不同温度花生壳生物炭孔隙特征及其差异

为评价花生壳生物炭农业与环境领域应用价值与潜力,该研究分别在100~800℃条件下制备花生壳生物炭,测定其孔隙参数,以期了解花生壳生物炭在不同热解温度条件下的孔结构变化规律。结果表明,在100~500℃条件下制备的花生壳生物炭以中孔和大孔为主,其吸附解析等温线为Ⅱ类吸附等温线,迟滞回线属于H3型,孔隙结构主要由狭缝孔构成;600~800℃条件下制备的生物炭以微孔为主,其吸附解析等温线为Ⅰ类吸附等温线,迟滞回线属于H4型,孔隙结构主要是锥形孔。当热解温度从100℃上升至600℃过程中,BET比表面积、比孔容均呈上升趋势,同时t-Plot微孔比表面积、t-Plot微孔孔容、中孔比表面积、中孔孔容也均在600℃时基本达到最高水平。花生壳生物炭的孔径分布随温度的变化非常明显,孔峰主要在3~5 nm处,100~600℃条件下峰值表现为升高趋势,600~800℃条件下峰值逐渐降低,与比表面积分布图结果相一致。花生壳生物炭孔隙表面分形维数D1和体积分形维数D2均在600~800℃条件下水平较高,高热解温度导致孔隙结构的复杂程度有所增加,生物炭表面更加粗糙。根据花生壳生物炭在不同热解温度条件下的孔结构变化规律,为花生壳生物炭制备及应用提供参考依据,有利于实现花生壳综合高效利用。     

保护性耕作对坡耕地烟田水土流失的影响

在重庆市石柱县坡耕地开展保护性耕作试验,探究其对水土流失的影响。于2015年在重庆市石柱县坡耕地烟田开展试验,采用顺坡起垄的方式,设置4个处理:处理T1(不种植黑麦草)、处理T2(垄间种植黑麦草)、处理T3(垄体种植黑麦草)、处理T4(垄体种植黑麦草+垄间种植黑麦草)。结果表明:垄间种植黑麦草可有效减少小区径流量58.66%~65.79%,小区产沙量62.50%~68.78%,硝态氮流失52.05%~57.22%,铵态氮流失51.03%~59.98%,总磷流失51.47%~65.88%和钾流失66.93%~69.33%。垄体种植黑麦草可有效减少小区径流量54.32%~61.59%,小区产沙量52.95%~62.98%,硝态氮流失63.73%~77.49%,铵态氮流失59.12%~67.81%,总磷流失62.84%~76.22%,钾流失75.17%~77.84%。垄间和垄体均种植黑麦草可有效减少小区径流量92.09%~98.25%,小区产沙量86.43%~95.91%,硝态氮流失87.89%~94.99%,铵态氮流失90.19%~97.06%,总磷流失81.99%~91.94%,钾流失91.52%~93.88%。整体而言,垄间种植黑麦草+垄体种植黑麦草处理对重庆烟区水土保持效果最佳。     

生物炭与化肥配施对土壤特性及烤烟品质和经济性状的影响

研究生物炭与化肥配施对土壤特性及烤烟品质和经济性状的影响,为生物炭在烟叶生产中的有效利用提供参考依据。以中烟100为研究对象,在河南郏县开展大田试验。试验设6个处理,分别为:对照CK(不施肥);T1(常规施肥);T2(T1+生物炭4500 kg hm~(-2));T3(T1+生物炭9000 kg hm~(-2));T4(T1+生物炭4500 kg hm~(-2)-纯氮5%);T5(T1+生物炭9000kg hm~(-2)-纯氮10%)。施用生物炭对植烟土壤特性、烤烟品质和经济性状有一定的影响。生物炭增加了土壤碱解氮、速效钾和有机质含量,提高了CEC和pH值,对土壤细菌和放线菌含量也有提升作用,其中土壤速效钾含量随生物炭用量增加呈现递减的趋势,其它指标均随生物炭用量增加而递增;生物炭对土壤速效磷和真菌含量表现出前期抑制后期促进的规律;生物炭9000 kg hm~(-2)条件下,减纯氮10%降低了CEC、速效磷和有机质含量;生物炭增加了烤烟钾含量,降低了氯含量,提高了烤烟叶化学成分的协调性和单料烟感官质量,生物炭9000 kg hm~(-2)条件下,减纯氮10%则增加了烤烟氯含量,降低单料烟感官质量;生物炭还提高了烟叶产量、产值以及上、中等烟比例,而生物炭9000 kg hm~(-2)条件下,减纯氮10%则对烤烟经济性状造成了负面影响。以常规施肥配施生物炭9000 kg hm~(-2)的处理效果最好。     

