生物炭和膨润土改良风沙土理化性质及对玉米农艺性状的影响

以辽宁省西北地区风沙土为研究对象，选取3种生物炭(水稻稻壳、玉米秸秆和竹子)和膨润土为改良剂，玉米为种植作物进行野外大田试验，研究生物炭和膨润土单施及混施对风沙土土壤理化性质及玉米农艺性状的影响。结果表明：生物炭和膨润土单施和混施均显著改善了土壤理化性质。生物炭和膨润土的施入降低了土壤容重，提高了土壤孔隙度和含水率；WR_>0.25mm(粒径大于0.25mm的水稳性团聚体含量)、MWD(平均重量直径)和GMD(几何平均直径)的变化均表现为拔节期到吐丝期无显著性变化，吐丝期到成熟期变化显著，最大分别增加至1.8、2.0和1.3倍，且膨润土与玉米秸秆生物炭的混施处理效果最佳；生物炭和膨润土显著提高了土壤有机质含量、pH、阳离子交换量(CEC)和速效态氮、磷、钾的含量，其中CEC含量最大增加至2.9倍，膨润土与竹子生物炭的混施处理pH提高至1.2倍，土壤速效磷和速效钾分别增加至5.7和2.4倍，碱解氮增加至6.3倍；玉米产量、株高和叶面积指数也有显著增加。生物炭和膨润土混施优于单施处理，其中施12t·hm^-2膨润土和1.9t·hm^-2...     

生物质秸秆燃料热风炉发展与设计

生物质是一种宝贵的可再生资源，最常见的使用方式是直接燃烧产生热量。因此，设计一种生物质秸秆燃烧设备对于实现生物质能的高效利用，实现资源循环、绿色利用具有重要意义。通过对现有生物质秸秆燃烧热风炉基本结构与工作原理进行论述，并以列管式热风炉为例，基于反平衡法开展设计研究。研究结果对于实现生物质资源的高效利用提供一种新的发展思路。     

生物炭对黄绵土水分吸渗特征及水力学参数的影响

探究不同生物炭添加量对宁南山区黄绵土水分吸渗特征及水力学参数的变化，为提升区域生态功能及促进农业生产提供数据支撑。选取6种生物炭添加量(0、10、20、30、40和50g/kg),通过室内一维水平土柱试验，利用Philip模型拟合土壤吸渗过程并确定吸渗率(S),并推导出Van Genuchten模型中进气吸力倒数(a)、形状系数(n)及水吸力(h),利用上述水力学参数拟合土壤水分特征曲线、非饱和导水率及比水容量。结果表明：随着生物炭添加量增大，各处理湿润锋运移距离及累积入渗量均逐渐减小。与未添加生物炭处理相比各处理S分别降低了7.83%、14.99%、16.90%、23.36%和39.50%;随生物炭添加量增加，a、n及饱和导水率(K_s)逐渐减小，饱和含水率(θ_s)、滞留含水率(θ_r)逐渐增大。相同土壤含水率下，生物炭添加量增加h增大，非饱和导水率减小且增长速率逐渐降低。相同h下，生物炭添加量越大比水容量越大，水分有效性越高。可以看出添加生物炭显著增强了宁南山区黄绵土持水性能及水分有效性。     

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。     

生物炭对向日葵秸秆热解特性及气体产物影响

为了研究生物炭对向日葵秸秆热解的影响,以向日葵秸秆为原料,基于TG-FTIR研究生物炭添加前后向日葵秸秆热解特性与气体产物的变化。结果表明,与向日葵秸秆相比,混合样品主热解区间由276~349℃变得更长,并且发生不同程度的偏移,热解活化能不同程度降低,由60.21降到38.07~50.35 kJ/mol,呋喃类、酸类、含羰基类化合物、芳香醛类、CO、CH4等产物吸光度值存在差异。随着添加500℃制备生物炭比例增加,混合样品热解的活化能减小,释放气体产物中芳香醛类释放量增量减少,CO与CH4释放量降低。添加不同制备温度的生物炭,混合样品热解产生呋喃类、酸类、含羰基类化合物释放量均有所降低;添加500和700℃制备的生物炭,混合样品热解气体产物中芳香醛类增加。添加900℃制备的生物炭,向日葵秸秆热解气体产物中CO产量增加。该研究为向日葵秸秆的有效利用提供理论基础和技术支撑。     

