生物炭折流湿地对生活污水的净化效果

为提升西北地区农村生活污水的治理水平,结合西北地区气温特征,以生物炭为主体构建了折流湿地,并分析其对生活污水中污染物的净化效果。结果表明:在水温8～12℃条件下,折流湿地的最佳水力停留时间(HRT)为2.5 d,此时,湿地中污水的化学需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、磷酸盐(PO_4~(3-)-P)、悬浮物(SS)的去除率分别为90.51%、72.38%、90.73%、94.57%。此外,各自污染物去除率与其停留时间和沿程均呈显著正相关(P0.05)。折流湿地经过12个月的运行,对COD、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、SS的年平均去除率分别为88.16%、83.16%、92.55%、96.30%,且出水水质稳定。生物炭作为折流湿地填料对COD、PO_4~(3-)-P、SS的去除过程均较好地符合一级动力学模型(R~20.91),并且对SS具有较快的去除速率。研究表明,生物炭作为折流湿地填料具有良好的应用价值,对解决西北地区农村水污染问题具有重要的意义。     

不同施肥和保水措施对油茶土壤N2O排放的影响

为探究不同施肥和保水措施对油茶土壤N_2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置对照(B0CK)、氮肥(N,0.13 g N·kg~(-1))、磷肥(P,0.065 g P·kg~(-1))、氮磷肥(NP,0.13 g N·kg~(-1)+0.065 g P·kg~(-1))、低复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B1,每盆13.65 g炭+1.35 g聚丙烯酰胺)、高复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B2,每盆27.30 g炭+2.70 g聚丙烯酰胺)、低复合保水材料和N(NB1)、高复合保水材料和N(NB2)、低复合保水材料和P(PB1)、高复合保水材料和P(PB2)、低复合保水材料和NP(NPB1)、高复合保水材料和NP(NPB2),共12个处理,进行不同施肥和保水措施下土壤N_2O排放的差异比较。结果表明,N、P添加均显著增加土壤N_2O的累积排放量,NP添加与对照无差异。施加复合保水材料抑制土壤N_2O的排放,随着复合保水材料施用量的增加,土壤N_2O的排放显著降低,与对照相比,B1和B2处理N_2O减排50%以上。N添加条件下,与对照相比,添加复合保水材料NB1、NB2的N_2O累积排放显著降低。P与复合保水材料无交互作用。N、P和复合保水材料对土壤N_2O累积排放量具有显著作用,在NP同施时,与对照相比,添加复合保水材料NPB1、NPB2的N_2O累积排放分别降低了1.18%、30.69%。因此,高复合保水材料类型的施肥措施对减少油茶土壤N_2O排放具有重要意义,从而对缓解全球气候变化具有重要影响。     

Cd污染农田的炭基修复方案设计和效果评价

为了解不同Cd污染农田土壤上炭基改良剂的治理效果，运用土壤医生理念，针对广东省韶关和云浮3个重金属Cd污染状况和土壤理化性质不同的区域农田分别设计了3种以生物炭为主要原料，搭配石灰、有机肥等不同辅料的3种生物炭基土壤改良剂，并进行了大田应用试验，同时归纳总结设计原则，评价设计的3种改良剂对Cd污染农田的治理效果。结果表明：在3个区域施用的改良剂均不会降低作物的产量，在Cd污染严重的酸性土壤上有显著增产的效果（增产效果达到383.03%）；同时施加3种不同配方的炭基改良剂均可以有效降低作物可食用部位的Cd含量，分别是对照的33.33%、46.88%和42.86%，使3个试验区的农产品可食用部分Cd含量均达到国家标准；施用炭基改良剂，可有效降低土壤中酸溶态Cd的含量，尤其是在酸性较强、Cd污染程度高的土壤中，能够将土壤中活性和生物可利用形态的Cd含量降低18.28%。综上所述，根据土壤理化性质、污染程度和修复目的来针对性设计以生物炭为基础的炭基改良剂可以保障作物产量，提高作物品质，实现对南方Cd污染土壤的改良。     