烤烟连作对植烟土壤碳库及烤后烟叶品质的影响

【目的】研究烤烟连作对植烟土壤碳库及烤后烟叶品质的影响,为构建以烟为主的耕作制度提供参考。【方法】以"云烟87"为研究对象,在重庆市彭水县开展田间定位试验,设轮作(CK)、连作5年(T1)、连作10年(T2)3个处理,研究不同处理对植烟土壤碳库指标及烤后烟叶常规化学成分、中性致香物质含量和经济性状的影响。【结果】连作降低了植烟土壤总有机碳含量,连作5年、连作10年土壤总有机碳含量分别比轮作降低8.80%和28.17%;连作使土壤易氧化活性有机碳含量、水溶性有机碳含量、有机碳矿化速率、微生物生物量碳含量、碳库指数和土壤碳库管理指数降低,且随着连作年限的增加均呈下降趋势。连作降低了烤烟总糖和还原糖含量及烤烟中下部烟叶钾含量和钾氯比,增加了烤烟中下部烟叶的烟碱和氯含量。轮作处理烤烟化学成分及其协调性优于连作;连作降低了烟叶中性致香成分含量,随着连作年限的增加,苯丙氨酸类、棕色化反应产物的含量呈现下降趋势,而类胡萝卜素类、新植二烯的含量呈现先下降后升高趋势;中性致香成分总量表现为轮作连作10年连作5年。【结论】短期连作(连作5年)对土壤碳库影响不大,长期连作(连作10年)降低了土壤碳库,使土壤性质趋劣;轮作处理烤烟化学成分及其协调性优于连作,轮作烟叶中性致香成分含量大多数高于连作烟叶,轮作处理烤烟经济性状优于连作。     

炭化温度对小麦秸秆炭化产率及理化特性的影响

研究了炭化温度对小麦秸秆生物炭产率及理化特性的影响,为小麦秸秆生物炭的制备及还田作用机制提供理论依据。通过低氧炭化法,以20℃/min的升温速度将小麦秸秆炭化至特定温度(100,200,300,400,500,600,700,800℃),然后对其炭化产率和理化性质(孔隙状况、全碳及无机碳含量、CEC含量、表面含氧官能团情况及p H值、FTIR)进行分析,结果表明,低温炭化时小麦秸秆生物炭呈酸性,400℃之后呈碱性;随热解温度的升高,小麦秸秆生物炭的炭化程度逐渐增大,100~400℃产率自91.32%降至18.52%;炭化过程中,小麦秸秆生物炭孔隙增加,结构疏松;比表面积、孔径和比孔容均表现出先增大后减小的趋势,且均在400℃时达到最大,分别为6.675 m2/g、13.992 nm、0.015 cm3/g;有机碳含量在200~400℃较高;CEC含量于400~800℃维持在较高水平,处于69.13~84.35 cmol/kg;FTIR和表面含氧官能团的结果显示,小麦秸秆生物炭的芳香化程度随着热解温度的升高而增大,结构也愈加稳定。小麦秸秆的制备以400℃左右的炭化温度条件较为理想。     

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。