玉米生物炭和改性炭对土壤无机氮磷淋失影响的研究

利用玉米秸秆为原料制作生物炭,并用氯化铁进行改性,考察了改性前后生物炭对硝态氮和磷的吸附等温和吸附动力学过程,将生物炭和改性炭制作3 cm厚的物理隔离层,施入土柱50 cm处,通过淋溶实验,研究生物炭改性前后对土壤无机氮磷淋失的影响。结果表明,炭化温度为500℃时,铁炭比为0.7的生物炭和改性炭对氮磷的吸附能力最强。吸附动力学和等温吸附曲线分析表明:生物炭改性后对硝态氮和磷的吸附增大,生物炭和改性生物炭对硝态氮的最大吸附量分别为0 mg·g-1和2.414 mg·g-1、对磷的最大吸附量分别为1.723 mg·g-1和16.062 mg·g-1。与对照相比,生物炭处理和改性炭处理硝态氮的淋失量分别降低11.2%和31.6%,磷的淋失量分别显著降低33.1%和82.9%,氨氮的淋失量分别显著降低44.3%和68.6%。淋溶试验后对土壤残留养分分析表明,隔离层的添加并不会对0～50 cm土层内NO-3-N、NH+4-N和PO3-4-P含量产生明显影响,同时改性生物炭能有效减少NH+4-N和PO3-4-P向更深土层中迁移,表明土壤中添加改性生物炭能够有效降低土壤无机氮磷的淋失风险。     

生物炭对北京郊区砂土持水力和氮淋溶特性影响的土柱模拟研究

为探讨生物炭对北京郊区砂土持水力和氮素淋溶特性的影响,通过分层采集不同深度(0~90 cm)北京郊区沙化地土壤(砂土),模拟田间容重和含水量填装土柱,将生物炭分别按照炭土质量比0%、0.5%、1%、2%和4%施入0~20 cm土层,依据常规施氮肥量(0.56 t N·hm-2)和年平均降雨量(616.6 mm)施肥和滴灌,开展土柱淋溶试验。结果表明:在9次淋溶后,水和总氮的累积淋失量均随着生物炭添加量的增加而减小,与不加炭处理相比最高分别减小41.3%和22.7%。添加生物炭增加了0~20 cm土层总氮含量,最高显著增加158%(P0.05)。淋溶结束后加炭处理土柱土壤中的无机氮总量比不加炭处理高19.5%~91.9%。添加生物炭有利于减小可溶性有机碳的淋失,比不加炭处理最高减小22.8%。淋溶液pH值和电导率随生物炭添加量增加而增大。在9次淋溶过程中,生物炭添加量越大,0~20 cm土层土壤持水量越高。相关性分析表明,总氮淋失量与淋溶液淋失体积显著正相关(r=0.978,P0.01),而与淋溶液中的总氮浓度无正相关关系。生物炭主要通过提高京郊砂土的持水能力,减缓水和氮素向下淋溶的速度,从而减小水和氮素的淋溶损失,提高水肥利用率,降低污染地下水的风险。     

玉米秸秆生物炭对土壤无机氮素淋失风险的影响研究

采用室内土柱模拟淋溶方法,研究生物炭对不同土层土壤淋溶液体积以及铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)淋失量的影响。实验所用的生物炭以玉米秸秆(炭化温度500℃)为原料制成,分别按照炭土质量比0(T1)、1%(T2)、2%(T3)和4%(T4)施用于褐潮土中。结果表明:淋溶实验过程中,淋溶初期生物炭对土壤NH+4-N和NO-3-N的固持作用比较明显,且对NH+4-N的固持主要发生在0~10 cm土层,而对NO-3-N的固持主要发生在10~40 cm;生物炭能够有效增加土壤的持水能力,与不添加生物炭处理(T1)相比,T2、T3、T4处理的土柱累积淋溶液体积分别减少了10%、20%、26%,无机氮素淋失量显著降低,分别减少27%、48%、61%;无机氮素淋失量的减少主要来自NO-3-N,相对于不添加生物炭处理,T2、T3、T4处理NO-3-N累积淋失量分别为62.4、44.4、34.5 mg,分别减少了28%、49%、58%。总的来说,土壤中添加玉米秸秆生物炭能够有效降低土壤无机氮素的淋失风险。     

