生物质炭在农田生态系统中的应用

近年来,生物质炭作为一种应对气候变化实现农田生态系统固碳减排的重要措施,被广泛应用于各类室内以及田间试验中,因此施用生物炭已经成为一种实现农田生态系统固碳减排的双赢策略。通过总结归纳生物炭对作物产量、酸性土壤理化性质、温室气体排放以及固碳等方面的影响,以期为实现生物炭在农田生态系统中的推广应用提供理论依据。     

生物质炭对土壤温室气体排放影响机制探讨

生物质炭可降低土壤中温室气体的排放,减缓全球气候变暖的进程。目前有关生物质炭对土壤温室气体减排的机制研究较少,文章从对土壤元素的吸附、改善土壤理化性质和影响土壤功能微生物种群结构与活性三个方面探讨了生物质炭影响温室气体排放的机制。     

江西省贵溪冶炼厂周围蔬菜地重金属污染状况评价研究

通过现场采样调查及室内样品分析，研究了贵溪冶炼厂附近蔬菜地土壤及作物的重金属含量。结果表明，该区土壤已受到严重污染，特别是Cu、Cd含量全部超标，作物产量和品质均明显下降，已不适于继续食用。     

生物质炭的固碳减排与合理施用

近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库,但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放,但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外,还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上,提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。     

生物质炭对城市污泥堆肥温室气体排放的影响

采用城市脱水污泥为研究对象,设置两种堆肥处理(试验组:添加水稻生物质炭;对照组:未添加生物质炭),考察污泥堆肥过程温室气体动态变化特征以及添加生物质炭的影响。结果表明:生物质炭能提高堆体温度、延长堆体高温期、加快堆体腐熟,减少堆体TC(总碳)、TOC(总有机碳)和氮素损失(特别是减少NH_4~+-N的损失),两种处理TC、TOC和TN(总氮)均呈显著性差异(P0.05)。CH_4排放主要集中在高温期和降温期,占CH_4总排放量的76.40%~82.40%,添加生物质炭会促进CH_4排放。CO_2排放主要集中在高温期和降温期,占排放总量的78.77%~78.83%,添加生物质炭能减少CO_2排放。超过84%的N_2O排放集中在腐熟期,添加生物质炭能减少堆肥过程中N_2O排放,试验组N_2O累积排放量比对照组低18.94%。添加生物质炭对污泥堆肥处理具有一定的温室气体减排作用,试验组与对照组CO_2排放当量(以干污泥计)分别为60.21 kg·t~(-1)和67.19 kg·t~(-1),添加生物质炭能减排温室气体10.39%。     

生物质炭对农田土壤的影响

生物质炭具有丰富的孔隙结构和表面性能、巨大的比表面积、植物生长所需营养元素、较高的化学稳定性和较强的阳离子交换能力等特点,因而其在土壤改良、污染物吸附、固碳减排、土壤修复等领域具有特别大的应用前景.该文概述了生物质炭的作用及其研究进展,同时指出,目前生物质炭应用技术的研究还处于起步阶段,生物质炭的研究工作还有待于深入和加强.     

小麦秸秆生物质炭添加对第四纪红壤CO_2和N_2O排放的影响

生物质炭具有含碳量高、吸附性强、不易分解等特点,农田施用生物质炭被认为是一种新型的土壤固碳和温室气体减排措施。本研究以第四纪红色粘土母质发育的红壤为对象,添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、0.5%、1%、2%和2.5%w/w),以不添加生物质炭处理为对照,在25℃恒温,保持田间持水量稳定的条件下,进行60 d的室内培养,通过测定培养期间土壤CO_2和N_2O排放与相关土壤性质,分析其动态变化,探讨生物质炭添加对红壤CO_2和N_2O排放的影响及其机制。结果表明,生物质炭添加极显著的影响CO_2和N_2O排放(P0.01)。在培养期的前15 d,尤其是前2 d,与对照相比,生物质炭添加促进了CO_2排放,且随着添加量的增加而增加,这与生物质炭本身含有的可溶性有机碳分解和无机碳释放有关。与CO_2排放相反,在培养期的前10 d,生物质炭添加较对照降低了N_2O排放。这是由于生物质炭吸附土壤中的NH4+-N,降低了硝化过程产生的N_2O排放所致。在培养期的15~60 d,与对照相比,各生物质炭处理均显著降低了CO_2的排放(P0.05),降幅达8.2%~18.4%。培养10 d之后,与对照相比,生物质炭增加了土壤N_2O排放。从整个培养期来看,与对照相比,生物质炭添加促进了CO_2(0.5%生物质炭处理显著降低,P0.05)和N_2O排放,增幅分别为-6.3%~18.7%和16.9%~58.5%。研究表明,在室内培养条件下小麦秸秆生物质炭添加促进了第四纪红壤的CO_2和N_2O排放,该结果可以为田间条件下应用生物质炭作为减排措施提供参考。     