不同氮素水平下有机物料添加对陇中黄土高原旱作农田N2O排放特征的影响

为了探究不同用量氮肥配施生物质炭或小麦秸秆对旱作农田N₂O排放通量的影响，在陇中黄土高原半干旱区连续进行4年不同氮素水平配施不同有机物料的田间定位试验，试验以3种施氮用量（不施氮肥、50 kg（N）·hm^-2氮肥、100 kg（N）·hm^-2氮肥）配施2种有机物料（小麦秸秆S、生物质炭B）及无有机物料 (C)共组成9个处理，于2016年11月—2017年10月，采用静态箱-气相色谱法，对N₂O通量进行全年内连续观测。研究结果表明：观测期内，各处理N₂O年平均通量大小排序SN100>CN100>SN50>CN50>BN100>SNO>BN50>CN0>BN0，各处理N₂O排放通量变化趋势一致；相较N0处理（CN0、SN0、BN0）的年平均排放通量，N50（CN50、SN50、BN50）和N100（CN100、SN100、BN100）处理分别增加了6.92%和10.03%。相较CN0、CN50和CN100，与其相同氮素水平配施生物质炭后，N₂O年平均排放通量分别降低了0.49%、3.15%和4.67%；配施秸秆后，N₂O年平均排放通量分别增加了6.37%、3.44%和2.73%。单施氮肥或小麦秸秆配施氮肥均增加了N₂O排放的增温潜势，生物质炭配施氮肥减少了N₂O排放的增温潜势。主效应分析表明，氮素、秸秆均对提升N₂O排放通量发挥显著效应，而生物质炭具有降低效应。相关分析表明，土壤温度与N₂O通量表现为显著正相关关系，土壤含水量与N₂O通量表现为显著负相关关系（P<5%）。通径分析表明，土壤温度对N₂O通量的增大作用远大于土壤含水量对N₂O通量的减小作用。秸秆或生物质炭与氮素无交互效应，N₂O排放通量随氮素水平的增加而增大，秸秆还田促进了N₂O排放而生物质炭抑制了N₂O排放。因此，添加生物质炭对旱作农田固氮减排具有较大的潜力。     

生物炭浸提液对小白菜种子萌发及幼苗荧光作用的影响

生物炭被广泛应用于低产地改良以及重金属污染土壤修复，但是其应用可能对植物存在潜在毒性。为了揭示生物炭的潜在植物毒性，用不同来源、不同浓度生物炭浸提液对小白菜种子进行处理，检测种子萌发以及幼苗生长相关指标。结果显示，酒糟生物炭和梨木生物炭浸提液对小白菜种子萌发以及幼苗生长具有明显作用，但不同生物炭浸提液以及不同浓度浸提液影响差异较大。①酒糟生物炭和梨木生物炭浸提液原液均显著降低小白菜种子萌发(P<0.05)，但稀释后的浸提液却促进小白菜种子萌发，尤其是稀释50倍后梨木炭浸提液和酒糟炭浸提液处理的小白菜种子萌发率分别比对照高16.67%和8.33%；②生物炭浸提液可提高小白菜幼苗株高和根系活力，尤其浸提液原液处理的植株株高、根系活力显著高于对照(P<0.05)；酒糟生物炭浸提液的促进作用明显低于梨木生物炭；③生物炭浸提液均可提高小白菜幼苗叶片叶绿素含量、光化学效率（Fv/Fm）、实际量子产量（ΦPSⅡ）和表观光电子传递速率（ETR）等，且供试植株幼苗叶片叶绿素含量、Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR等随生物炭浸提液浓度增加而增加；但酒糟浸提液对小白菜幼苗叶片荧光作用的影响低于梨木生物炭浸提液；④生物炭浸提液能显著降低幼苗丙二醛含量 (P<0.05)，且其随生物炭浸提液浓度增加而降低。由此表明，酒糟生物炭和梨木生物炭浸提稀释液均可提高小白菜种子萌发率及幼苗根系活力，增强幼苗叶片的荧光作用，但酒糟生物炭浸提液的影响作用低于梨木生物炭。     

