生物炭对中性水稻土养分和微生物群落结构影响的时间尺度变化研究

采用室内培养实验研究了生物炭对中性水稻土养分、微生物量和磷脂脂肪酸(PLFA)特征的影响。试验采用玉米秸秆生物炭(炭化温度500℃),分别按照炭土质量比0(CK)、1%(T1)、2%(T2)和4%(T3)施用于土壤中,进行好气培养。结果表明:从时间尺度变化规律来看,土壤中铵态氮和硝态氮以及微生物量碳氮呈现波动性变化规律,在培养第21 d达到最低值,随后又呈现增加趋势,这与土壤中可利用态碳氮养分消耗有关。从生物炭的添加效果来看,与CK相比,生物炭的添加能够提高土壤p H值、有机质、全氮含量,降低铵态氮、硝态氮含量;生物炭的添加能够提高土壤微生物量碳氮含量,与CK相比,T1~T3处理微生物量碳、氮含量分别提高5.5%~14.3%、4.8%~25.7%;生物炭的添加降低了土壤PLFA含量,但土壤中各微生物类群PLFA含量在处理间差异不明显,表明其对土壤微生物群落结构影响不显著。总之,施用生物炭在一定程度上可以改善中性水稻土养分状况,提高土壤微生物量含量,改善土壤肥力水平。     

生物炭对土壤微生物量及其群落结构的影响

大量研究表明,生物炭对不同类型土壤中微生物量及群落结构特征影响不同,为探讨这种影响差异是来自生物炭类型还是土壤本身特征,选择红壤和黑土两类典型土壤同时开展了生物炭对不同类型土壤微生物量及其群落结构的影响作用研究,为生物炭在不同类型农田土壤中的应用提供一定借鉴和参考。采用玉米秸秆生物炭(炭化温度500℃)作为供试材料,分别按照炭土质量比0、1%、2%和4%施用于红壤和黑土中,通过41d的好气培养试验,研究生物炭对土壤pH、有机碳(SOC)、全氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)的影响,以及磷脂脂肪酸(PLFA)表征的微生物群落结构的影响。结果表明:从时间尺度变化规律来看,两类土壤中SOC和TN含量随着培养时间的延长而逐渐降低,土壤NH_4~+-N、NO_3~--N、MBC以及MBN呈现波动性变化规律,这与土壤中可利用态碳氮养分消耗有关。从生物炭添加效果来看,生物炭对两类土壤生化性质和微生物群落结构的影响差异显著:生物炭能够显著提高红壤pH,达1.9%~17.0%,而对黑土pH影响不明显;生物炭能显著提高红壤和黑土中SOC含量,对红壤SOC的提升潜力更大,达18.6%~85.7%,而对NH_4~+-N和NO_3~--N含量影响不显著。生物炭会降低红壤中MBC、MBN和PLFA含量及其微生物群落结构多样性,降低幅度分别为17.4%~50.2%、19.8%~23.9%、24.9%~43.1%,对细菌/真菌没有显著影响;然而,生物炭的添加能够提高黑土MBC、MBN和PLFA含量及其微生物群落结构多样性,PLFA总量是对照的1.2~1.6倍,并增加微生物群落结构中细菌的比例。施用生物炭能够改善红壤和黑土的养分状况,且对有机质含量较低的酸性红壤的提升潜力更强;生物炭对土壤微生物量及群落结构的短期影响受特定土壤生化性质影响很大,其长期作用影响还需进一步研究。     

生物炭对盐碱土壤理化性质、生物量及玉米苗期生长的影响

采用实验室模拟和玉米盆栽种植试验相结合的方法,研究了添加不同用量的玉米秸秆生物炭后,盐碱土中基础养分含量、p H值、CEC含量、水溶性盐含量、土壤酶活性、微生物生物量及玉米苗期生长的变化,以期为玉米秸秆生物炭在盐碱土壤改良中的应用提供参考。结果表明,随着生物炭用量的增加,盐碱土壤中有机碳含量明显提高,是原土含量的1.35~1.51倍,矿质态氮、有效磷及速效钾含量变化较小;p H值降低幅度不大;水溶性盐含量降低明显;添加玉米秸秆生物炭能够显著提高土壤中阳离子交换量及酶活性;生物炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加生物炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高6.50%~96.67%和42.86%~162.96%。同时,生物炭使土壤代谢熵分别降低了2.13%、8.51%、15.60%;生物炭能够促进玉米苗期的生长,对玉米株高、茎粗都有促进作用。总的来说,生物炭对盐碱土壤具有良好的改良效果。     

