生物质炭基缓释肥的成型特性研究

为了提高化肥的利用率,改良土壤理化特性,以500℃温度下制备的稻壳炭为基质、改性玉米淀粉为粘结剂、尿素为肥料,在挤出造粒机上制造出球形生物质炭基缓释肥。同时,研究了其成型特性,并分析了抗压强度、成型率、干燥特性和N损失情况。结果表明:采用挤出式造粒法可增强抗压强度和成型率。当烘干温度为60~100℃、炭肥比≤1:1时,颗粒肥料的抗压强度40 N;炭肥比≥1:1时,成型率95%,各组肥料在烘干90 min左右基本达到质量平衡,低炭氮比肥料的干燥时间较长。当炭肥比≥1:1时,温度越高,烘干所需时间越短;而当炭肥比≤1:2时,温度越高,烘干所需时间反而增长;炭氮比较低时,由于尿素含量高,易吸收空气中的水分,吸附于造粒机工作表面,会造成成型肥料一定的N损失。上述结论为利用生物质炭制备缓释肥料的成型工艺提供了参考依据。     

生物炭与木质素混合成型及其燃烧特性研究

以油茶壳热解炭粉和胶黏剂为原料,利用万能试验机进行生物质混合燃料成型试验。通过对比不同成型燃料抗压强度、松弛密度和比能耗,确定胶黏剂种类对燃料品质的影响。选取木质素作为胶黏剂考察了成型压力、温度、含水率、木质素添加量对成型燃料品质的影响,当优化成型工艺参数为成型压力6 k N、成型温度80~100℃、含水率20%、木质素添加量8%~9%时燃料品质最佳。对成型燃料进行热重试验,研究其燃烧过程及动力学特性。结果表明:燃烧主要分为4个阶段,着火温度为356.9℃,燃尽温度为553.3℃;燃料的挥发分燃烧是一级反应,固定碳燃烧是二级反应。     

生物炭基肥增效技术与制备工艺研究进展分析

生物炭基肥是以生物炭为载体与传统肥料复合而成的新型缓释肥料,其在农业生产及污染防控中的作用得到广泛认可。基于多年研究成果和文献综合分析,阐述了生物炭基肥的研发背景与重要性及生物炭基肥的增效机制,包括:吸持缓释养分、改善土壤理化性质及作物根系生长的水肥气热环境、改善土壤微生物生长的微环境、提供矿质养分及生物刺激物质等。此外,阐述了生物炭基肥在提升作物产量与品质、肥料高效利用与减施增效及环境污染防控等方面的作用;以及产品在制备(调整生物炭来源和炭-肥混合方式)、成型(确定形状,筛选粘接剂和延展剂)、配方(调整基础肥料组成,调整生物炭、水和粘接剂比例)及改性工艺(添加不同比例的高岭土、膨润土、煤炭腐植酸及其复配物的改性材料)方面的最新进展。根据现有问题及技术需求,指出加强新型产品研制及应用基础研究,加强大尺度应用的农业水土、经济、环境等效应及综合评价指标体系研究,及加快应用技术推广是生物炭基肥增效技术领域未来主要研究方向。     

沼液净化沉淀污泥制备颗粒肥料及其缓释特性研究

针对猪场沼液净化沉淀污泥产生量大、氮磷含量较高、难以处置的问题,笔者以沼液净化沉淀污泥为原料,以聚乙烯醇和淀粉为助剂,制备了聚乙烯醇包膜肥、淀粉包膜肥、聚乙烯醇粘结肥、淀粉粘结肥等4种颗粒状缓释有机肥料,分别研究了水浸条件下4种颗粒状缓释肥的氮、磷缓释特性,从肥料基核、制备工艺及助剂、土壤环境3个方面解析了4种颗粒肥的氮、磷缓释机理。结果表明:聚乙烯醇粘结肥料保肥性最好,1 d的氮、磷溶出率最小分别可达2.5%和7.8%,淀粉粘结肥料保肥性较差,1 d的氮、磷溶出率最大分别可达5.6%和13.2%;模拟植物吸收28 d的氮、磷溶出率最大分别可达33.3%和40.4%。氮、磷养分释放指标均符合《缓控释肥料(HG/T 3931-2007)》评价标准要求。农作物生长特性对比分析表明,除淀粉粘结颗粒肥不适宜水稻田,聚乙烯醇粘结颗粒肥不适宜旱地农作物外,其余的均适宜于长江中下游地区的水田、旱地、果园、茶园等农作物的增肥。本研究对于猪场沼液净化沉淀污泥的资源化利用具有一定的理论意义和实用价值。     