生物炭对黑土区坡耕地土地生产力的可持续效应研究

为探究一次性施加生物炭后对黑土区坡耕地生产力的可持续效应,以东北黑土区3°坡耕地径流小区为研究对象,设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75 t/hm~2生物炭,2017、2018年不再施用生物炭)两个处理,于2016—2018年开展了试验研究。结果表明:一次性施入生物炭3年内,土壤容重显著降低(P0.05),第1年降低最明显,为3.87%,孔隙度和总有机碳、铵态N、有效P、速效K含量显著提高(P0.05),p H值则是施炭后前两年显著提高(P_(2016)=0.034、P_(2017)=0.038),分别提高了0.9、0.6,第3年与未施炭处理无显著差异(P_(2018)=0.067);施用生物炭显著提升了土壤的持水能力和保水保土性能,土壤饱和含水率、田间持水率、凋萎系数均显著提高(P0.05),最大增长率分别为5.58%、4.78%、7.29%,年径流深和土壤侵蚀量显著降低(P0.05),年径流深最大减少量为4.92 mm,土壤侵蚀量最大减小率为5.71%;大豆产量和水分利用效率显著提高(P0.05),最大增长率分别为29.01%、16.92%。但生物炭对土地生产力的持续效应逐年减弱,随着生物炭施用年限的延长,BC处理土壤容重线性递增,p H值和总有机碳含量呈幂函数递减,孔隙度和铵态N、有效P、速效K含量线性递减,饱和含水率、田间持水率、凋萎系数线性递减,年径流深和土壤侵蚀量线性递增,大豆产量和水分利用效率分别呈幂函数递减和线性递减。采用改进的TOPSIS(Technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型和GM(1,1)模型测算并预测土地生产力指数,结果显示,BC处理的土地生产力指数均高于CK处理,但其值逐年下降,预计到2021年与CK处理十分接近,表明一次性施用75 t/hm~2生物炭对土地生产力的影响可持续5～6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。     

生物炭对连作草莓光合特性及光响应的影响

为了寻求缓解草莓连作障碍的有效途径，以佐贺清香草莓品种为试验材料，盆栽条件下在连作8 a草莓的土壤中分别添加质量分数为0%、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%的小麦秸秆生物炭，研究不同生物炭用量对草莓光合响应参数的影响。结果表明，连作土壤中添加生物炭的量影响了草莓的光合生理，添加一定量的生物炭在一定程度上可以缓解连作障碍。当生物炭添加量为0.30%时，草莓具有更大的光合潜力，其叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量分别比不添加生物炭对照提高37.20%、85.57%和55.14%，差异显著。随着生物炭添加量的增加，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量表现为先升高然后降低的趋势，且均在生物炭添加量为0.30%时达到最大值。表观量子效率和最大净光合速率的变化趋势与叶绿素含量表现一致，表现为0.30%生物炭处理时最高，且分别比对照增加16.62%和32.29%；而当生物炭用量继续增加时，光合作用受阻，且0.30%生物炭处理对弱光的利用能力最强。与不添加生物炭相比，0.15%和0.30%生物炭处理呼吸效率升高，0.45%和0.60%生物炭处理草莓呼吸效率降低。生物炭添加量为0.30%时光补偿点最低。相关性分析表明，叶绿素a含量能较好地反映草莓最大净光合速率的大小，而总叶绿素含量值则能很好地反映草莓在强光下进行光合作用能力的大小。综上，添加一定生物炭，有利于草莓光合色素的合成，提高了光合能力，有助于草莓干物质的积累，在连作土壤中添加0.30%生物炭时最有利于缓解连作障碍对草莓光合生理的影响，叶绿素能较好地反映草莓的光合作用能力，这对草莓设施生产管理具有一定的指导意义。     

Effects of three types of soil amendments on yield and soil nitrogen balance of maize-wheat rotation system in the Hetao Irrigation Area,China