丛枝菌根真菌和生物炭联合施用对土壤有机碳组分及团聚体的影响

为明确AM真菌与生物炭联合施用对农田土壤有机碳组分及团聚体的影响，设计室内盆栽试验，以灭菌的农田土壤为基质，种植玉米幼苗，接种AM真菌并配施不同裂解温度(300、400、500℃)制备的玉米秸秆生物炭，分析不同生物炭和AM真菌处理对玉米植株生长、土壤有机碳组分和团聚体结构的影响。结果表明，与未接菌未加生物炭的对照组相比，接种AM真菌并配施300、400、500℃生物炭均能够显著增加玉米的株高，而且接种AM真菌配施300℃生物炭能显著增加玉米的地径，达8.86 mm。单施生物炭能够显著提高土壤总有机碳含量，施用300、400、500℃生物炭可分别提高土壤总有机碳含量76.3%、97.0%、86.0%,而且接种AM真菌配施300℃生物炭能够显著增加土壤可溶性有机碳含量(283.02 mg/kg),但AM真菌和500℃生物炭配施会降低土壤易氧化有机碳含量(0.723 g/kg)。AM真菌和生物炭联合施用对中等粒径土壤团聚体的影响作用并不显著，但单独接种AM真菌能够促进土壤大团聚体>4 000μm和>2 000～4 000μm的形成。     

蛭石改性水稻秸秆生物炭在土壤中的短期降解

稳定性是生物炭发挥固碳功能的基础,探究生物炭在土壤中的降解特征具有重要的现实意义。以水稻秸秆为生物质原料,在不同炭化温度和蛭石改性条件下制得一系列生物炭,探索其稳定性变化规律,并通过实验室恒温培养试验,研究了蛭石改性和未改性水稻秸秆生物炭在红壤、水稻土中的短期降解行为及其影响因素。水稻秸秆生物炭的碳含量随炭化温度的升高而增加,经蛭石改性后降低了20.3%～32.6%。当炭化温度从300℃升高至700℃时,生物炭的可溶性有机碳(DOC)含量表现为先增后减的变化趋势,在400℃时为最大值,700℃时为最小值。蛭石改性降低了所有生物炭的DOC含量。生物炭的H/C随炭化温度升高而降低,且经蛭石改性后有所降低。与300℃生物炭相比,700℃未改性和蛭石改性生物炭的热损失量分别降低了56.1%和56.8%。蛭石改性使生物炭的热损失量降低14.8%～45.6%。水稻秸秆生物炭的含碳官能团主要由芳香碳、烷氧碳与非取代脂肪烃组成,其中芳香碳含量最高;随着炭化温度的升高,生物炭中的芳香碳含量增加,烷氧碳与非取代脂肪烃含量下降;蛭石改性增加了生物炭中的芳香碳含量。与红壤相比,水稻土中生物炭的碳含量更低;与淹水条件相比,干旱条件下土壤中生物炭的碳含量更低。结果表明,蛭石改性在降低生物炭中碳含量的同时增加了生物炭的稳定性。相比于红壤,生物炭在水稻土中的碳降解速度更快;相比于淹水条件,干旱条件下生物炭的碳降解速度更快。综合来看,蛭石改性为显著影响生物炭在土壤中发生碳素降解的最主要因素,其次为土壤类型,水分状况的影响相对较弱。     

不同原料、热解温度对生物质炭化学性质及结构组成的影响

[目的]本文旨在研究热解温度和原料对生物质炭化学性质及官能团的影响,为优化生物质炭的化学性能提供科学依据。[方法]以小麦、水稻和玉米秸秆为原料,在3种温度(350、450和550℃)下进行热解,分别得到小麦秸秆生物质炭(WB350、WB450和WB550)、水稻秸秆生物质炭(RB350、RB450和RB550)和玉米秸秆生物质炭(CB350、CB450和CB550)。分析这些生物质炭的pH值、灰分含量、阳离子交换量(CEC)、全碳和全氮含量,采用红外光谱法和¹³C核磁共振波谱法分析生物质炭化学结构。[结果]当温度从350℃升至550℃时,小麦、水稻和玉米秸秆炭的pH值和C/N值均显著提高,全氮含量均显著降低;水稻和玉米秸秆炭的灰分含量显著提高,而CEC显著降低。从不同原料来看,当温度为350和550℃时,水稻、玉米和小麦秸秆生物质炭的灰分含量依次递减。同一温度下,玉米秸秆炭的CEC显著高于小麦和水稻秸秆炭的CEC。同一温度下小麦、玉米和水稻秸秆炭的全碳含量依次递减;玉米、水稻和小麦秸秆炭的全氮含量依次递减;小麦、水稻和玉米秸秆生物质炭的C/N值依次递减。随着温度的...     

