生物质炭对旱地红壤理化性状和水力学特性的影响

[目的]研究生物质炭对旱地红壤基本理化性质及水分特征曲线的影响,为红壤地区土壤改良提供依据。[方法]分层测定不同生物质炭施用量水平下的土样容重、孔隙度和有机碳含量,采用原状土压力膜法分层测定土壤的水分特征曲线。[结果]施用生物质炭能显著降低土壤的容重,提高土壤的孔隙度及有机碳含量,且随着施用量的增加,土壤容重逐渐降低,孔隙度及有机碳含量逐渐提高;随着生物质炭施用量的增加,土壤饱和含水量、田间持水量和有效水含量逐渐增加,凋萎系数逐渐减小,施用生物质炭30t/hm2的土壤处理饱和含水量、田间持水量和有效水含量最高;生物质炭施用量与土壤饱和含水量、田间持水量和有效水含量呈极显著正相关关系,与凋萎系数呈极显著负相关关系。[结论]施用生物质炭能显著提高红壤田间持水量和有效水含量。     

生物质炭施用量对旱地酸性红壤理化性质的影响

我国南方旱地酸性红壤区,土壤酸化与干旱等问题突出。近几年生物质炭在土壤改良方面的研究应用已有较多的文献报道,但针对南方旱地酸性红壤区土壤改良方面的研究与应用相对较少。对此,本研究设置了生物质炭施加量分别为1%、2%、3%、4%及对照CK共5个处理,每个处理5次重复的室内盆栽试验;每盆一次性均匀浇洒1 L蒸馏水后在温室内自然放置,模拟干旱30 d,随后测定土壤含水量、p H、电导率与氮、磷含量。结果表明:土壤pH、电导率、有效磷含量随生物质炭施加量的增加而显著提高,NH₄⁺-N含量降低,而NO₃^–-N含量无显著影响;模拟干旱后的土壤含水量与生物质炭施加量呈二次函数曲线关系,施加低量生物质炭(1%)显著降低了土壤含水量,而高量生物质炭(4%)的施加则使土壤含水量显著提高。本研究为生物质炭在我国南方旱地酸性红壤区土壤改良方面的应用提供了试验依据。     

生物质炭对旱地红壤理化性状和作物产量的持续效应

以江西进贤旱地红壤为供试土壤,连续3a观测施用生物质炭(0t/hm2,2.5t/hm2,5t/hm2,10t/hm2,20t/hm2,30t/hm2和40t/hm2)后土壤容重、孔隙度、饱和导水率、土壤pH、有机碳、阳离子交换量及油菜和红薯产量的变化。结果表明:生物质炭连续3a降低土壤容重,提高了土壤孔隙度和土壤饱和导水率,提升了土壤pH,增加了土壤有机碳和阳离子交换量;油菜和红薯产量均随生物质炭施用量的增加而增加,且红薯产量增幅大于油菜。随种植年限的延长,作物产量增幅越大。高施用量(40t/hm2)处理在旱地红壤上的改良效果和增产效应最好,施用生物质炭后第3a其土壤容重下降了0.17g/cm3,土壤孔隙度和饱和导水率分别增加了11.71%和126.57%,土壤pH、有机碳和阳离子交换量分别提高了7.25%,47.88%和44.61%,油菜和红薯产量分别增加了1.23t/hm2和14.83t/hm2。在连续3a内,旱地红壤施用生物质炭对改善土壤理化性状,维持作物增产具有持续效应,为生物质炭在红壤地区的大规模推广应用提供了科学依据。     

生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响

为了探讨生物炭对不同土壤的改良效果,采用盆栽试验,研究了施用生物炭对我国南方两种代表性土壤(红壤和黄棕壤)理化性质的影响及其动态变化差异。结果表明:强酸性红壤施用生物炭能明显提高pH而降低其酸度,同时增加土壤的有机质、速效磷、速效钾和碱解氮含量,且随着生物炭施用量(生物炭量/土壤量:0、0.5%、1.0%、2.0%)的增加,改良效果不断加强;弱酸性黄棕壤施用生物炭也提高了土壤pH、有机质、速效磷、速效钾含量,但对该土壤中的碱解氮含量无明显影响。不同生物炭用量的效应存在较大差异,在2.0%时对两种土壤各理化性质影响均表现为最明显,红壤pH平均增加0.61,有机质、速效磷、速效钾、碱解氮分别平均提高203.4%、369.3%、368.0%、30.4%,而黄棕壤pH、有机质、速效磷、速效钾分别平均增加0.55、124.2%、57.5%、50.3%。因而,相同用量的生物炭对红壤的改良效应好于黄棕壤,且施用生物炭对两种土壤速效钾含量影响最大,其次是有机质、pH、速效磷、碱解氮。     