Excessive fertilization combined with unreasonable irrigation in farmland of the Hetao Irrigation Area (HIR), China, has resulted in a large amount of nitrogen (N) losses and agricultural non-point source pollution. Application of soil amendments has become one of the important strategies for reducing N losses of farmland. However, there is still no systematic study on the effects of various soil amendments on N losses in the HIR. In this study, three types of soil amendments (biochar, bentonite and polyacrylamide) were applied in a maize-wheat rotation system in the HIR during 2015-2017. Yields of maize and wheat, soil NH₃ volatilization, N₂O emission and NO₃^- leaching were determined and soil N balance was estimated. The results showed that applications of biochar, bentonite and polyacrylamide significantly increased yields of maize by 9.2%, 14.3% and 13.3%, respectively, and wheat by 9.2%, 16.6% and 12.3%, respectively, compared with the control (fertilization alone). Applications of biochar, bentonite and polyacrylamide significantly reduced soil N leaching by 23.1%, 35.5% and 27.1%, soil NH₃-N volatilization by 34.8%, 52.7% and 37.8%, and soil N surplus by 23.9%, 37.4% and 30.6%, respectively. Applications of bentonite and polyacrylamide significantly reduced N₂O-N emissions from soil by 37.3% and 35.8%, respectively, compared with the control. Compared with application of biochar, applications of bentonite and polyacrylamide increased yields of maize and wheat by 5.1% and 3.5%, respectively. Our results suggest that soil amendments (bentonite and polyacrylamide) can play important roles in reducing N losses and increasing yield for the maize-wheat rotation system in the HIR, China.     

不同裂解温度的污泥生物质炭理化特性分析

研究裂解温度对污泥生物质炭基础理化性质的影响,为安全、合理、高效处置污泥提供理论依据。将干燥污泥分别在200、300、500、700℃下进行热裂解处理(SBC200、SBC300、SBC500、SBC700),获得污泥生物质炭,测定其基础理化特性。结果表明：不同温度制备的污泥生物质炭表面颗粒结构完好,孔径范围均集中在10~50 μm,其中低温生物质炭SBC200表面较光滑,最可几孔径和中值孔径最大,分别为20.1 μm和14.8 μm,高温生物质炭SBC700表面较粗糙,比表面积最大,为5.98 m²/g。随裂解温度的提高,污泥生物质炭的产率、含水量、电导率、挥发分、阳离子交换量显著下降,全碳、氧、全氮、氢含量、有效磷和铵态氮均逐渐降低,pH和灰分含量显著增加。将污泥制备成生物质炭,是安全处置污泥的有效途径,低温制得的污泥生物质炭具有更大的提高土壤肥力的潜力,而高温制得的生物质炭在改良土壤酸性的应用上具有更大的潜力。     

Changes in phosphorus fractions in three tropical soils amended with corn cob and rice husk biochars

ABSTRACT

The formation of phosphorus (P) compounds including iron-P, aluminum-P and calcium-P in highly weathered tropical soils can be altered upon biochar addition. We investigated the effect of corn cob biochar (CC) and rice husk biochar (RH) pyrolyzed at three temperatures (300°C, 450°C and 650°C) on phosphorus (P) fractions of three contrasting soils. A 90d incubation study was conducted by mixing biochar with soil at a rate of 1% w/w and at 70% field capacity. Sequential P fraction was performed on biochar, soil and soil-biochar mixtures. Increase in most labile P (resin-P_i, NaHCO₃-P_i) and organic P fraction (NaHCO₃-P_o + NaOH-P_o) in CC and RH biochars were inversely related to increasing temperature. HCl-P_i and residual P increased with increasing temperature. Interaction of CC and RH with soils resulted in an increase in most labile P as well as moderately labile P (NaOH-P_i) fractions in the soils. CC increased most labile P in the soils more than RH. The increase in most labile P fraction in soils was more significant at relatively lower temperatures (300°C and 450°C) than 650°C. However, the increase in HCl-P_i and residual P of the soils was more predominant at high temperature (650°C). The study suggested that biochar pyrolyzed at 300–450°C could be used to increase P bioavailability in tropical soils.