季铵盐改性秸秆阻控养殖肥液灌溉土壤氮淋失

为探究养殖肥液灌溉条件下,季铵盐改性秸秆对土壤氮素淋失的影响及阻控效果,通过室内土柱模拟试验,研究了季铵盐改性秸秆不同施用量（质量分数为0%、1%、2%、4%）和施用方式（0~10 cm混合、0~20 cm混合、10 cm处作为隔层）对不同形态氮素（总氮、硝态氮和有机氮）的影响。结果表明：在试验施用量范围内,季铵盐改性秸秆施加量越大对氮素淋失阻控的效果越好,2%和4%季铵盐改性秸秆施加处理的淋溶液中总氮、硝态氮、有机氮淋失量分别比对照（仅施用养殖肥液）降低了47.1%、51.8%、24.7%和78.7%、83.2%、57.6%,且两处理间均达到5%显著差异水平。3种施用方式对土壤氮素淋失的影响不显著,但0~10 cm混合与0~20 cm混合处理与对照相比,季铵盐改性秸秆的施加能抑制养殖肥液灌溉过程中铵态氮向硝态氮的转化,从而降低氮素淋失风险。此外养殖肥液灌溉氮素淋失以硝态氮为主。研究表明,季铵盐改性秸秆施用是阻控养殖肥液灌溉土壤氮淋失的有效措施。     

添加保水剂、生物炭和草木灰对发酵床秸秆垫料栽培基质养分淋溶的影响

通过室内模拟基质柱淋溶实验,对添加3种不同材料的发酵床秸秆垫料栽培基质淋溶液的pH值、电导率、总氮、硝态氮、总磷、铁含量等指标进行了比较。结果表明:保水剂对基质发挥保水储水作用在淋溶中后期,生物炭则在淋溶前期,而草木灰加速了基质柱水分的淋失;保水剂不能协助生物炭减少基质淋失水分,但能协助草木灰减缓水分淋失;添加保水剂、生物炭及草木灰均使基质淋溶液的pH值有不同程度的升高;添加保水剂和生物炭能降低基质总氮和硝态氮淋失;保水剂会加速基质总磷的淋失,而草木灰能显著减缓基质总磷的淋失;添加3种材料都能不同程度地降低第1次淋溶液中铁、铜和锌的含量;草木灰吸附金属离子的能力高于生物炭的。     

甘肃省农田土壤地下淋溶氮磷流失系数测算初报

对甘肃省8个农田土壤地下淋溶监测点淋溶水中氮磷含量进行了测定分析,初步得出了甘肃省农田土壤地下淋溶氮、磷流失系数,总氮流失系数为0.19%～153.3%,总磷流失系数为0.0011%～0.32%。氮素在土壤中淋失量相对较大,磷素淋失量相对较小。常规处理淋溶条件下,总氮流失主要以硝态氮为主。     

添加保水剂、生物炭和草木灰对发酵床秸秆垫料栽培基质养分淋溶的影响

通过室内模拟基质柱淋溶实验,对添加3种不同材料的发酵床秸秆垫料栽培基质淋溶液的pH值、电导率、总氮、硝态氮、总磷、铁含量等指标进行了比较。结果表明:保水剂对基质发挥保水储水作用在淋溶中后期,生物炭则在淋溶前期,而草木灰加速了基质柱水分的淋失;保水剂不能协助生物炭减少基质淋失水分,但能协助草木灰减缓水分淋失;添加保水剂、生物炭及草木灰均使基质淋溶液的pH值有不同程度的升高;添加保水剂和生物炭能降低基质总氮和硝态氮淋失;保水剂会加速基质总磷的淋失,而草木灰能显著减缓基质总磷的淋失;添加3种材料都能不同程度地降低第1次淋溶液中铁、铜和锌的含量;草木灰吸附金属离子的能力高于生物炭的。     