改性木质素粘结生物质炭包膜尿素肥料性能试验

采用包膜造粒的方法,分别以乙醇和木醋液溶解木质素作为粘结剂制备生物质炭包膜尿素肥料,并通过扫描电镜、傅里叶红外光谱和差热分析对其性能进行表征。发现木质素没有发生化学变化,但是木醋液溶剂使木质素团状结构更好地展开,差热分析结果显示木质素木醋液粘结剂玻璃化温度阶梯状态消失,能在较宽温度范围保持黏流态,黏度比乙醇处理后高300%。对2种粘结剂制备的生物质炭包膜尿素肥料的成粒性能进行比较,发现以木质素木醋液粘结剂制备的生物质炭包膜尿素肥料具有269.4%的包膜率和94.83%的成粒率,粒径分布均匀且合格粒径比重高达80%;所有粒径的力学性能均满足要求,缓释性能也更优异。木质素溶于木醋液粘结性能比溶于乙醇性能好,更适用于生物质炭包膜尿素肥料的制备。     

不同添加剂油茶壳炭粉成型性能与燃烧特性研究

以油茶壳炭粉为原料,纤维素和氧化淀粉为添加剂,采用万能试验机研究成型温度、成型压力、原料含水率对燃料成型品质的影响。研究发现,成型温度在60~100℃时成型燃料的品质较好,提高成型温度对燃料的松弛密度影响不明显,但比能耗增加,对径向抗压强度影响与添加剂种类有关。提高成型压力,成型燃料的松弛密度、比能耗和径向抗压强度都随之增大,成型压力在6~8 k N时成型燃料品质较好。提高原料含水率对降低能耗有显著作用,但原料含水率过大不利于成型,原料含水率在15%~20%时成型燃料品质较好。对成型燃料燃烧特性研究发现,纤维素和氧化淀粉的加入,着火温度能分别降低至362.5℃和324.5℃,添加氧化淀粉后燃料品质和燃烧特性最好;添加纤维素的混合成型燃料热值降低更少,且品质受成型因素影响较小。     

油茶壳连续热解炭粉成型及其燃烧特性研究

以油茶壳炭粉为原料,纤维素和氧化淀粉为添加剂,采用万能试验机研究成型温度、成型压力、原料含水率对燃料成型品质的影响。研究发现成型温度在60～100℃时成型燃料的品质较好,成型温度提高对燃料的松弛密度影响不明显,但比能耗增加,对径向抗压强度影响与添加剂种类有关。提高成型压力,成型燃料的松弛密度、比能耗和径向抗压强度都随之增大,在6～8k N压力下成型后燃料品质较好。提高含水率对降低能耗有显著作用,但含水率过大将不利于成型,控制在15%～20%时成型燃料品质较好。对成型燃料燃烧特性研究,发现纤维素和氧化淀粉的加入能降低着火温度分别至362.5℃和324.5℃,添加氧化淀粉后燃料品质和燃烧特性最好;但添加纤维素的混合成型燃料热值降低更少且品质受成型因素影响较小。     

养猪场沼渣制备包膜缓释肥理化性质表征

文章以分散式养猪场沼渣为应用研究对象,以8%聚乙烯醇为包膜材料,改性斜发沸石为肥料载体和缓控释材料调理剂,通过添加不同沸石量制备3种复混包膜缓释肥。利用红外光谱、扫描电镜及三维荧光对3种缓释肥的进行表征。结果表明:添加改性沸石的复混包膜肥除了增加显著的沸石红外特征谱外,其余红外光谱图差异不明显,表明添加沸石对有机质(富里酸和腐殖酸)结构和化学键型并未产生明显的影响,即不影响沼渣理化性质;添加改性沸石可以使聚乙烯醇完整的覆盖在肥料表面,膜壳更加平整光滑,膜层更加致密;三维荧光光谱显示复混包膜肥Ⅰ浸出富里酸和腐殖酸浓度最大,复混包膜肥Ⅲ浓度最低,表明添加沸石有减缓肥料养分释放的效果。该研究对于利用养猪场沼渣制备包膜缓释肥有一定的参考价值。     