玉米秸秆炭和典型农业废弃物混合成型与燃烧特性试验

以玉米秸秆炭和玉米秸秆、苹果枝、沼渣、菌渣为原料,在成型压力为6 MPa的条件下,研究了不同混配比例混合燃料的成型特性,并在此基础上探讨了特定混配比例下的混合样品燃烧特性。研究结果表明:农业废弃物质量分数、种类对混合成型燃料稳定性均有影响,农业废弃物占70%比例时混合成型燃料的抗跌碎强度均大于99.50%;玉米秸秆对成型燃料的稳定性影响最为明显,其质量分数大于30%时,成型燃料抗跌碎强度达到99.68%以上,而沼渣和菌渣质量分数大于50%时,其成型燃料的抗跌碎强度分别超过99.11%和99.71%;苹果枝质量分数大于60%,其成型燃料抗跌碎强度超过99.34%;4种成型燃料的能量密度与原料相比分别提高14.93、11.36、11.74、14.53 GJ/m~3;堆积密度分别提高792.99、596.92、605.63、820.12 kg/m~3。该研究为农业废弃物新型成型燃料的开发提供了基础支撑。     

CeO2添加比例对Fe基催化剂催化纤维素气化制氢的影响

为研究CeO2添加对生物质催化气化制氢特性的影响，该研究采用分级气化系统分析了不同CeO2/Fe2O3比例（Ce∶Fe摩尔比为0∶1、3∶7、5∶5、7∶3、1∶0）双金属催化剂对纤维素水蒸气催化重整制氢气体产物产量、组成以及催化剂的结构演变特性的影响。结果表明，CeO2/Fe2O3催化剂在制氢反应中的催化性能明显优于纯CeO2或Fe2O3催化剂，当Ce∶Fe摩尔比为3∶7时，在800℃下氢气的最大产率为21.63 mmol/g（以纤维素计，下同）；当温度大于等于800℃时，催化剂氧化还原反应后可生成CeFeO3，且CeFeO3的存在对纤维素水蒸气气化过程有促进作用。CeO2的引入提高了催化剂的氧化性能和稳定性，提高了使用寿命。该研究对生物质气化机制的深入理解具有一定的指导意义。     

不同氮水平下秸秆、生物质炭添加对旱作农田土壤酸解有机氮组分的影响

为探明不同氮水平下秸秆、生物质炭添加对陇中黄土高原旱作农田土壤酸解有机氮组分的影响,2014年在定西市安定区李家堡镇布设的不同氮水平下秸秆、生物质炭添加定位试验(共9个处理),利用Bremner分级法,对该试验2018年收获后的土壤有机氮组分进行测定与分析。结果表明:在0～30 cm土层(0～5、5～10、10～30 cm土层),各处理酸解总有机氮、酸解氨态氮、酸解氨基酸态氮、酸解未知态氮含量均随土层的加深而降低,酸解氨基糖态氮含量随土层的加深而增加;较之无炭处理(CN0、CN50、CN100处理的均值),生物质炭添加(BN0、BN50、BN100处理的均值)处理可提升酸解总有机氮含量10.12%、9.14%、7.61%(土层由上至下),提升酸解氨态氮含量15.02%、16.25%、17.19%(土层由上至下),提升酸解氨基酸态氮含量13.31%、11.84%、8.74%(土层由上至下),其中BN100处理下对其提升效应最显著;较之无炭处理(CN0、CN50、CN100处理的均值),秸秆添加处理(SN0、SN50、SN100处理的均值)可提升酸解氨基糖态氮含量26.46%、26.51%、25.78%(土层由上至下),其中SN100处理下对其提升效应最显著;不同处理下,有机氮各形态的分布趋势为酸解氨基酸态氮酸解氨态氮酸解未知态氮酸解氨基糖态氮。总之,BN100处理对酸解氨基酸态氮、酸解氨态氮提升效应最显著,进而增加土壤供氮潜力,可筛选为该区春小麦栽培的合理施肥方式。     