稻壳炭对不同土壤磷淋溶的影响

生物炭用作土壤改良剂受到广泛关注,其对土壤磷素有效性的影响研究较少。本研究通过为期52周的室内土柱淋溶试验研究生物炭对3种类型土壤磷淋溶的影响。以500°C温度下热解30min制得的稻壳炭和该水洗稻壳炭为试验材料,分别以15%的重量比添加到酸性红壤、弱碱性风沙土和碱性盐土中,不加稻壳炭的土壤分别为各自处理的对照。试验测定了淋溶液的磷酸盐累积淋失量、土壤pH值、土壤有效磷含量、酸性磷酸酶活性、中性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性。结果表明:稻壳炭可增加红壤的pH值,但会降低风沙土和盐土的pH值;培养第20周之前,生物炭养分被红壤固定,第20周之后,生物炭促进磷酸盐的淋失;在整个淋溶时期内,原样生物炭和水洗炭均促进风沙土和盐土的磷酸盐淋失;原样生物炭在整个培养时期内均显著增加红壤的有效磷含量,但其只在第4周显著增加风沙土和盐土的有效钾含量;生物炭对不同类型酸度土壤磷酸酶活性的影响不尽相同,但部分磷酸酶活性的增强对磷酸盐含量的增加起到一定作用。以上结果表明,稻壳炭促进了3种类型土壤磷酸盐的淋失并能在短期内增加土壤中有效磷含量。     

淋溶条件下生物质炭对红壤中钾和磷含量及其淋出率的影响

采用室内模拟降水的方法,在未施肥红壤和施肥红壤中添加不同用量的生物质炭(0%、1%、2%和3%),分析在淋溶条件下生物质炭对土壤速效钾、速效磷含量及其淋出量的影响.结果表明:随着生物质炭用量的增加,红壤中速效钾和速效磷含量均显著提高,但淋洗液中总钾量和总磷量并没有显著增加;在未施肥土壤中,0%、1%、2%和3%生物质炭处理的钾淋出率分别为53.6%、14.3%、9.1%和7.5%,磷淋出率分别为88.8%、23.5%、16.3%和7.8%;在施肥土壤中,磷的淋出率随生物质炭用量的增加而减少,由24.1%降至7.2%;而钾淋出率受生物质炭用量的影响相对较小.在淋溶条件下,添加3%生物质炭可使未施肥土壤速效钾降幅由9.8%减少至0.3%,使施肥土壤速效钾降幅由10.8%减少至0.5%,但经生物质炭处理的未施肥和施肥土壤的速效磷含量在淋溶后下降更为明显.上述结果表明,生物质炭不仅能使土壤中速效钾和速效磷含量提高,且生物质炭有较强的养分保持能力,能够减少土壤中钾和磷的淋出率.     

改性沸石对不同类型土壤磷素活化效果研究

通过沸石、高温改性铵饱和沸石、铵饱和沸石和高温改性沸石活化3种类型土壤磷素的模拟实验,测定0~10、10~20、20~30、30~40 d土壤有效磷的增加量,研究不同的解磷方式活化土壤固定态磷的能力。结果表明,沸石与饱和的NH+4相结合可以增大沸石阳离子交换量,显著提高沸石的解磷量;通过高温改性的方式可以去除吸附在沸石空隙中的有机质,从而增大沸石的吸附能力和吸附容量,提高沸石的解磷量。未经处理的沸石解磷效果不明显。不同类型土壤,4个时间段内,高温改性铵饱和沸石与铵饱和沸石在0~10 d解磷量最大;高温改性沸石和沸石在0~10 d解磷量是最小的;四种沸石的解磷效率为:高温改性铵饱和沸石铵饱和沸石高温改性沸石沸石。磷素水平相当的不同类型土壤,磷素活化率存在较大差异,主要与土壤中全磷含量及速效磷含量有关,全磷含量越低,磷素活化率越高,速效磷含量越低,磷素活化率越低。     