生物质炭对黄棕壤理化性质及龙脑樟幼苗生长的影响

以南京林业大学下蜀林场黄棕壤为试验对象,采用室外盆栽试验,研究生物质炭不同施用量(炭土质量比0、1%、2%、4%)对黄棕壤理化性质及龙脑樟幼苗生长的影响。结果表明:生物质炭可有效改良黄棕壤物理性质,4%施用量改良效果最好,与仅施化肥处理相比,土壤总孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和田间持水量显著提高,土壤容重显著降低(P0.05);施用生物质炭可显著提高土壤pH(P0.05),改善土壤酸碱性;生物质炭施用对土壤氮磷有效性影响显著(P0.05),低施用量下土壤碱解氮含量最高,高施用量下土壤有效磷含量最高。生物质炭1%施用量下,龙脑樟叶片产量最高(41.54 g),分别比对照和仅施化肥处理提高141.53%和11.16%;而苗高相对生长速率较仅施化肥处理显著降低6.79%,有利于矮化苗木。可见生物质炭改良土壤理化性质和促进苗木生长的最佳施用量并不相同。考虑到经济效益,1%的生物质炭施用量对龙脑樟叶片产量的提高较为适宜。     

不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度和土壤pH缓冲容量的影响

  目的  明确不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良和土壤pH缓冲容量的提升效果。  方法  将不同添加量的油菜秸秆炭分别与两种酸性红壤混合,然后进行室内培养试验,测定培养实验前后土壤pH、pH缓冲容量、土壤交换性盐基离子和土壤交换性酸。  结果  添加油菜秸秆炭显著提高了土壤的pH、pH缓冲容量、交换性盐基离子含量,显著降低了土壤交换性酸含量。说明添加油菜秸秆炭不仅可以改良红壤酸度,还能提高红壤的抗酸化能力,因而可以减缓土壤的复酸化。生长在碱性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良效果和对土壤pH缓冲容量的提升效果均优于生长在酸性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭,在5%添加水平下,前者使湖南红壤pH相比对照提高37.4%,后者使该土壤的pH提高22.4%;相应地,2种生物质炭分别使该土壤的pH缓冲容量分别提高41.4%和37.3%。2种油菜秸秆炭对红壤pH和pH缓冲容量的提升效果与其碱含量和表面官能团多少相一致。  结论  碱性土壤上生长的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤具有更好的改良效果。     

热解温度对玉米秸秆炭产率及理化特性的影响

【目的】通过对不同热解温度条件下玉米秸秆炭理化特性的分析,探索玉米秸秆炭具有较高利用价值的炭化温度。【方法】以玉米秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度下 (100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃) 分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定了固体产物生物炭产率及特性。【结果】生物炭的产率随热解温度的升高逐渐降低。生物炭全碳含量和碳氮比随热解温度升高而升高,全氮含量在400℃以后随热解温度升高而降低。阳离子交换量 (CEC) 在400℃～600℃达到较高水平,为70.87～83.48 cmol/kg。随热解温度升高,玉米秸秆炭表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少,pH随着热解温度的升高逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。红外光谱分析表明,热解温度达到500℃时,纤维素和半纤维素已经完全分解;高温热解使玉米秸秆中–CH₃、–CH₂、–OH、–C=O间发生缔合或消除,促进芳香基团的形成。随着热解温度的升高,玉米秸秆炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,孔径先变小后变大,在400℃～600℃条件下,玉米秸秆炭的孔隙相对较为丰富,不同热解温度下玉米秸秆炭的比表面积和比孔容呈极显著正相关关系(P < 0.01)。【结论】综合各项指标,玉米秸秆的最佳热解温度为400℃～500℃,此温度下制备的生物炭产出率相对较高,氮、碳养分损失少,生物炭的理化性能和养分利用均达到最优。     