成都市近郊蔬菜地土壤重金属污染状况调查与评价

为研究四川省成都市近郊蔬菜地土壤重金属污染情况,以成都市近郊主要蔬菜地为调查对象,采集了30个土壤样本,对土壤中重金属元素镉、铅、铜、锌、镍、铬的含量进行测定,结合国家相关土壤质量标准,采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤重金属污染状况进行分析和评价.结果表明：该区域蔬菜地土壤存在轻度镍、镉、铜污染,且镍的污染程度最严重,锌、铬存在潜在危害.     

我国城郊菜地土壤和蔬菜重金属污染研究现状与展望

对我国城郊菜地土壤和蔬菜重金属污染现状、重金属污染研究以及重金属污染土壤的治理对策进行了论述，并结合我国国情提出了今后这一领域的研究工作重点。     

基于整合分析方法评价我国生物质炭施用的增产与固碳减排效果

通过搜集公开发表的文献资料,运用整合分析方法(Meta-analysis)研究生物质炭施用对我国农作物产量和土壤固碳减排潜力的影响。结果表明,生物质炭施用显著提高了作物产量,平均增产幅度为15.1%,其中旱作作物平均增产16.4%,水稻增产10.4%。试验土壤和生物质炭材料本身的理化特性与田间管理方式均会影响生物质炭施用下作物的增产幅度。土壤酸碱度和质地是影响增产幅度的重要因素:强酸性土壤中施用生物质炭作物增产幅度显著高于中性和碱性土壤;黏土和砂土中施用生物质炭作物增产幅度显著高于壤土。生物质炭生产过程中的炭化温度对作物产量有重要影响,当炭化温度高于550℃时,作物增产不显著。生物质炭施用显著降低了农田土壤氧化亚氮(N_2O)排放量和稻田甲烷(CH4)排放量,平均降低幅度分别为13.6%和15.2%。土壤酸碱度和质地显著影响N_2O减排幅度;生物质炭在中性和碱性土壤中的减排效果显著高于酸性土壤,而在强酸性土壤中N_2O减排效果不显著;不同质地土壤中N_2O的减排效果表现为壤土砂土黏土,壤土减排量达33.9%。氮肥施用量高于150 kg·hm-2时,N_2O减排效果显著。稻田土壤施用生物质炭N_2O减排效果优于旱地。土壤质地和酸碱度显著影响稻田CH4排放对生物质炭输入的响应,强酸性或砂性土壤中施用生物质炭CH4减排效果明显,其减排幅度分别为46.1%和25.9%。我国农田中施用生物质炭,有利于达到增产和固碳减排的效果。今后生物质炭的农田施用应优先选择施用到酸性、黏性或砂性等肥力较差的土壤中,优先选择旱作农田;生物质炭制备时应将炭化温度控制在550℃以下。     

施用棉花秸秆生物质炭对华北平原农田温室气体排放的影响

以我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在常规施肥的情况下,研究了4种不同剂量棉花秸秆生物质炭[CK、C1(2.25 t/hm2生物质炭)、C2(4.5 t/hm2生物质炭)、C3(9.0 t/hm2生物质炭)]对土壤理化性质及温室气体(CH4、N2O)通量的影响,结合作物产量评估了不同处理对全球温室效应和温室气体强度的影响。结果表明:添加生物质炭不能显著影响土壤CH4的累积排放量。在夏玉米季,仅C2和C3处理可以显著降低土壤N2O累积排放量,分别为37.19%和48.58%;在冬小麦季,添加生物质炭处理均可以显著降低土壤N2O的排放,达24.26%～48.02%。路径分析结果表明,土壤NH4+-N含量是土壤N2O排放通量的主要影响因子。在夏玉米季,C2和C3处理可以显著增加玉米产量,分别达9.46%和10.99%;在冬小麦季,仅C3处理可以显著增加小麦产量,达7.13%。添加4.5 t/hm2和9 t/hm2的生物质炭处理可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度,而添加2.25 t/hm2的生物质炭处理仅在冬小麦季可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度。综上所述,将棉花秸秆转化为生物质炭用于华北平原农田,既能增加作物产量,又能降低温室气体排放。     