生物炭对冻融黑土中铵态氮和硝态氮淋失的影响

为了深入研究冻融条件下生物质炭对东北黑土中铵态氮和硝态氮淋失的影响效果,为解决冻融作用下黑土中无机氮素的淋失问题提供科学依据,采用室内模拟土柱淋溶实验方法研究了生物质炭对经过不同冻融循环次数处理土壤中铵态氮和硝态氮淋失的影响。研究结果表明:冻融会增加土壤氮素的淋失,且淋失量与冻融次数有关,施加生物质炭可以有效降低土壤因冻融作用引起的氮素淋失;玉米秸秆炭对无机氮素淋失降低率在76.15%~85.79%之间,树枝炭在55.26%~68.09%之间,可以看出玉米秸秆炭持氮效果较树枝炭更好;在冻融次数分别为3和1时,玉米秸秆炭和树枝炭持氮能力最强;两种生物质炭对铵态氮的固持能力均优于硝态氮。     

生物炭对京郊沙化地土壤性质和苜蓿生长、养分吸收的影响

通过田间试验研究了施用生物炭(14 t·hm^-2)和种植苜蓿对京郊沙化地的改良作用。试验设裸地(BL)、裸地添加生物炭(BLB)、种植苜蓿不加生物炭(A)和种植苜蓿添加生物炭(AB)四个处理。结果表明:添加生物炭使土壤容重显着减小11.5%~11.6%,pH值显着增加0.1~0.2个单位,田间持水量和总孔隙度分别增加9.1%~10.3%和7.6%~11.3%,土壤总氮、有机碳含量和氮、磷、钾、锌的有效含量分别增加10.3%~25.8%、52.8%~71.7%、12.7%~23.5%、141.7%~233.3%、47.7%~81.1%、94.2%~95.2%,有效铁含量最高减小29.1%,阳离子代换量(CEC)和钙、镁、锰、硼的有效含量无显着变化;种植苜蓿没有显着影响土壤pH值、容重、总孔隙度、田间持水量、CEC和氮、钙、镁、锌、硼的有效性,总体上显着减小了土壤含水量和总氮、速效磷、速效钾的含量,增加了铁和锰的有效含量。BLB处理土壤含水量比BL显着增加13.9%(P<0.05);添加生物炭使苜蓿地上部生物量、含水量和氮、磷、钾、钙、镁、铁、锌、锰、硼的吸收累积量分别显着增加91.1%、3.6%、110.0%、130.9%、200.4%、82.6%、44.8%、89.5%、102.7%、99.5%、104.7%.生物炭与苜蓿种植相结合可在短期内改善京郊沙化地土壤的理化性质、提高养分有效性和恢复植被。     

虾壳生物炭对Cd-As复合污染土壤修复效应及土壤可溶性有机碳含量的影响

为探究虾壳生物炭对Cd、As复合污染土壤的修复效果和作用机制,将小龙虾壳厌氧热解制备成生物炭,通过土壤静态培养实验,在广东酸性和新疆碱性Cd、As复合污染土壤中添加不同剂量的虾壳生物炭(质量比为0.5%、1%和3%),研究虾壳生物炭对土壤理化性质、Cd-As有效性和形态分布特征的影响,同时分析其对土壤可溶性有机碳的影响。结果表明:施加虾壳生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷含量(P0.05),增幅随生物炭添加量的增加而增大。与不加生物炭的对照相比,添加0.5%～3%虾壳生物炭可使酸性土壤有效态Cd含量显著降低15.76%～26.50%,却使有效态As含量增加11.64%～24.53%;而生物炭添加可显著降低碱性土壤中有效态As、Cd含量(P0.05),降幅分别为3.51%～8.12%和4.43%～28.90%。在土壤As、Cd形态分布上,添加虾壳生物炭增加了土壤中钙结合态As的比例,促进了土壤Cd由可交换态向残渣态转化。此外,添加虾壳生物炭显著提高了土壤可溶性有机碳含量,且土壤可溶性有机物的紫外光区吸收强度和芳香化程度有所增强。研究表明,虾壳生物炭可降低碱性土壤中Cd、As有效性,同时提高土壤养分含量,是一种绿色可持续的土壤钝化修复材料,具备碱性土壤Cd、As复合污染修复的潜在应用价值。     