纳米SiO2—淀粉—PVA复合膜材料的制备及其在炭基肥中的应用

淀粉—聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)作为缓释肥包膜材料具有价格低廉、环保等优点,但其高吸水性限制其应用,采用纳米二氧化硅(SiO₂)改性可提高其疏水性。首先探讨PVA浓度、交联剂用量、增塑剂用量对淀粉—PVA复合膜吸水率的影响,之后用纳米SiO₂对淀粉—PVA复合膜进行改性,探讨纳米SiO₂添加量对复合膜吸水率和力学性能的影响,并找出最优原料配比,最后将此复合膜液作为黏结剂,制备生物质炭基肥并进行土柱淋溶试验。试验结果表明:在150 mL蒸馏水中控制淀粉与PVA的添加质量之和为10 g,当淀粉与PVA的质量之比为2∶3、交联剂硼砂添加量为0.1 g、增塑剂甘油添加量为3 mL时,所制成复合膜的吸水率最低,为78%。添加纳米SiO₂后,各处理膜的吸水率随纳米SiO₂添加量的增加呈现先升高后降低的变化,当纳米SiO₂添加量为2.4 g时,与未添加的相比,复合膜的吸水率下降38.4%,水接触角提高89.5%,拉伸强度提高49.0%,此时...     

生物炭与尿素混合施肥模式对节水灌溉水稻生长及产量的影响研究

为揭示不同氮肥处理对节水灌溉水稻生长特征及产量的响应机理,本试验设计常规灌溉A和控制灌溉B、C 3种灌溉模式,以及常规尿素肥、生物炭与尿素肥混合、控释肥3种氮肥管理模式,采用盆栽试验,分析了不同水氮管理条件下水稻的茎蘖、株高、叶面积指数、叶绿素含量、产量以及灌溉水分生产率的变化规律。结果表明,生物炭与尿素混合施肥模式和控释肥施肥模式水稻生长特征较为相似,但也有一定区别,生物炭与尿素混合施肥模式促进水稻地上部分的生长,提高了水稻有效分蘖率,水稻的产量和灌溉水分生产率分别较常规施肥模式提高了11.15%和7.26%,控释肥一定程度促进水稻地上部分的生长,提高水稻产量,但水稻的有效分蘖率和灌溉水分生产率较常规肥管理低。与灌溉模式A相比,灌溉模式B水稻地上部分生长受到轻微抑制,水稻产量略有降低,但灌水量显著降低(P0.05),水稻灌溉水分生产率得到大幅度提高,平均提高0.70kg/m~3;灌溉模式C水稻灌水量大幅度降低,灌溉水分生产率也最高,但水稻生长受到抑制较为明显,水稻减产幅度较高。综上所述,灌溉模式B和生物炭与尿素肥混施为本次试验最合理的水氮管理方式。     

炭肥混施下土壤养分缓释特征与芥菜镉富集响应模拟

土壤养分有效性是影响重金属富集植物的重要因素,为研究炭肥混施下土壤养分缓释特征及芥菜镉富集趋势,试验设置施肥比例(分别为基准施肥量的0、20%、40%、70%、100%,基准施肥量为N 350 kg/hm^2、P_2O5180 kg/hm^2、K_2O 180 kg/hm^2)以及施炭比例(炭肥质量比0、3%、9%)完全组合设计。结果表明:基于Logistic曲线模型模拟炭肥混施下土壤养分缓释特征及镉富集趋势效果较好,均方根误差占实测平均值的3. 29%～8. 37%且R2不小于0. 957 0。炭肥混施下土壤养分高效缓释的施肥比例区间为0. 99%～55. 18%,相比未施炭的有效氮、有效磷最大缓释效率值分别提升49. 17%～90. 00%、13. 25%～37. 35%,高效缓释下土壤养分含量提高17. 38%～40. 93%。镉富集下芥菜生物量通过土壤养分高效缓释增长119. 65%～263. 36%,且地上部相比根部的生物量高效累积最大效率值提高166. 67%～300. 00%,有效氮、有效磷响应区间分别扩大150. 00%、12. 51%,为镉由根部向地上部的转运提供动力基础;芥菜镉含量、富集系数在土壤养分高效缓释区间增长97. 79%～201. 96%。为满足芥菜镉高效富集并兼顾肥料节约,通过模型反算得炭肥混施策略优化为:9%施炭下有效氮、有效磷和有效钾肥的比例分别为60. 58%、61. 32%、21. 48%。     

