的利用。结论外源生物炭的输入能够促进有机肥的矿化,提高养分释放量,增强微生物活性及多样性,烟叶生产中可通过有机肥与生物炭的合理配施来改善土壤营养供应,以实现提质增效的目标。     

腾格里沙漠固沙植被区微生境土壤微生物功能群时空格局

土壤微生物是探究生态系统植被生产力和生物地球化学循环的基础。然而,针对干旱沙区人工植被建立后不同建植年代、植物种、微生境指示碳、氮、磷循环的土壤微生物功能群的研究较少。以腾格里沙漠东南缘沙坡头区不同年代建植的柠条（Caragana korshinskii）和油蒿（Artemisia ordosica）土壤为研究对象,用稀释平板分离培养法研究了指示土壤碳、氮、磷循环微生物功能群数量的时空变化规律及与土壤理化性质间的关系。结果表明：（1）随固沙年限增加,微生物功能群数量显著增加,且表层（0～5 cm）土壤微生物数量高于亚表层（5～10和10～20 cm）;(2)土壤微生物功能群数量呈现明显的季节变化特征。纤维素分解菌呈“V”型分布,表现为春季低夏季高;氨化和硝化细菌从冬、春、夏到秋季均表现为逐渐上升的趋势;溶磷菌数量则是从冬季、秋季到春夏季依次递减;（3）柠条与油蒿样地中纤维素分解菌和溶磷菌数量均表现为1990年高于2010年,而油蒿地则相反;（4）全氮和有效磷对微生物功能群数量影响极显著。可见,荒漠生态系统中土壤氮、磷元素含量较碳元素含量对微生物功能群数量限制更大,上述结果为更好地理解干...     

鄂尔多斯高原油蒿群落研究基本样方大小的确定

油蒿群落在鄂尔多斯高原植被类型中占据绝对优势,针对油蒿群落的研究中采用的基本样方大小不一.以鄂尔多斯高原油蒿群落为研究对象,通过野外调查,采用群落种—面积曲线方程进行拟合分析,确定抽样到60％,70％,75％,80％,85％和90％以上的物种数,相对应地要求样方面积为4.77～6.34,10.45～12.62,15.48～18.52,20.20～26.50,25.95～37.12,34.06～50.99 m2.结果表明:在样方面积大于4 m×4 m时,植被盖度的变化较小,趋于稳定.综合种—面积曲线的结果和盖度变化情况,考虑到取样的效率,认为样方面积确定为16 m2(4m×4m)是比较合适的,此样方能够包括油蒿群落中全部的常见种,也能较准确地反映群落覆盖地表的状况,在保证样方代表性的同时也能最大限度地控制工作量.     

科尔沁沙地黑沙蒿人工植被土壤线虫群落特征

本文针对科尔沁沙地黑沙蒿人工植被土壤线虫的总数、群落组成、营养类群进行了研究。结果表明,随着黑沙蒿种植年限的增加,土壤线虫数量显著增加。不同年限黑沙蒿植被之间土壤线虫总数差异显著(P<0.01)。在本研究中共获得线虫13科19属,其中Acrobeles为优势属。在半流动沙丘生态系统中,植物寄生线虫为优势营养类群;而在黑沙蒿人工植被生态系统中,线虫群落逐渐向以食细菌线虫占优势的方向演替。本实验结果表明,土壤线虫群落结构对退化沙漠生态系统的恢复阶段具有很好的生物指示作用。     

不同稳定性有机物料对砂姜黑土理化性质及玉米产量的影响

针对黄淮海平原广泛分布的砂姜黑土结构性差、有机质含量偏低的特征,通过中国科学院封丘农田生态系统国家试验站2年砂姜黑土不同外源有机物料施用处理盆栽试验[共设8个处理,分别为空白(CK)、施秸秆(S)、施有机肥(M)、施1/2秸秆+1/2有机肥(SM)、施生物炭(C)、施1/2生物炭+1/2秸秆(CS)、施1/2生物炭+1/2有机肥(CM)和施1/3生物炭+1/3有机肥+1/3秸秆(CSM)],研究了等C、N输入下不同稳定性有机物料(生物炭、秸秆、有机肥)对砂姜黑土理化性质及玉米产量的影响。结果表明,与CK处理相比,施用外源有机物料能显著降低土壤容重19.60%~32.23%,增加饱和含水量7.91%~28.99%、田间持水量10.47%~30.76%,提高耕层土壤总孔隙度10.36%~28.21%,提升全量有机质11.00%~37.00%;并对活性有机质组分(低活性有机质、中活性有机质、高活性有机质)产生显著影响,其中高活性有机质增加幅度高达39.22%~83.83%。从有机物料的配比效果来看,CSM处理土壤容重最低,为1.28 g?cm?1,C、S处理土壤容重分别为1.30 g?cm?1、1.36 g?cm?1。CSM处理土壤总孔隙度最大,为58.53%;S、CS、SM处理次之,分别为55.62%、56.90%、54.38%;C、M处理最小,分别为53.18%、50.38%。CS、CM、CSM处理土壤总有机质含量较高,分别为30.76 g?kg?1、32.99 g?kg?1、31.45 g?kg?1;C、S处理相对较低,分别为25.36 g?kg?1、26.16 g?kg?1。CS、SM、CSM处理玉米产量最高,分别为463.67 g?盆?1、376.31 g?盆?1、471.77 g?盆?1,且差异性显著。可见不同稳定性有机物料施入能够改善土壤理化性质,提高玉米产量,生物炭配合秸秆、有机肥还田处理改良土壤及增产效果最佳。     

生物质炭对农田土壤腐殖质的影响——Meta分析

为量化生物质炭对土壤腐殖质含量的影响程度,以不添加生物质炭土壤为对照,对不同土壤质地、土壤pH及生物质炭裂解温度、施用量、施用时长下生物质炭对土壤腐殖质含量的变化情况进行了Meta分析。结果表明:与对照相比,添加生物质炭显著提高了砂土腐殖质中的胡敏酸和胡敏素含量,平均提高幅度分别为18.6%和92.2%;增加了中性、碱性土壤中的胡敏酸含量,平均增幅分别为12.5%和13.7%;施用裂解温度为500～600℃的生物质炭对于土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素含量的提升幅度最大,平均增幅分别为22.6%、14.1%和68.5%;生物质炭添加量为20～40 t/hm²条件下,显著提高了土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素含量,平均增幅分别为23.7%、6.9%和84.6%;生物质炭施入土壤3个月内,胡敏酸含量显著升高,平均增幅为29.5%,在3个月到1年内增幅逐渐降低,1年后增幅又逐渐升高;生物质炭施入土壤6个月内,胡敏素含量增幅最高,平均为72.2%;随着生物质炭施用时间延长,土壤胡敏素含量的增幅逐渐降低。综上所述,施用裂解温度为500～600℃的生物质炭,在短期内对中性或碱性条件下的砂土及壤土中的腐殖质含量有较好的提升效果,随着施入时间的延长,该效果会逐渐稳定。     

生物质炭修复有机物污染土壤的研究进展

生物质炭由于其特殊的多孔性结构、强的吸附性能,以及富含多种营养元素和特殊官能团等特点,成为近年来在农业应用和环境污染治理方面的热点。本文介绍了生物质炭的基本特性,提出生物质炭可能在今后成为活性炭的替代品;综述了生物质炭在修复有机物(石油烃、有机农药、PAHs、PCBs)污染土壤中的研究进展,并探讨了生物质炭应用于污染土壤修复的环境风险。生物质炭在修复有机物污染土壤方面有巨大的潜力,但在大规模应用之前还需要做长期深入的研究。