炭肥比和膨润土粘结剂对炭基肥颗粒理化及缓释特性的影响

为探究炭肥比和膨润土粘结剂对生物炭基肥理化及缓释特性的影响,以生物炭为基底,分别制备了炭肥比1:4,膨润土粘结剂质量分数为20%、15%、10%、5%和粘结剂质量分数10%,炭肥比为1:6、1:5、1:4、1:3的柱状尿素和氯化钾生物炭基肥颗粒,分析了生物炭基肥颗粒的理化及缓释特性。结果表明,在炭肥比为1:4条件下,膨润土粘结剂质量分数越高,生物炭基肥微观结构越紧密,力学和缓释特性越好,质量分数为20%时,氯化钾和尿素生物炭基肥平均抗压强度分别为286.78和281.27 N,前3天养分淋出率分别为45.53%和36.87%。在膨润土粘结剂质量分数为10%条件下,炭肥比越高,生物炭基肥缓释性能越好,炭肥比为1:3时,氯化钾和尿素生物炭基肥前3天养分淋出率分别为42.06%和40.32%。同时,氯化钾生物炭基肥表面孔隙先增后减,炭肥比为1:6和1:3的平均抗压强度分别为271.25和282.42 N。尿素生物炭基肥内部结构中孔隙变多,炭肥比为1:6时,平均抗压强度为最大值267.84 N。综合考虑,满足中等肥料浓度要求时,膨润土粘结剂质量分数为20%、炭肥比为1:4或膨润土粘结剂质量分数为10%、炭肥比为1:3的生物炭基肥成型配方较优。     

制炭温度对玉米和小麦生物质炭理化性质的影响

通过缓慢高温裂解方式生产不同温度的小麦和玉米生物质炭,并对其性质进行分析.结果显示,生物质炭性质受裂解温度和生物质种类的影响而表现出差异.当裂解温度从300℃升高到500℃时,小麦生物质炭产率从44.3％降低到38.4％,其生物质炭碳含量从617.9 g/kg升高到674.0 g/kg;玉米生物质炭产率从42.8％(300℃)降低到29.7％(500℃),其生物质炭碳含量从574.8 g/kg(300℃)升高到651.1 g/kg(500℃).生物质炭pH、灰分含量、全磷含量等也随制炭温度升高而升高,小麦生物质炭pH从7.59(300℃)上升到10.51(500℃),灰分含量从186.1 g/kg(300℃)升高到268.2 g/kg(500℃),全磷含量从0.70 g/kg(300℃)升高到1.10 g/kg(500℃);玉米生物质炭pH从9.35(300℃)升高到10.12(500℃),全磷含量从2.34 g/kg(300℃)升高到4.37 g/kg(500℃).说明制炭温度和生物质种类对生物质炭理化性质具有决定性作用.     

施用生物质炭对红壤有机碳矿化及其组分的影响

采用室内培养试验研究了生物质炭种类、土壤性状和氮肥施用对红壤有机碳矿化及其组分的影响。结果表明,添加生物质炭后红壤中有机碳的矿化速率随添加生物质炭制备温度的增加而下降;在有机质中等的土壤中,添加生物质炭可促进土壤有机碳的矿化;而对于有机质特别低或较高的土壤中,添加生物质炭降低了其有机碳的矿化;施用氮肥可明显增加生物质炭添加土壤中有机碳的矿化。研究认为,生物质炭类型、土壤性状和施用氮肥对添加生物质炭土壤有机碳矿化的影响差异可能与它们对土壤活性有机碳(微生物生物量碳和水溶性碳)的影响不同有关。总体上,施用生物质炭和氮肥若能促进土壤活性有机碳的形成,则相应地其也可促进土壤有机碳的矿化。生物质炭在土壤中的稳定性也受土壤性状和氮素状况的影响。     

红壤地区地形位置和利用方式对土壤物理性质的影响

对不同地形部位和不同利用方式下的低丘红壤进行了采样和分析,结果表明地形变化和利用方式对土壤的理化性质和水分特性有明显的影响。对受人为扰动较小的林地和茶园而言,随地形位置的降低,土壤粘粒含量降低,有机质含量、土壤水稳性团聚体数量、土壤通气性均明显增加,而对受人为耕作影响较大的旱地和桔园,其养分含量、土壤结构性质变化没有明显规律。红壤的持水和供水性质也受到影响,坡顶的持水量比坡中和坡底要大,同时由于毛管孔隙数量比例小,土壤难以保证连续快速的水分供应是红壤作物易旱的重要原因。     