水炭运筹对寒地黑土区稻田土壤肥料氮素残留的影响

为揭示水炭运筹下肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,采用田间小区试验与微区试验相结合的方法,应用15N示踪技术,以传统淹水灌溉作为对比,研究水分管理模式和生物炭施用量二因素全面试验构成的不同水炭运筹模式下水稻收获后基肥、蘖肥、穗肥和肥料整体在稻田土壤中的残留情况,以及各阶段施用的肥料氮素残留在不同深度土层的分布规律。试验结果表明,稻作浅湿干灌溉模式不同生物炭施用水平下施用的氮肥在稻田土壤中的总残留率为28.16%~34.42%,其中基肥、蘖肥和穗肥氮素的残留率分别为27.53%~41.35%、34.32%~43.50%和11.58%~25.67%。当生物炭施加量在0~12.5 t/hm^2时,水稻收获后两种灌溉模式下基肥和蘖肥氮素在土壤中的残留量均随着生物炭施入量的增加而增大,而穗肥氮素在土壤中的残留量随生物炭施入量的增加而减小,相同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段肥料氮素在土壤中的残留率显著高于传统淹水灌溉(P<0.05),且两种灌溉模式肥料氮素在相同土层深度中的残留量差异显著(P<0.05),不同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段施用的氮肥在稻田0~20 cm土层中的残留量均高于传统淹水灌溉,而在40~60 cm土层的残留量均低于传统淹水灌溉;施加25 t/hm^2生物炭时,对稻作浅湿干灌溉模式的基肥、蘖肥和穗肥氮素在稻田土壤中的残留产生负效应。合理的水炭运筹模式能够增加耕层土壤(0~20 cm)肥料氮素残留量,减少肥料氮素损失,抑制肥料氮素向深层土壤运移,降低残留在土壤中的肥料氮素对稻田生态环境造成污染的风险。     

稻作水炭运筹下氮肥吸收转运与分配的15N示踪分析

为揭示水炭运筹管理模式下水稻对不同阶段施用氮肥的吸收利用情况,采用田间小区试验与微区结合的方法,应用15N示踪技术分别标记施用的基肥、蘖肥和穗肥,以常规淹灌作为对比,研究两种灌溉模式不同水炭运筹下水稻对基肥、蘖肥、穗肥的吸收利用、积累和转运,以及水稻成熟期不同阶段施用的氮肥在植株各器官的分配情况。试验结果表明：合理的水炭运筹能够显著提高水稻成熟期地上部的氮素总积累量、氮肥吸收利用率和产量;不同水炭运筹下肥料对氮素总积累量的贡献率为17.81%~20.60%,两种灌溉模式之间的差异不显著(P＞0.05);水稻对基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率分别为15.55%~23.31%、31.68%~44.91%、48.82%~71.18%,施加适量的生物炭能够显著提高基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率,浅湿干灌溉模式下水稻植株除对基肥的吸收利用率较低外,对蘖肥和穗肥的吸收利用率均优于常规淹灌;水稻蘖肥和穗肥吸收利用率与肥料总氮素吸收利用率呈极显著正相关(P＜0.01),基肥、蘖肥和穗肥氮素转运对籽粒的贡献率与相应的吸收利用率呈极显著正相关(P＜0.01)。合理的水炭运筹能够提高肥料氮素转运对籽粒的贡献率和氮肥吸收利用率,降低氮肥在土壤中的残留。     

缓释尿素氮素利用率及肥效试验研究

为验证缓释尿素的肥料利用率和应用效果,采用对比试验的方法,以普通尿素作对照,研究5种缓释尿素对玉米和水稻产量的影响。试验结果表明,在等养分含量处理条件下,缓释尿素对玉米和水稻两种作物均具有增产作用,但差异不显著;5种缓释尿素都能不能程度地提高玉米的肥料利用率,且效果优于水稻。     