不同秸秆生物炭对黄壤理化性质及综合肥力的影响

【目的】研究不同秸秆生物炭对黄壤物理、化学性质和生物活性影响的差异，并对添加不同生物炭的黄壤肥力进行综合评价，以期为土壤改良和秸秆资源的合理利用提供理论参考。【方法】以玉米、水稻和油菜秸秆500 ℃炭化得到的生物炭为添加材料，以贵州省地带性黄壤为供试土壤，通过室内培养试验，以未添加生物炭处理为对照，分析比较添加量为1%，2%，4%的玉米、水稻和油菜秸秆生物炭处理黄壤体积质量、pH、养分含量和酶活性的变化，通过相关性分析和模糊数学原理计算不同生物炭处理黄壤的综合肥力水平。【结果】与对照相比，生物炭降低了0～10 cm土层土壤的体积质量，其中0～5 cm土层降幅较大（1.54%～8.46%）。添加生物炭使土壤pH明显增大，其中以添加4%油菜秸秆生物炭处理的pH最大，为7.33。土壤有机质、氮磷钾含量对生物炭类型及添加量的响应不同。与对照相比，不同生物炭处理有机质含量增加了146.80%～445.63%；添加4%油菜秸秆生物炭可以显著提高土壤的碱解N含量，较对照升高了31.23%；有效P、速效K和全N、全P、全K含量均随着生物炭添加量的增加而增大，增幅分别为28.04%～134.58%，19.76%～162.48%，13.85%～112.31%，6.25%～43.75%和10.53%～31.58%。与对照相比，添加生物炭可以显著降低土壤的过氧化氢酶活性，提高脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性。由土壤肥力综合指标值（IFI）可知，不同生物炭处理土壤的IFI值为46.09～59.55，均高于对照（IFI 40.11），且IFI随着生物炭添加量的增大而升高，油菜秸秆生物炭处理的土壤肥力水平优于玉米和水稻秸秆生物炭处理。【结论】生物炭对酸性黄壤的体积质量、pH、养分含量和酶活性均具有明显影响，且生物炭类型及其添加量对以上指标的影响存在明显差异。生物炭能明显提高黄壤肥力水平，其中添加4%油菜秸秆生物炭是提高酸性黄壤肥力水平的最优处理。     

生物炭对污泥混合基质性质和植物生长的影响

为探讨不同原料生物炭对污泥-土壤混合基质理化性质和在该基质中种植的园林植物生长的影响，采用盆栽试验，以污泥和土壤（质量比1∶1）混合物为栽培基质（CK），研究污泥生物炭（SB）、凋落物生物炭（LB）和水稻秸秆生物炭（RB）添加（按照基质质量的4.5%添加）对基质理化性质、有效态重金属含量以及蓝花草（Ruellia simplex）生长的影响。结果表明：与CK（基质中不添加生物炭）相比，3种生物炭均降低基质容重，提高总孔隙度和毛管持水量，对基质pH影响不显著。SB显著增加基质全P含量，降低速效P含量，LB显著提高有机质、全N、全P、碱解N、速效K含量，降低速效P含量，RB显著提高全P、全K、速效P、速效K含量。对于有效态重金属，SB显著降低有效态Cd、Pb、Cu、Zn、Ni含量，而LB和RB仅显著降低有效态Cu含量。3种生物炭均显著促进蓝花草根系生长及对N、K的吸收，SB还显著提高蓝花草地上部生物量及对P的吸收。模糊隶属函数显示，对基质改良和植物生长影响的综合评价排序为SB>LB>RB>CK。综上，在污泥园林利用中添加污泥生物炭、凋落物生物炭和水稻秸秆生物炭均可有效提升土壤质量，促进园林植物生长，其中污泥生物炭的综合改良效果最佳。     

