生物炭对宁南山区马铃薯土壤理化性状及水分运移的影响

为宁南地区马铃薯种植中高效利用有限降雨提供参考,通过使用生物炭改良土壤理化性状,比较不同用量生物炭对土壤水分保蓄能力的影响,明确生物炭在宁南地区的合理用量。结果表明:在宁南山区,生物炭对马铃薯土壤物理性状及水分运移有明显影响,可显著提高马铃薯耕层土壤田间持水量和含水量,降低土壤容重,增加毛管孔隙度,进而提高土壤水分利用效率,实现高产。马铃薯生产中生物炭的最佳施用量为20t/hm2,该条件下田间持水量为14.91%,比对照(空白)提高1.23~3.07百分点;容重1.24g/cm3,比对照增加0.01~0.18g/cm3;毛管孔隙度18.38%,较对照增加0.65~1.36百分点;提高马铃薯单株结薯个数、单株块茎重、单薯重、商品薯率;马铃薯平均产量2 480kg/667m2,水分利用效率85.92kg/(hm2·mm),产量和水分利用效率较对照分别增加49.04%和48.14%。     

生物炭肥对土壤理化性质及马铃薯抗病性的影响

为验证生物炭肥对东川“红土地”土壤理化性质及马铃薯抗病性的影响,采用塘施和墒面撒施2种方式开展生物炭肥在马铃薯上的应用效果研究。结果显示,播种前施用生物炭肥可显著减缓马铃薯种植后土壤pH的下降,加速土壤有机质的降解,减缓土壤中水解性氮和有效磷含量的下降,显著增加土壤速效钾含量,提高马铃薯茎粗和植株覆盖度,显著提高马铃薯抗晚疫病、青枯病和疮痂病能力,显著提高马铃薯单株结薯数、单薯均重、单株产量、产量。施用2 000 kg/hm²的生物炭肥,采收后pH降幅比CK减少76.12%,有机质降解率比CK提高34.29%,水解性氮含量降幅比CK少74.72%,速效钾增加量是CK的2.85倍,对马铃薯晚疫病的防效为51.18%,马铃薯产量为37.02 t/hm²;塘施1 000 kg/hm²的生物炭肥有效磷含量降幅比CK低20.41%,对青枯病和疮痂病的防效分别为60.38%和54.78%。由此可知,生物炭肥用量越高越有利于土壤理化性质改良、提高马铃薯抗晚疫病能力和产量;将生物炭肥塘施更有利于提高马铃薯抗青枯病和疮痂病能力。     

改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展

土壤镉砷复合污染已成为一个严重的环境问题,由于镉砷具有相反的化学性质,运用生物炭修复镉砷复合污染土壤效果不佳,而改性生物炭在修复镉砷复合污染土壤方面取得了显著的成果。本文介绍了生物炭制备的方法与理化性质,总结了生物炭修复单一镉、砷污染的效果与机理,并阐述了生物炭处理复合污染的不足和难点。重点综述了改性生物炭的制备方法及理化性质,改性生物炭修复土壤镉砷复合污染的影响因素,以及改性生物炭处理镉砷复合污染的效果与机理。与原始生物炭相比,改性生物炭对镉砷具有更高的吸附性能,在复合污染土壤修复中表现出明显优势。但是,改性生物炭的回收问题尚未完全解决,解吸再生和老化问题需要深入研究,改性生物炭仍具有广大的研究和发展前景。     

垫料生物炭对土壤镉的钝化作用

在500℃条件下采用限氧热解法制备垫料生物炭和秸秆生物炭,研究垫料生物炭对土壤中镉的钝化效果。通过分析添加垫料生物炭后土壤pH和镉形态的变化,并用小青菜盆栽试验和土柱淋滤试验等评估垫料生物炭对土壤镉固定效果的影响,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,添加垫料生物炭和秸秆生物炭后,镉污染土壤的pH值均显著升高;两种生物炭对镉都有很强的固定效果,能显著降低镉的生物有效性,向镉污染土壤中分别施加5%的垫料生物炭和秸秆生物炭后,在培养60 d时的降低程度为24.88%和21.94%;添加垫料生物炭和秸秆生物炭能提高小青菜的产量,并有效降低小青菜对镉的吸收,降幅分别为37.21%和29.70%;垫料生物炭对土壤镉污染的修复效果优于秸秆生物炭。     

