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。     

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。     

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。     

巫山县不同海拔高度植烟土壤的肥力评价

对巫山县海拔高800~1 100、1 101~1 300和1 301~1 700 m的植烟土壤肥力特征进行了研究。结果表明:土样p H值范围为4.67~7.97,从低到高3个海拔梯度的土壤p H平均值分别为6.34、6.65、6.57,海拔高度对p H值平均值影响较小;土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为59.11~238.66、3.35~51.09和12.72~391.84 mg/kg,土壤有机质含量为8.44~38.93 g/kg,中低海拔地区随着海拔高度的增加,有机质含量平均值增加;高海拔地区有机质含量变化较小;土壤中氯离子含量在5.66~19.81 mg/kg,海拔高度对土壤氯离子含量的影响较小。     

生物炭对红壤和褐土中镉形态的影响

【目的】重金属对环境危害的大小主要取决于其形态分布,尤其是生物有效态镉 (Cd) 的含量和存在比例。添加生物炭可以降低Cd超标土壤中生物有效态Cd的含量,本文研究了施用生物炭后红壤和褐土中Cd形态的变化及其与生物炭施用量的关系,以加深对生物炭修复Cd污染土壤机理的认识。【方法】选择红壤 (pH 5.21) 和褐土 (pH 7.75) 两类土壤进行了室内培养试验。将两个过2 mm筛的自然风干土壤各40 kg,分别装于20 L塑料盒中,加Cd(NO₃)₂溶液使土壤外源Cd含量达到5 mg/kg,保持70%田间最大持水量,于25℃条件下平衡两周;之后,在每1000 g土内,分别添加生物炭0、5、10、20 g,均匀混合后,室温培养50 d;在培养1、4、7、14、21、35、49 d时分别取样,测定土壤pH和有机碳含量,利用Tessier分级法测定土壤Cd形态。【结果】红壤pH随生物炭施用量的增加显著升高,培养14天后,生物炭施加量为2%时,土壤由酸性变为弱碱性,生物炭对褐土pH的提高作用不显著。红壤和褐土有机碳含量均随生物炭施用量的增加而升高。培养49天后,红壤可交换态Cd含量的降幅较大,降幅为0.31～0.82 mg/kg,且处理2%的可交换态Cd含量最低,为1.24 mg/kg,生物炭施用量2%的红壤碳酸盐结合态Cd含量最高,为1.06 mg/kg,施用生物炭的红壤碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd所占比例增加了3.14%～14.21%、8.20%～23.96%,施用生物炭的褐土碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd升高了0.94%～2.61%、0.80%～7.90%。褐土的土壤有机碳含量和生物炭施用量与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤碳酸盐结合态Cd,土壤Fe、Mn氧化物结合态Cd和土壤有机结合态Cd呈极显著正相关关系;红壤pH、有机碳含量和生物炭施用量均与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤其他四种形态Cd呈极显著正相关关系。但在红壤中土壤有机碳和生物炭施用量与各形态Cd的相关系数均大于在褐土中的相关系数。【结论】综合分析两种类型土壤中Cd形态的变化,发现生物炭对红壤的修复效果优于对褐土的修复效果,因此生物炭可以作为Cd污染的酸性土壤的一种修复改良材料。