玉米秸秆生物炭对天人菊土壤理化性质及根际土壤真菌群落结构的影响

【目的】明确玉米秸秆生物炭对天人菊土壤养分含量、酶活性和根际真菌群落等环境因子变化规律的影响及其作用机制,为提高玉米秸秆的资源化利用提供理论依据。【方法】在盆栽天人菊土壤中分别施入20、40、60和80 g/kg的玉米秸秆生物炭,以不添加玉米秸秆生物炭处理为对照（CK）,于盛花期测定各处理天人菊根际土壤的速效养分（速效磷、速效钾、碱解氮和有机质）含量及过氧化氢酶（CAT）和脲酶活性,采用高通量测序技术测定根际土壤真菌群落多样性,并分析玉米秸秆生物炭作用下天人菊根际土壤理化性质与土壤真菌群落结构间的相关性。【结果】与CK相比,土壤中施入20～60 g/kg玉米秸秆生物炭可显著提高天人菊根际土壤速效磷含量（P<0.05,下同）,极显著提高速效钾、碱解氮和有机质含量（P<0.01,下同）;在土壤酶活性方面,土壤中施入20～80 g/kg玉米秸秆生物炭对CAT活性无显著影响（P>0.05,下同）,施入40 g/kg玉米秸秆生物炭极显著提高脲酶活性,但施入量达80 g/kg时极显著降低脲酶活性。即玉米秸秆生物炭能有效改变天人菊根际土壤理化性质,且以施入40 g/kg的效果最佳。施入玉米秸秆生物炭能调控天人菊根际土壤的真菌群落结构,也是以施入40 g/kg的真菌物种相对丰度较高,生物炭作用效果最明显。在门分类水平上,各玉米秸秆生物炭处理天人菊根际土壤真菌群落结构中以子囊菌门（Ascomycota）为绝对优势菌门,其次是担子菌门（Basidiomycota）、接合菌门（Zygomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）和球囊菌门（Glomeromycota）;在科分类水平上,优势菌科为子囊菌门的6个科［毛壳菌科（Chaetomiaceae）、小囊菌科（Microascaceae）、丛赤壳科（Nectriaceae）、毛球壳科（Lasiosphaeriaceae）、子囊菌科（Ascomycoceae）和毛孢壳科（Coniochaetaceae）］及接合菌门的被孢霉科（Mortierellaceae）,且毛壳菌科、小囊菌科、从赤壳科、子囊菌科、被孢霉科及毛孢壳科等6个根际土壤优势菌科均表现为各玉米秸秆生物炭处理的相对丰度明显高于CK。天人菊根际土壤理化特性指标与子囊菌门和接合菌门及子囊菌科、被孢霉科和毛孢壳科的相对丰度密切相关。【结论】玉米秸秆生物炭可活化天人菊根际土壤理化性质及酶活性,改变土壤真菌群落结构,进而提高土壤肥力,其中以施入40 g/kg玉米秸秆生物炭的作用效果最佳,可在生产上推广应用。     

玉米秸秆炭对红壤镉吸附及养分含量、赋存形态的影响

为明确玉米秸秆炭添加对土壤重金属镉(Cd)的吸附固持及主要养分元素N、P形态转化的影响,以土壤质量0%、2%、4%和8%的比例向红壤中加入玉米秸秆生物质炭材料,混合后培养35 d,通过等温吸附实验探究玉米秸秆炭施加对红壤中Cd~(2+)吸附的影响及其作用机制,并结合逐级化学提取法对红壤养分元素N、P和K的生物可利用性及其赋存形态变化进行研究。结果表明,玉米秸秆炭的施加能增加红壤p H值和有机碳总量,并显著提高红壤上Cd~(2+)的吸附量,Freundlich和Langmuir方程均能够较好拟合该等温吸附过程(R20.90);SEM-EDAX分析表明生物质炭吸附了部分土壤中的Cd~(2+),在p H 4~8范围内,土壤p H值的增大促进了红壤对Cd~(2+)的吸附;土壤悬液Zeta电位结果表明玉米秸秆炭的施加增加了土壤表面的负电荷量,使得红壤通过静电吸附作用结合更多的Cd~(2+)。此外,生物质炭的施加提高了土壤中离子交换态磷(KCl-P)、离子交换态氮(IEF-N)和速效钾含量,土壤中不同形态磷(Ca-P、Fe-P)含量随着生物质炭的增加均呈现上升趋势,而土壤中总可转化态氮(TTN)的含量则变化不明显。以上结果表明,玉米秸秆炭的施用能有效降低重金属污染土壤的环境风险,提高土壤质量。     