生物炭对亏缺灌溉下温室重壤土栽培番茄产量及品质的影响

探究生物炭对亏缺灌溉下温室重壤土栽培番茄产量和品质的影响，确定番茄产量和综合品质最优的灌水量及生物炭添加量，为重壤土地区温室番茄栽培提供灌水及生物炭施加依据。采用桶栽试验，设置3个生物炭添加量（0，3%，6%，按干土重的百分比计）和3个灌水水平（充分灌溉W1：75%~85%θ_f；中度亏缺W2：55%~65%θ_f；重度亏缺W3：40%~50%θ_f。θ_f为田间持水量），共9个处理。结果表明：无生物炭添加时，亏缺灌溉下番茄产量降低了13.8%~54.0%（P＜0.05），果实硬度、果色指数、VC、可溶性固形物、有机酸含量等营养品质指标均显著降低，果型指数、番茄红素则呈现增加的趋势，灌溉水利用效率在重度亏缺下降低了10.9%（P＜0.05）；在充分灌溉条件下添加生物炭，番茄产量和灌溉水利用效率分别提高了12.3%~22.0%和23.3%~28.6%，可溶性固形物含量降低了6.4%~17.7%（P＜0.05），对VC、番茄红素、有机酸含量及外观品质无显著影响；在亏缺灌溉条件下添加生物炭不利于增产，C1W3、C2W3处理产量较C0W3处理分别降低了37.6%（P<0.05）、17.1%（P>0.05），但外观品质指标、VC、可溶性固形物均有一定幅度的提升，对灌溉水利用效率的影响表现为低添加量时降低而高添加量时提高。综合分析表明，各灌水水平下添加生物炭均能提高番茄品质的综合排名，充分灌溉下生物炭低添加量效果较好，而亏缺灌溉下高添加量较优，尤其是C2W2处理，番茄品质综合排名可达到充分灌溉的效果。综合考虑番茄品质、产量及灌溉水利用效率，C1W1处理（灌水水平为75%~85%θ_f，施炭量为3%）为最优处理。     

不同配料颗粒秸秆施用对土壤速效养分及小麦生长的影响

我国西北地区气温较低，秸秆直接还田腐解慢、养分循环慢、当季利用率低、影响作物出苗，导致秸秆还田率不高。针对以上问题，本研究以小麦秸秆为原料，以硫磺粉（养分活化剂）和麦秸生物炭（养分吸附剂）为外源添加材料，制成秸秆颗粒。硫磺粉的添加质量比为3%（WS3）、5%（WS5）、10%（WS10），生物质炭的添加质量比为5%（WC5）、10%（WC10）、15%（WC15），以秸秆颗粒（WK）、剪碎秸秆（W，W6）及无秸秆（CK）为对照，通过盆栽试验探究了秸秆颗粒对土壤速效养分及小麦生长的影响。结果表明：秸秆颗粒较剪碎秸秆处理相比，能显著提高土壤速效养分及小麦生物量和植株全量氮、磷、钾含量，添加硫磺或生物炭的秸秆颗粒提升效果更明显。各处理土壤硝态氮含量以WS3处理最高，较W处理提高14.44%；铵态氮含量以WC5处理最高，较W处理提高40.93%；速效磷含量以WS10处理最高，较W处理提高23.42%；速效钾含量以WC5处理最高，较W处理提高9.05%；差异均达显著水平（P<0.05）。小麦生物量以WS5处理最高，较WK处理提高29.61%；全氮含量以WS10最高，较WK处理提高11.44%；全磷含量以WS10处理最高，较WK处理提高21.82%；全钾含量以WC15最高，较WK处理提高12.53%；差异均达显著水平（P<0.05）。综上可知，秸秆颗粒在西北地区实现秸秆还田和养分循环，维持土壤肥力等方面具有很大应用前景。