生物炭添加对土壤腐殖物质组成的影响

为研究生物炭施入对土壤腐殖物质及组成的影响,将2种不同温度(350、550℃)下制备的稻壳生物炭分别以1%、3%、5%的比例加入供试土壤中共培养,采集培养后0、30、120、240 d的样品,提取土壤中的腐殖物质并进行分析。结果表明,随着2种温度制备的生物炭与土壤共培养的进行,土壤腐殖酸含量均呈先升高后降低的趋势,并随培养时间及生物炭添加比例增加而明显减少;土壤胡敏酸含量的变化趋势与腐殖酸一致,低温制备生物炭的添加可提高土壤胡敏酸E4/E6值,并随生物炭添加量的增加而增加,从而使土壤腐殖物质芳香缩合度降低;而高温制备生物炭则会增加土壤腐殖物质中芳香族成分的含量;此外,2种不同温度制备生物炭的输入均会使土壤胡富比值(H/F)低于未添加生物炭土壤。     

秸秆生物炭还田应用及环境风险综述

生物炭是生物质在限氧环境下通过热化学转化得到的产物。农作物秸秆数量多、来源广,是制备生物炭的主要原料。秸秆生物炭在改善土壤通气性、改良土壤酸性、提高土壤阳离子交换量及促进土壤微生物的生长方面具有较好的效果。但秸秆生物炭对土壤的改良效果受原料种类、制备工艺、土壤环境等多方面因素影响,且长期还田效应仍不明确。综述秸秆生物炭还田对土壤理化性质改良、污染修复和粮食产量提升等方面的影响,并就秸秆生物炭原料管理、制备过程、施用过程及长期效应等方面讨论秸秆生物炭还田的环境风险,最后对秸秆生物炭未来研究方向进行展望,以期为秸秆生物炭的合理应用提供参考。     

生物炭和微生物肥对水蜜桃产量和品质的影响

以生物炭和微生物肥为材料,研究生物炭不同用量(2、4 kg·m^-2),及其与微生物肥(0.75 kg·m^-2)组配对山地和平地水蜜桃果园土壤全氮、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量,叶片全氮、全磷、全钾含量,及单株坐果数量、单株产量、单果鲜重和果实甜度的影响。结果表明,无论是在山地还是平地果园,与不施用生物炭和微生物肥的对照相比,施用适当量的生物炭和微生物肥可提高土壤有机质含量和水蜜桃叶片中的全磷、全钾含量,促进果树对养分的吸收,提高单株坐果数量、单株产量、单果鲜重、果实甜度。生物炭的施用量并不是越多越好,且微生物肥与生物炭具有协同增效作用。综合来看,在本试验条件下,施用2 kg·m^-2的生物炭和0.75 kg·m^-2的微生物肥的效果最好。     

生物炭与生物炭基肥利用研究进展

生物炭由于其自身具有的优良性状,可以用作土壤改良剂,改善土壤条件与环境。将生物炭与肥料融合制备生物炭基肥,在秉承其原有优良特性的基础上,能进一步促进作物增产,并对减少化肥施用具有重要意义。文章在总结国内外已有研究的基础上,从生物炭与生物炭基肥对土壤的物理、生化性状及对作物生长的影响进行综述,并简要综述不同量的生物炭基肥替代化肥施用对土壤与作物生长的影响,阐述当前生物炭与生物炭基肥研究中存在的问题与不足,提出进一步的研究方向,旨在为农业生产提供施肥依据。     