生物质炭添加对农田温室气体净排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,降低农田温室气体排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭是生物质在缺氧条件下热解产生的固体物质,因其含碳量高、难于分解、比表面积大、疏松多孔等特性,已成为农田温室气体减排研究中人们关注和研究的热点。通过综述农田添加生物质炭对温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响及其机制,以及对温室气体净排放[包括净增温潜势(NGWP)、温室气体净排放(NGHGE)和温室气体排放强度(GHGI)]的影响等方面的国内外研究进展,并结合目前国内外生物质炭的研究现状,提出了未来生物质炭在农田温室气体减排领域的研究方向,旨在为生物质炭在农田温室气体减排中的应用提供思路和参考。     

生物炭对山西菜地土壤温室气体排放强度的影响

试验采用室内培养结合气相色谱法,研究了秸秆生物炭与氮肥配施对土壤含水量60%、温度恒定26℃下的菜地土壤氧化亚氮(N_2O)、甲烷(CH4)与二氧化碳(CO_2)排放量的影响,以期为我国菜地土壤温室气体减排提供科学依据。结果表明,山西菜地土壤N_2O、CH4与CO_2的平均排放通量变幅分别为0.000 333～0.993μg/(m~2·h)、-0.005 34～0.005 86 mg/(m~2·h)和2.525 2～39.922 1 mg/(m~2·h);单施氮肥(N)和生物炭与氮肥配施(NB)均促进了土壤N_2O与CO_2排放;与不施生物炭和氮肥处理(CK)相比,N处理的N_2O与CO_2累积排放量分别为CK的22.3、1.07倍,NB处理的N_2O与CO_2累积排放量分别为N处理的1.34、1.24倍;各组处理中CH4排放规律不明显,其中,NB处理对CH4的排放表现为吸收,N、NB与CK间CH4排放差异不显著;与CK相比,N和NB处理都增强了GWP,较CK分别增加了22.13、29.8倍。综上所述,在室内培养条件下,秸秆生物炭与氮肥配施对菜地温室气体无减排作用。     

湛江市郊蔬菜地土壤重金属空间分布特征及来源分析

[目的]探究湛江市郊蔬菜地土壤重金属污染现状及来源,为农产品安全生产提供参考依据.[方法]测定广东省湛江市郊麻章区、赤砍区和霞山区蔬菜地29个土壤样品的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Ni和Zn 8种重金属含量,并分析其空间分布特征,对研究区污染情况进行单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和潜在生态风险指数法综合评价,结合相关性分析和主成分分析探讨其重金属来源.[结果]湛江市郊蔬菜地8种重金属元素含量平均值均未超过国家土壤环境质量二级标准限值,但个别样点的Cd、Hg、Cu和Zn等元素含量超标;除As外,其余重金属元素含量平均值均超过广东省砖红壤背景值;且含量空间差异较明显,高值区多出现在霞山区.研究区蔬菜地土壤重金属综合污染指数为安全等级,但逼近警戒值0.7;土壤重金属为强潜在生态风险.土壤中Pb、Cu、Cr、Ni、Cd和Zn间具有强相关性,主成分累积贡献率达60.045%,反映这些重金属元素可能具有相近或相同的污染来源;As与Hg间相关性极显著(P<0.01),但与其他元素相关性不明显,主成分方差贡献率为22.064%,说明这两种重金属元素具有同源性.[结论]湛江市郊蔬菜地重金属污染属于安全范围,但存在强潜在生态风险,主要受工业生产、农药化肥和生活排污的影响.     

秸秆生物质炭对红壤酸度的改良作用:回顾与展望

回顾了近年来用秸秆生物质炭改良红壤酸度和钝化污染红壤中重金属等方面的研究进展,并对该领域未来的发展趋势作简要展望。     

高原湖泊杞麓湖流域典型蔬菜地土壤及周边水质特征

为了了解杞麓湖流域农田、水体的营养状况,于流域内湖泊周边蔬菜地采集耕层土壤样品以及相应位置的水体样本,测定了土壤养分状况和水体富营养化参数,并对各个参数间的相关性进行了分析。结果表明:杞麓湖流域的土壤TNS、TPS、SOM含量极丰富,均值均处于1级丰富度;但就区域分布而言,杞麓湖的东部和北部农田养分含量较低,而西部和南部的养分含量较高;杞麓湖水质参数TNW含量、TPW含量和COD的均值都达到了地表水劣Ⅴ类水平;土壤的SOM含量与TNS含量呈显著正相关,水体中的TNW含量与TPW含量呈显著正相关关系。根据杞麓湖流域的土壤及水体养分特征,提出了相应的种植及截污对策。     

高原湖泊杞麓湖流域典型蔬菜地土壤及周边水质特征

为了了解杞麓湖流域农田、水体的营养状况,于流域内湖泊周边蔬菜地采集耕层土壤样品以及相应位置的水体样本,测定了土壤养分状况和水体富营养化参数,并对各个参数间的相关性进行了分析.结果表明:杞麓湖流域的土壤TNS、TPS、SOM含量极丰富,均值均处于1级丰富度;但就区域分布而言,杞麓湖的东部和北部农田养分含量较低,而西部和南...     