生物炭调节盐化水稻土磷素形态及释放风险研究

为探明生物炭施用对盐化水稻土磷素形态及释放风险的影响,以滨海草甸盐化水稻土为基础,结合室内分析,研究了不同用量生物炭还田方式(CK:0 t·hm~(-2);B1:20 t·hm~(-2);B2:40 t·hm~(-2))条件下土壤磷含量、组分特征及磷素释放风险。结果表明:生物炭能提高土壤全磷、有效磷、总有机磷和总无机磷含量,提高幅度分别为:11.40%～35.70%、28.96%～46.63%、11.30%～29.19%和10.54%～25.98%。生物炭提高了土壤NaHCO_3浸提态磷(Ca_2-P)、NH_4AC浸提态磷(Ca_8-P)和NH_4F浸提态磷(Al-P)含量,随着施炭量的增加而增大,且各处理间差异显著;当施炭量为20 t·hm~(-2)时,土壤NaOH-Na_2CO_3浸提态磷(Fe-P)和闭蓄态磷(O-P)含量显著高于其他处理;施用生物炭对H_2SO_4浸提态磷(Ca_(10)-P)无显著影响。生物炭显著提高了土壤活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量,但显著降低了土壤中等稳定性有机磷(MROP)含量,当施炭量为40 t·hm~(-2)时,土壤高等稳定性有机磷(HROP)含量最小,且显著低于其他处理。本试验中土壤的活性Al[Al(ox)]和活性Fe[Fe(ox)]均处于较高水平;施用生物炭显著提高了土壤磷吸持指数(PSI),增加了土壤固磷能力;土壤磷吸持饱和度(DPSS)为6.81%～8.34%,土壤磷释放风险指数(ERI)为54.55%～61.67%。综上所述,在本文试验条件下,施用生物炭可以改善盐化水稻土磷素状况,且不会增大土壤磷素释放的风险。     

模拟酸雨下生物炭添加对土壤盐基离子淋失的影响

通过室内土柱试验,研究模拟酸雨淋洗下添加生物炭对土壤交换性盐基离子(Ca^2+、Mg^2+、K^+、Na^+)的影响。采用双因素全面试验法,在pH值3.5、5.6和7.0的3种模拟酸雨条件下,设置0、0.5%、1%和2%的4个生物炭添加量,测定淋出液及淋洗后土壤中4种盐基离子含量。结果表明:酸雨淋洗条件下,与无生物炭处理相比,较高生物炭添加量(2%和1%)会增加盐基离子的淋失总量。同一处理淋出液中,Ca^2+的淋失总量最大,Mg2+最易淋失。相同生物炭添加量下,4种盐基离子淋出总量均随淋洗液pH值升高而降低,淋洗液pH值为3.5时各盐基离子的淋出总量均最高;相同pH值淋洗液下,Ca^2+、Mg^2+、K^+的淋出总量为2%生物炭>1%生物炭>无生物炭处理>0.5%生物炭,而Na^+的淋出总量为2%生物炭>无生物炭处理>1%生物炭>0.5%生物炭。在酸雨淋洗条件下,与无生物炭处理相比,添加生物炭的处理可提高土壤pH值及交换性盐基离子的含量,生物炭添加量为2%时对土壤交换性盐基离子的提升效果最佳。淋洗后各处理土壤中4种盐基离子含量表现为Ca^2+>K^+>Mg^2+>Na^+。研究表明,在生物炭添加下,酸沉降同样会加剧土壤盐基离子的淋洗损失。与无生物炭处理相比,模拟酸雨条件下,生物炭添加量增加提高了pH值及盐基离子含量,其中以添加2%生物炭的处理效果最佳。     