添加生物炭对土壤酶活性的影响

为了探明添加生物炭对土壤酶活性的影响,以花生壳为原料在450℃条件下制备生物炭,通过向土壤中添加不同量的生物炭进行室内培养,对土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性的动态变化进行了分析。结果表明:添加生物炭对土壤蔗糖酶和脲酶活性有显著的促进作用,尤其是高水平添加量对2种酶的促进作用显著高于中低水平添加量;生物炭对土壤过氧化氢酶活性的影响表现为前期抑制后期促进,其促进作用弱于蔗糖酶和脲酶,中低水平的生物炭添加量对过氧化氢酶的促进作用显著高于高水平添加量。     

添加生物炭对土壤酶活性的影响

为了探明添加生物炭对土壤酶活性的影响,以花生壳为原料在450℃条件下制备生物炭,通过向土壤中添加不同量的生物炭进行室内培养,对土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性的动态变化进行了分析。结果表明:添加生物炭对土壤蔗糖酶和脲酶活性有显著的促进作用,尤其是高水平添加量对2种酶的促进作用显著高于中低水平添加量;生物炭对土壤过氧化氢酶活性的影响表现为前期抑制后期促进,其促进作用弱于蔗糖酶和脲酶,中低水平的生物炭添加量对过氧化氢酶的促进作用显著高于高水平添加量。     

生物炭裂解温度和施用水平对土壤导水率的影响

为定量研究生物炭对土壤导水率的影响机制,采用控制生物炭的裂解温度为200、400、500、600℃,生物炭的施用水平为2%、5%(质量比)的方法,利用HYPROP实时测定土炭混合物在蒸发过程中张力的变化,并开展了一系列的相关试验,研究分析生物炭对土壤非饱和导水率的影响机制,以及生物炭裂解温度和生物炭施用水平与土壤非饱和导水率之间的定量关系。结果表明:(1)在低生物炭(2%)施用水平下,生物炭的裂解温度越高对土壤的持水能力改良效果越好;(2)在高生物炭(5%)施用水平下,裂解温度为400℃时制备出的生物炭,对土壤持水能力的改良效果最好;(3)生物炭对土壤导水率的影响同时受到生物炭施用水平和生物炭裂解温度2个因素的共同作用。     

蔬菜秸秆生物炭对日光温室黄瓜连作土壤性状及植株生长的影响

为探明不同蔬菜秸秆生物炭对日光温室连作土壤的改良效果,采用盆栽试验,研究了番茄（F）、甜椒（T）、茄子（Q）3种秸秆生物炭及其不同用量（风干土壤质量的2.5%、5%、7.5%）对黄瓜连作土壤性状及植株生长的影响。结果表明：3种蔬菜秸秆生物炭均能够提高土壤pH和EC值,增加土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量,增强土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性;适宜用量的蔬菜秸秆生物炭可以促进连作黄瓜生长,提高根系活力、叶片光合速率以及POD、SOD和CAT活性;相同用量下,甜椒秸秆生物炭改良黄瓜连作土壤的效果最好,茄子秸秆生物炭效果较差;相同秸秆生物炭,番茄秸秆生物炭用量2.5%、甜椒和茄子秸秆生物炭用量5%改良黄瓜连作土壤的效果较好。综合评价,甜椒秸秆生物炭按照土壤质量比的5%施用可有效改良黄瓜连作土壤。     

生物炭对噻虫胺在土壤中吸附和降解的影响

为探究由不同热解温度和原材料制备的生物炭对噻虫胺在黑土中吸附和降解的影响,以玉米秸秆和猪粪为原材料,分别在300、500℃和700℃下限氧热解制备了六种生物炭,并将其添加到黑土中,研究生物炭对土壤理化性质与噻虫胺在土壤中吸附-降解的影响。结果表明:添加生物炭可显著提高土壤的pH、有效态磷和有机碳含量,降低土壤的H/C。噻虫胺在土壤及生物炭-土壤混合体系中的吸附过程符合Freundlich模型。添加生物炭显著提高了土壤对噻虫胺的吸附,且吸附量随生物炭热解温度的升高而增大。不同热解温度的生物炭对噻虫胺在土壤中降解的影响不同。高温生物炭-土壤混合体系的强吸附能力降低了噻虫胺被微生物降解的速率,但噻虫胺在低温生物炭-土壤混合体系中具有相对较高的微生物降解速率。因此,在利用生物炭修复农药污染土壤时应该充分考虑生物炭的类型和性质。     