生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和腐殖质组成的影响

生物质炭是具有高度热稳定性和较强吸附特性的含碳物质,不同来源生物质炭的结构性质可能存在着很大的差异。为此对2种自制的不同来源生物质炭和1种商业黑炭进行了结构表征,并研究了添加生物质炭对土壤有效养分和腐殖质组成的影响。结果表明,不同来源的生物质炭在结构上有明显区别：秸秆生物质炭的芳构化程度和热稳定性最低,脂族性最强;商业黑炭缩合程度和热稳定性最高,脂族性最弱;松枝生物质炭介于二者之间。向土壤中添加秸秆生物质炭和松枝生物质炭培养45d后,土壤有机碳含量、胡敏酸和富里酸含量、有效养分含量都有不同程度的增加,同时胡敏酸的色调系数ΔlgK降低,对土壤有机碳的长期保存有积极意义。     

生物质炭添加对重金属污染稻田土壤理化性状及微生物量的影响

分析了生物质炭添加对红壤性水稻土理化性状、重金属含量及微生物生物量的影响。通过田间小区长期定位试验,一次性施入不同量生物质炭(0,10,20,30,40t/hm2),于2017年9月采集各处理表层土样(0—15cm),研究土壤理化性状、重金属含量及微生物生物量的变化。结果表明:生物质炭添加对土壤理化性状、重金属含量及微生物生物量均有显著影响。与对照相比,供试土壤的pH、EC和有机质含量随生物质炭添加量的增加而增大,增幅分别为5.11%~18.43%,37.62%~104.31%和1.72%~22.41%,而有效磷和铵态氮含量随生物质炭添加量的增加呈先增大后减小趋势,分别在生物质炭添加量为10t/hm2和30t/hm2时达到最大值。随生物质炭添加量的增加,土壤有效态Cd和有效态Pb含量均呈降低趋势,而土壤有效态As含量呈先增加后减少的趋势,三者均在生物质炭添加量为40t/hm2时达到最小值。土壤微生物生物量碳、氮和微生物商随生物质炭添加量的增加均呈先升高后降低的趋势,均在生物质炭添加量为20t/hm2时达到最大值。相关分析表明,生物质炭添加量分别与土壤有效态Cd和Pb含量之间呈极显著负相关(P0.01);通径分析表明,生物质炭主要是通过直接作用影响土壤有效态Cd含量,而土壤pH、EC、有机质、微生物生物量碳、氮和有效磷主要是通过间接作用影响土壤有效态Cd含量。因此,添加适量生物质炭不仅可以改善土壤重金属污染现状和土壤理化性状,提高土壤养分含量,还可以改良土壤生物学性质,增加土壤微生物量。研究结果可为提高稻田土壤肥力和改善土壤重金属污染状况提供科学依据。     

施用生物质炭对旱地红壤有机碳矿化及碳库的影响

为探究生物质炭施入旱地红壤后对该地区土壤有机碳矿化以及有机碳库的影响,采用田间定位试验,设置7种生物质炭施用量处理,分别为0(C0),2.5(C1),5(C2),10(C3),20(C4),30(C5),40t/hm2(C6),以三库一级动力学理论为基础,对这7种处理的土样进行了室内呼吸培养试验。结果表明:(1)与C0相比,C4、C5和C6处理的土壤有机碳含量呈上升趋势,C5处理土壤有机碳含量上升幅度最大为14.66%;C2、C3、C4、C5和C6处理土壤活性碳均显著增加,C6处理增幅最大为25.00%;土壤惰性碳在C3、C4、C5和C6处理中显著增加,增幅分别为18.92%,40.09%,53.60%和49.55%;除C5处理外,其他生物质炭施用量下土壤缓性碳相对于C0处理,分别降低了1.96%,6.54%,8.82%,9.31%和12.91%。(2)与C0处理相比,施加生物质炭后土壤有机碳累积矿化量均显著降低,C6处理降低幅度达25.93%。随着生物质炭施用量的增加,土壤有机碳累积矿化量逐渐降低。(3)土壤有机碳、活性碳和惰性碳与生物质炭施用量存在极显著(p0.01)的正相关,土壤缓性碳与其存在显著(p0.05)的负相关。研究结果可为提升典型旱地红壤肥力,减缓温室气体排放提供科学依据。     