施用生物炭对云南烟区典型土壤养分淋失的影响

土壤养分尤其是氮、钾的淋失是制约云南烟叶生产可持续发展的重要因素之一。近些年来的一些研究表明,生物炭在减少土壤养分淋失方面有着很好的应用效果。然而,关于生物炭在云南植烟土壤上的应用效果研究报道较少。本文基于土柱淋洗模拟试验,研究了添加生物炭对南方紫色土、赤红壤和黄棕壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,以期为生物炭的合理广泛应用提供理论依据。研究结果显示,添加生物炭后,紫色土、赤红壤和黄棕壤的硝态氮淋洗总量分别减少16%、14%和22%;紫色土、赤红壤的磷素淋洗总量分别减少41%和32%,黄棕壤磷素淋洗总量变化不明显;紫色土和黄棕壤的钾素淋洗总量分别增加19%和23%,赤红壤的钾素淋洗总量变化不明显。研究表明,施用生物炭是控制云南植烟土壤氮磷淋失的有效措施。     

生物炭对土壤氮磷流失和油菜产量的影响

明确生物炭对土壤氮磷流失和作物产量的影响是生物炭应用技术中的关键问题。采用测筒试验,在20 cm土壤中添加不同比例(0.5%、1.0%、1.5%)的生物炭,并模拟降雨淋溶后收集测筒淋溶液分析氮磷含量,研究生物炭对土壤氮磷淋溶流失和油菜产量的影响。结果表明:(1)与不施用生物炭处理相比,1.5%生物炭处理极显著降低了TN淋溶损失量、TN淋溶浓度比率、NO~-_3-N淋溶损失量、NO~-_3-N淋溶浓度比率、TP淋溶损失量和TP淋溶浓度比率;各处理间NH~(+2)_4-N和PO~-_4-P淋溶损失量差异不显著。(2)油菜生长期间,TN、NO~-_3-N的淋溶损失量随生物炭施用量增加而减少,且以NO~-_3-N的淋溶流失为主;受施肥和作物生长吸收利用的影响,NH~+_4-N、TP和PO~(2-)_4-P的淋溶流失规律不明显。(3)施用生物炭增加了油菜的产量,主要表现为油菜一次有效分支数、单株有效角果数和每果粒数的增加。     

三种环境材料对土壤水肥保持效应的影响研究

采用土柱淋溶实验方法,探究了土壤保水剂、腐植酸和沸石对土壤水分保持、控氮释磷的效应,通过过程分析探讨水肥保持增效的机制。试验结果表明:保水剂对土壤水分保持效果最明显,沸石对氮肥保持和磷肥活化效果最好,在一定范围内随添加量增多效果有增强趋势且效果持久;当保水剂添加量为2 g·kg~(-1)时,土壤水分淋出量相比CK减少4.4%,腐植酸添加量为1.0 g·kg~(-1),氮素淋出量相比CK减少17.4%,沸石添加量为12 g·kg~(-1)时,磷素淋出量相比CK增加68.0%;沸石添加量为9 g·kg~(-1)时,氮磷肥同步增效最好,相比CK,土壤氮素淋出量减少25.1%,磷素淋出量增多29.2%。研究表明,三种环境材料施用对土壤水肥保持具有明显的增强效果。     

不同碳材料增强有机酸对土壤重金属的去除及对土壤化学性质的影响

为了解碳材料和有机酸去除土壤重金属的效果,通过振荡淋洗法分别研究4种碳材料与柠檬酸、乙酸以及它们的复合淋洗剂对土壤重金属的去除。结果表明,单一纳米碳黑、水稻秸秆生物炭、木屑生物炭和果壳生物炭对重金属的去除率均低于0.5%。总体上,碳材料对柠檬酸去除重金属效果的提升作用高于乙酸,其中纳米碳黑对有机酸去除重金属的提升率最高,可达10.1%~11.1%,水稻秸秆次之,果壳和木屑生物炭对两种酸的提升率均低于5.8%。碳材料的加入,主要使酸溶态、可还原态和部分可氧化态的重金属在复合淋洗后显著降低(P0.05),相对于单一有机酸淋洗,复合淋洗更有利于减缓有机酸对土壤速效养分的损失。研究结果表明,纳米碳黑和水稻秸秆生物炭是能改进有机酸淋洗效果的两种材料。