磷基生物炭对重金属的吸附效果及其环境风险分析

土壤重金属污染是近年来的研究热点,研究表明,含磷物质和生物炭均能降低土壤重金属污染程度,但是两者的结合对土壤中不同重金属的吸附效果及其潜在风险则鲜有关注。基于此,该文综述了磷基生物炭的制备方法,分析了磷基生物炭对不同重金属固定效果的影响因素,阐述了磷基生物炭固定重金属过程中可能存在的环境风险,并提出了在磷改性生物炭基础上负载金属氧化物的建议,以期为治理土壤重金属污染提供参考。     

基于生物炭性能提升技术的稻田重金属污染修复策略研究展望

通过对生物炭吸附重金属机理相关文献的综合分析,并借鉴生物炭在水体及土壤环境中对重金属吸附性能的提升途径,初步探讨了在修复稻田土壤重金属污染中提升生物炭吸附性能的策略。就生物炭的制备过程而言,宜选择秸秆类、木质类作为制备源,这样可以降低二次污染风险;较高的制备温度有利于实现污染钝化效果的稳定性,较低的热解速率则可构造生物炭良好的孔隙结构,有助于污染修复效果的提升。就生物炭的改性策略而言,官能团修饰方法不仅可以增加修复效果的稳定性,还可实现对特定重金属污染的专性修复;磁性加载方法可实现土壤与重金属分离,有助于污染彻底修复,但亦须考虑过高过低载Fe量存在增加植物富集重金属的风险;酸改性技术存在活化土壤重金属的风险,但可选择磷酸类等具备多角度改性功能的酸类,以保证修复效果。     

基于生物炭性能提升技术的稻田重金属 污染修复策略研究展望

通过对生物炭吸附重金属机理相关文献的综合分析,并借鉴生物炭在水体及土壤环境中对重金属吸附性能的提升途径,初步探讨了在修复稻田土壤重金属污染中提升生物炭吸附性能的策略。就生物炭的制备过程而言,宜选择秸秆类、木质类作为制备源,这样可以降低二次污染风险;较高的制备温度有利于实现污染钝化效果的稳定性,较低的热解速率则可构造生物炭良好的孔隙结构,有助于污染修复效果的提升。就生物炭的改性策略而言,官能团修饰方法不仅可以增加修复效果的稳定性,还可实现对特定重金属污染的专性修复;磁性加载方法可实现土壤与重金属分离,有助于污染彻底修复,但亦须考虑过高过低载Fe量存在增加植物富集重金属的风险;酸改性技术存在活化土壤重金属的风险,但可选择磷酸类等具备多角度改性功能的酸类,以保证修复效果。     