荔枝果园治理措施对侵蚀退化赤红壤理化性质的影响

通过对稻草覆盖和客土措施(Ⅰ和Ⅱ)建立荔枝果园14年后严重侵蚀赤红壤理化性质进行研究。结果表明:①建立荔枝园后,采取措施的果园土壤的物理性质有明显改善,表层土壤容重和结构体破坏率呈措施Ⅰ<措施Ⅱ<对照的变化趋势。措施Ⅰ和措施Ⅱ表层土壤最大持水量分别是对照的1.75倍和1.65倍,措施Ⅰ和Ⅱ>0.25 mm水稳性团聚体含量分别比对照增加51.88%和42.52%。②措施Ⅰ和措施Ⅱ表层土壤有机质、全N、全P、全K和土壤速效性养分含量明显提高,其中土壤速效K含量增加幅度最大。③利用灰色关联法对土壤肥力进行综合评价,果园不同治理措施土壤物理、化学性质排列顺序为:措施I(1.000)>措施II(0.782)>对照I(0.333),措施I(0.923)>措施II(0.801)>对照I(0.333),表明果园覆草措施是改良侵蚀退化赤红壤的有效途径之一。     

红薯藤及其生物质炭还田对旱地红壤微生物活性及养分含量的影响

为探究红薯藤及其生物质炭还田对旱地红壤微生物活性及养分含量的影响,通过田间定位试验,设置5个处理:(1)常规处理(CK);(2)3000 kg/hm2红薯藤还田(S1);(3)6000 kg/hm2红薯藤还田(S2);(4)1000 kg/hm2红薯藤生物质炭还田(BC1);(5)2000 kg/hm2红薯藤生物质炭还...     

氟对土壤理化性质和玉米生长的影响

用盆栽试验研究了外源氟对潮土、黄棕壤pH、容重、玉米干物重和吸钾量的影响,结果表明：氟可以提高土壤pH,使土壤结块,容重增加,孔隙度减少,加入氟1000 mg/kg,黄棕壤和潮土pH分别比对照增加了0.77和0.52,土壤容重分别增加了26.98%和27.72%。氟对潮土过氧化氢酶活性没有影响,加入氟600 mg/kg,氟对黄棕壤过氧化氢酶活性产生明显抑制作用;氟对黄棕壤碱性磷酸酶活性无影响,氟400 mg/kg对潮土碱性磷酸酶活性产生明显抑制。加入氟600 mg/kg,土壤中性磷酸酶活性明显降低;氟对黄棕壤酸性磷酸酶活性影响较潮土小。脲酶活性对氟最为敏感,在黄棕壤和潮土中,分别加入氟200 mg/kg和400 mg/kg,土壤脲酶活性明显降低。玉米苗期,氟浓度在400 mg/kg以上,才会对玉米苗期干物质积累产生影响,加入氟1000 mg/kg,黄棕壤和潮土玉米幼苗干物重比对照分别减少了20.1%和9.8%,氟对黄棕壤玉米苗期生长影响比潮土大;随着玉米生长,氟对玉米干物重产生明显影响的浓度越来越低,在玉米拔节期,氟浓度在200～400 mg/kg时,玉米地上和地下部干物重比对照明显减少,氟对玉米根的抑制作用超过玉米地上部。氟对玉米吸钾量影响很大,加入氟浓度高于400 mg/kg时,玉米吸钾量明显减少。加入氟1000 mg/kg,潮土玉米含钾量与对照相比减少了43.7%,黄棕壤玉米减少了41.9%。潮土玉米吸钾量与对照相比减少了59.7%,黄棕壤玉米吸钾量减少了50.9%。     

生物质炭对砖红壤性质与养分及硝化作用的影响

土壤性质制约着作为氮转化重要环节的硝化作用,生物质炭显著影响与硝化作用密切相关的土壤性质,可能对硝化作用产生影响。本文利用培养试验研究生物质炭对砖红壤性质及硝化作用的影响。试验设生物质炭+淹水、生物质炭+75%田间持水量、空白+淹水及空白+75%田间持水量4个处理。研究表明,生物质炭能显著提高土壤pH值和有机碳含量以及N、P、K养分元素的有效性。水分条件差异影响生物质炭的作用效果,淹水更利于提高砖红壤的pH值,但显著降低了磷的有效性。添加生物质炭后,土壤硝化作用进程加速,硝化彻底。在利用生物质炭改良砖红壤时,应根据土壤改良目的调整土壤水分,以防硝态氮淋失风险和氨挥发的可能。