杨木炭对东北黑土吸附猪粪沼液氮素特性的影响

为探究杨木炭对东北黑土吸附猪粪沼液氮素特性的影响,明晰其吸附机理,选取杨木炭和壤质、砂质两种黑土,以活性炭作为标准比较炭,系统研究活性炭、杨木炭的粒径及添加比例、初始质量浓度、振荡时间、温度对黑土吸附、解吸猪粪沼液中氨态氮、硝态氮特性的影响规律,并拟合等温吸附模型和吸附动力学模型。结果表明:黑土对猪粪沼液氮素的吸附能力随着活性炭和杨木炭粒径的减小、添加比例的增加而显著增加;当粒径为0. 25 mm、添加比例10%时,添加杨木炭的黑壤土和黑砂土的氨态氮、硝态氮的吸附量为224. 8、107 mg/kg和212. 4、104 mg/kg,比空白纯黑壤土和黑砂土提高388. 7%、296. 3%和453. 13%、333. 33%,比添加活性炭的黑壤土和黑砂土降低19. 71%、10. 08%和12. 38%、7. 14%,但添加杨木炭比添加活性炭对吸附平衡后沼液中氨态氮、硝态氮浓度变化影响的差异均不超过2. 5%;添加活性炭黑土、杨木炭黑土、空白纯黑土和纯炭对猪粪沼液中氨态氮的吸附过程为吸热反应,而对硝态氮的吸附过程为放热反应,且所有吸附过程均经历快速、缓慢、趋于平衡3个阶段,硝态氮快速吸附的时间更短; Freundlich、Langmuir模型和准二级模型均能较好描述其等温吸附过程和吸附动力学过程,Freundlich模型比Langmuir模型相对更优,吸附反应过程同时存在不均匀的多分子层表面物理吸附和均匀的单分子层化学吸附;添加活性炭、杨木炭黑土对沼液中氨态氮、硝态氮的吸附量越大,解吸率也越大,但解吸量远小于有效吸附量,添加杨木炭的黑壤土和黑砂土对氨态氮、硝态氮的有效吸附量比添加活性炭的黑壤土和黑砂土减少14. 57%、9. 19%和5. 34%、5. 74%。杨木炭在提高黑土对猪粪沼液氮素的吸附能力、减少猪粪沼液氮素损失方面的效果优良,可为杨木炭和猪粪沼液在东北黑土改良方面的深入研究提供理论依据。     

基于配方缓释／控释有机-无机复混肥圆盘造粒工艺的试验研究

对不加入如松藻土等粘结剂的有机-无机复混肥的圆盘造粒工艺进行了试验研究,分析了圆盘倾角、圆盘转速以及喷头喷孔直径对肥料颗粒成粒率的影响,确定了合理的缓/控释有机-无机复混肥团粒法造粒工艺。     

生物炭对鸡粪好氧堆肥主要氮素形态含量影响与保氮机制

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程氮素形态含量影响及保氮机制的研究对有害气体减排、氮素减损控制以及好氧堆肥工艺的深度优化具有重要意义。以鸡粪和麦秸为主要原料,通过添加适量生物炭,利用实验室智能型好氧堆肥反应器系统进行了好氧堆肥试验。基于获取的主要理化、生物学指标以及氮素存在形态动态数据,结合扫描电镜和主要种类微生物数量动态变化分析,研究了好氧堆肥过程主要氮素形态含量变化并初步阐释了生物炭保氮机制。研究结果表明:添加生物炭有利于鸡粪好氧堆肥过程氨气减排和减少氮素损失;堆肥过程氨气排放量与铵态氮浓度和硝态氮浓度分别呈显著正相关关系(r=0.783,p=0.0370.05)和高度显著负相关关系(r=-0.941,p=0.0170.05)。生物炭多孔结构能有效吸附铵态氮和氨气等氮素物质,降低堆体铵态氮浓度,进而减少氨气挥发;生物炭能为硝化细菌等微生物群落提供适宜的环境,有利于促进硝化反应并抑制氨气挥发。     

水炭运筹对黑土稻田N2O排放与氮肥利用的影响

为揭示水炭运筹下稻田N2O排放规律,以及各阶段施入氮肥的利用和损失对N2O排放的影响,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),采用田间小区和15N示踪微区结合的方法,研究不同水炭运筹下稻田N2O排放规律,以及基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率和损失率,并分析了N2O排放量与各阶段施入氮肥的利用率和损失率之间的关系。结果表明：两种灌溉模式水稻本田生长期N2O排放规律不同,浅湿干灌溉模式N2O累积排放量显著高于常规淹灌模式(P<0.05),施加生物炭能够有效地减少水稻本田生长期N2O排放总量。两种灌溉模式在分蘖期和拔节孕穗期N2O累积排放量较大,浅湿干灌溉模式的各生育期N2O累积排放量均高于常规淹灌,施加生物炭降低了N2O各生育期累积排放量。浅湿干灌溉模式水稻植株对基肥的吸收利用率低于常规淹灌模式,而对蘖肥和穗肥的吸收利用率显著高于常规淹灌(P＜0.05),施加适量的生物炭能够增加各阶段施入氮肥的吸收利用率。相关性分析表明,浅湿干灌溉模式下N2O排放总量与蘖肥、穗肥吸收利用率呈显著负相关(P<0.05),与基肥吸收利用率呈极显著负相关(P<0.01),常规淹灌模式下N2O排放总量与基肥、蘖肥和穗肥吸收利用率均呈极显著负相关(P<0.01);两种灌溉模式N2O排放总量与基肥和蘖肥损失率均达到显著正相关(P<0.05)。