不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除性能及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除效果和微生物群落的影响,获得去除土壤阿特拉津的最佳生物炭类型,为阿特拉津污染农田土壤的强化修复提供参考。【方法】以牛粪、甘蔗渣和污泥为原材料制备生物炭,分别于0、10、20、30和40 d测定阿特拉津降解率及土壤pH、有机质含量、腐殖质含量、酶活性和细菌群落结构,并采用冗余分析探明阿特拉津降解率与环境因子及土壤细菌群落结构的相关性。【结果】添加生物炭可明显促进土壤中的阿特拉津降解,3种生物炭的降解率排序为甘蔗渣生物炭(67.94%)>牛粪生物炭(58.39%)>污泥生物炭(48.63%)。同时,添加生物炭显著提高土壤p H、有机质和腐殖质含量(P<0.05,下同),提升微生物活性和群落结构多样性,加速阿特拉津的生物降解,以甘蔗渣生物炭效果最显著,相较于不添加生物炭(CK),pH提升23.76%,有机质含量升高4.39 g/kg,腐殖质含量升高2.24 g/kg。此外,施入生物炭显著提高土壤脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性,并促进阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)和小单孢菌科(Micromonosporaceae)的相对丰度提升。冗余分析表明,环境因子及降解功能微生物均对阿特拉津的降解做出贡献,甘蔗渣生物炭处理与pH、有机质、阿特拉津降解率及腐殖质呈正相关。【结论】施入生物炭可改善土壤理化性质(pH、有机质和腐殖质),明显提升阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科、伯克氏菌科、链霉菌科、微球菌科和小单孢菌科相对丰度,进而加速土壤中阿特拉津的去除,以甘蔗渣生物炭的效果最佳。收集废弃甘蔗渣制成生物炭,既可实现农业废弃物的回收利用,又能助力农田土壤中阿特拉津污染修复和地力提升。     

2种生物炭对Pb、Cd污染土壤的修复效果

以污泥和发酵床废弃垫料热解制备的生物炭为钝化剂,采用土壤培养试验的BCR分级提取方法研究生物炭对铅(Pb)、镉(Cd)单一和复合污染土壤中重金属形态变化的影响。采用小白菜盆栽试验,研究添加2种生物炭对植株生物量和地上部重金属含量的影响。结果表明:添加生物炭可以促进重金属从弱酸提取态向可氧化态和残渣态转化并降低其生态风险;可以提高小白菜的生物量,其中垫料生物炭处理达到了显著性效果;能降低小白菜地上部Pb、Cd的含量,且在单一重金属污染土壤处理中达到显著性效果;与污泥生物炭相比,垫料生物炭钝化修复Pb、Cd污染土壤的效果更佳。     

生物炭对铅矿区污染土壤修复效果的稳定性研究

为探究生物炭钝化修复铅矿区污染土壤的稳定性以及对土壤质量的影响,采集了山西省某铅矿区表层土壤,将500℃下制备的麦秆生物炭和玉米秆生物炭按照0 （对照）和5%质量比分别添加到污染土壤中进行30 d恒温恒湿、30轮（历时30 d）干湿交替和冻融循环3种老化试验。结果表明： 3种老化条件下,玉米秆生物炭对土壤中Pb的钝化效果均好于麦秆生物炭,与各自对照相比,添加玉米秆生物炭处理Pb的有效态含量分别下降了47.4%、16.1%和45.0%。3种老化条件下,玉米秆生物炭未对基于蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性的土壤酶综合活性指标产生负面影响。因此,玉米秆生物炭比麦秆生物炭具有更高的用于原位修复铅矿区污染土壤的潜力。     

生物炭改性及其在农田土壤重金属修复中的应用研究进展

当前农田土壤重金属污染现象十分严重,给农产品与食品安全带来严重威胁。生物炭因其特殊的结构及表面活性,加之原材料来源广、制备简单且环保,故在农田土壤重金属修复中受到越来越多的关注及应用,但初始生物炭对土壤重金属的固持效果还未达到理想状态。因此,对生物炭进行各种改性以提高其对重金属的固持效率已成为土壤污染修复领域的一个研究热点。综述国内外在生物炭热解前、共热解和热解后(化学浸渍、物理球磨和辐照)等多种改性方法与吸附、络合反应、沉淀等修复重金属机制方面的研究进展;并从改性生物炭的应用对农田土壤中重金属及其他理化性质、生物性状和农作物生长的影响等方面来诠释改性生物炭的研究意义;最后提出了可将生物炭磁性改性与共裂解、球磨改性等技术有机结合,在未来实践中利用磁性技术将施用时间较长、吸附饱和的生物炭进行回收,实现改性生物炭安全、高效、灵活应用,为改性生物炭的后续研究和应用提供理论基础和技术支撑。