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。     

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。     

生物质原料及炭化温度对生物炭产率与性质的影响

本研究以竹片、山核桃壳、水稻及油菜秸秆等4种生物质为原料,通过热重分析研究各生物质材料性质与热解特性及生物炭产率之间的关系;并在300～700 ℃下热解6 h制备生物炭,分析生物炭的元素组成及官能团结构。结果表明,在低温段（300～400 ℃）,生物质材料中的纤维素、木质素等组分对生物炭产率影响较明显,木质素含量高的材料产率较高;而400 ℃以上则是灰分含量对生物炭产率影响较大,水稻及油菜秸秆由于灰分含量高,其400 ℃以上的生物炭产率高于竹片及山核桃壳。随着炭化温度的升高,生物炭灰分含量增加,无灰基的碳含量增大,稳定性增强;仅水稻秸秆炭由于灰分含量较高,在高温（500～700 ℃）条件下仍有部分含氧官能团存在。综上,生物炭在一定温度下的产率取决于生物质材料来源,而生物炭的稳定性则主要由炭化温度决定,且温度越高,性质越稳定。     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

温度与微生物制剂对小麦秸秆腐解及土壤碳氮的影响

【目的】探讨不同温度和添加微生物制剂条件下,小麦秸秆腐解对土壤中不同形态碳、氮含量的影响,为评价秸秆还田措施补充土壤养分、改善土壤肥力的贡献提供理论依据。【方法】采用室内模拟恒温培养方法,于15和20 ℃条件下,在装有127.5 g风干土样的培养盆中,分别添加不同量秸秆（0.961,0 g/盆）和微生物制剂（2.88,0.961,0 mg/盆）,后培养75 d,测定秸秆腐解期间CO₂释放量及腐解后土壤中不同形态碳、氮的含量。【结果】温度对秸秆腐解和养分释放影响较大,而微生物制剂未表现出作用效果。经75 d腐解培养后,添加秸秆与对照相比,15 ℃下秸秆CO₂-C的净累积释放量较20 ℃下低37.1%,而土壤有机碳和微生物量碳净增量分别增加了260%和949%;同时,15 ℃下土壤全氮和铵态氮含量分别较20 ℃下降低了100%和18.4%,微生物量氮提高了262%。【结论】较低的温度有利于秸秆对土壤有机碳和微生物量碳、氮的截留和保蓄,而较高的温度会加速秸秆有机碳向无机碳转化,同时微生物制剂在本研究的水热条件下未能发挥作用。     

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.     

生物炭输入对土壤有机碳和玉米生长的影响

[目的]研究生物炭输入对土壤有机碳和玉米生长的影响.[方法]以无外源碳输入处理为对照(CK),研究不同外源碳(秸秆及其生物炭)等碳量输入条件下(秸秆1％-Str1.0、秸秆3％-Str3.0、秸秆10％-Str10.0;生物炭0.8％-BC0.8、生物炭2.4％-BC2.4、生物炭8.0％-BC8.0),对土壤含水率、...     

不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除性能及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除效果和微生物群落的影响,获得去除土壤阿特拉津的最佳生物炭类型,为阿特拉津污染农田土壤的强化修复提供参考。【方法】以牛粪、甘蔗渣和污泥为原材料制备生物炭,分别于0、10、20、30和40 d测定阿特拉津降解率及土壤pH、有机质含量、腐殖质含量、酶活性和细菌群落结构,并采用冗余分析探明阿特拉津降解率与环境因子及土壤细菌群落结构的相关性。【结果】添加生物炭可明显促进土壤中的阿特拉津降解,3种生物炭的降解率排序为甘蔗渣生物炭(67.94%)>牛粪生物炭(58.39%)>污泥生物炭(48.63%)。同时,添加生物炭显著提高土壤p H、有机质和腐殖质含量(P<0.05,下同),提升微生物活性和群落结构多样性,加速阿特拉津的生物降解,以甘蔗渣生物炭效果最显著,相较于不添加生物炭(CK),pH提升23.76%,有机质含量升高4.39 g/kg,腐殖质含量升高2.24 g/kg。此外,施入生物炭显著提高土壤脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性,并促进阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)和小单孢菌科(Micromonosporaceae)的相对丰度提升。冗余分析表明,环境因子及降解功能微生物均对阿特拉津的降解做出贡献,甘蔗渣生物炭处理与pH、有机质、阿特拉津降解率及腐殖质呈正相关。【结论】施入生物炭可改善土壤理化性质(pH、有机质和腐殖质),明显提升阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科、伯克氏菌科、链霉菌科、微球菌科和小单孢菌科相对丰度,进而加速土壤中阿特拉津的去除,以甘蔗渣生物炭的效果最佳。收集废弃甘蔗渣制成生物炭,既可实现农业废弃物的回收利用,又能助力农田土壤中阿特拉津污染修复和地力提升。     

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。