生物质炭对猪粪堆肥过程中氮素转化及温室气体排放的影响

为了解不同比例生物质炭的添加对猪粪和稻草堆肥过程中氮素损失及温室气体排放的影响,监测了堆置过程中铵态氮、硝态氮、氨挥发及温室气体的变化。试验设猪粪秸秆对照(B0)以及猪粪秸秆中添加5%(B1)、10%(B2)、15%(B3)生物质炭共4个处理。结果表明:添加生物质炭能够提高堆体温度,缩短堆肥周期,B3处理的堆体比B0处理提前3 d进入高温期;高温期B0、B1、B2、B3各处理堆体中NH+4含量分别比初始值增加6.6%、41.8%、51.9%、48.6%。与B0相比,添加生物质炭能够显著增加高温期堆体NH+4含量,减少高温期NH+4向NH3的转化,显著降低堆肥过程中的氨挥发,其中B1、B2、B3氨挥发累计量比B0分别减少23.1%、68.6%、78.4%;B2处理与B0相比能够显著减少CO_2排放总量,而B1、B3处理效果不显著,但能够显著减少堆肥过程中CH4的排放;与B0相比,添加生物质炭处理CH4排放总量降低16.3%~23.5%,且可显著降低堆肥过程中N_2O的排放,其中B2、B3的N2O排放总量比B0减少70.7%。     

生物质炭对退化蔬菜地土壤的改良效果

[目的]探讨生物质炭改良退化蔬菜地土壤性状的效果,为消除退化蔬菜地障碍因子提供科学依据.[方法]采用盆栽试验方法研究生物质炭施用对退化蔬菜地土壤养分、酸碱度和微生物组成等的影响,设不施化肥或生物质炭作对照、仅施用化肥的常规施肥、仅施用生物质炭和混施化肥与生物质炭等4个处理.[结果]与对照和常规施肥处理相比,施用生物质炭的两个处理均降低了土壤容重,增强了土壤通气性,且显著提高了土壤pH、有效钙、有效镁、有效钼、有效硅含量和微生物生物量碳,降低了土壤交换性酸.施用生物质炭还可增加土壤中放线菌和细菌数量,降低土壤真菌数量,增加土壤B/F（细菌＋放线菌/真菌）值.施用生物质炭对土壤全磷、全氮和水溶性盐分等的影响不明显.[结论]生物质炭能够明显提升蔬菜连作地土壤质量和改善其生物学环境,适用于改良退化蔬菜地.     

生物质炭对长期铅镉复合污染土壤微生物群落丰度及活性的影响

采集3种不同程度(低、中、高)铅(Pb)和镉(Cd)长期复合污染农田土壤进行90 d盆栽试验,研究了2%和4%(炭/土质量比)生物质炭施用对土壤养分、重金属含量、土壤微生物丰度和活性的影响,旨在探明生物质炭对长期重金属污染抑制土壤微生物活性的缓解作用。结果表明:相比低水平铅镉污染土壤,长期中、高水平铅镉污染显著降低了土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFA)总量(降幅分别为14%和24%)、革兰氏阴性细菌数量(34%和47%)和真菌数量(56%和57%),提高了细菌胁迫指数(增幅分别为178%和163%)和土壤基础呼吸(51%和73%),且微生物活性受重金属抑制作用随污染程度提高而加剧;相反,生物质炭添加使3种污染土壤可提取态铅和镉的含量分别降低了65%~71%和28%~52%,显著提高了土壤革兰氏阳性(平均14%)和阴性细菌(30%)、真菌数量(32%)、脱氢酶活性(426%)和底物诱导呼吸速率(99%),降低了细菌胁迫指数(20%)。铅镉污染和生物质炭处理均改变了土壤微生物群落结构,且两者具有显著的交互效应。冗余分析表明,土壤铅、镉总量和可提取态含量是影响土壤微生物群落结构变异的主导因素。可提取态铅和镉的含量与微生物丰度呈显著负相关,而土壤pH、有机碳和全氮含量与微生物丰度呈显著正相关。研究表明,生物质炭施用可减轻重金属污染对土壤微生物活性的胁迫作用,促进微生物生长及其潜在的养分周转功能。