生物炭的结构及其理化特性研究回顾与展望

作为新兴技术,生物炭技术及其应用在近年发展迅速,但由于来源、材质、炭化工艺等存在较大差异,导致生物炭特性及应用效果千差万别,研究结果难以比对甚至相悖,在一定程度上阻碍了生物炭研究与应用的发展。为此,本文从制约生物炭功效发挥的关键因素,即生物炭的结构及理化特性入手,系统梳理了近年有关生物炭的定义、形成、结构、元素及其主要理化特性和调控技术等方面的研究进展,总结分析了生物炭结构及其理化特性的共性、差异性特征及规律,厘清了有关生物炭特性及功能的基本观点、现状和共识。认为,生物炭的结构及其理化特性是影响生物炭作用、功能及效果的最主要因素,决定了生物炭的应用领域、范围、量级、目标和方向,采用改性或优化调控技术是发挥生物炭功效优势、潜力与价值的关键。并从资源与环境的"循环、可持续"发展角度,结合生物炭研究与应用实际,探讨了未来有关生物炭理化特性研究的基本原则和方向,旨在为生物炭基础科学研究与应用技术发展提供基础和参考。     

生物炭对东北黑土理化性质影响研究

为探明生物炭对我国黑土理化性质的影响,本研究通过大田试验,设置了设计5个处理,1个空白对照,每个处理0.06 hm2,共3个重复,分别为600 kg/hm2,1200 kg/hm2,1800 kg/hm2,2400 kg/hm2,3000 kg/hm2其依次定为T1、T2、T3、T4、T5,空白对照为CK。研究表明：在土壤物理性状方面,生物炭能够提高土壤空隙度、电导率以及持水量,同时降低土壤容重;在化学养分方面,生物炭能够有效提高土壤有机碳、破解氮、有效磷、有效钾的含量;在供试作物方面,生物炭能够有效提高根系活力以及总根尖数。总之,改善土壤物理结构以及其他物理性状,同时提高土壤养分含量,促进作物根系活力以及根尖数的提高,但对于生物炭对不同土壤作用的特点、施用量以及作用程度还有待进一步研究。     

大豆蚜虫生物防治技术研究的回顾与展望

大豆蚜(Aphis glycines)又名腻虫,蜜虫,是我国是大豆生产中重要的害虫之一,对我国的大豆产量及品质造成了严重的影响,近年来已经成为全球性的害虫。为了更好地可持续防治蚜虫的危害,笔者综述了大豆蚜的天敌的应用、植物源提取液对蚜虫的防治、抗蚜大豆资源筛选与生物防治技术等方面的研究。并对未来大豆蚜的可持续控制提出自己的一点建议。     

不同裂解温度的污泥生物质炭理化特性分析

研究裂解温度对污泥生物质炭基础理化性质的影响,为安全、合理、高效处置污泥提供理论依据。将干燥污泥分别在200、300、500、700℃下进行热裂解处理(SBC200、SBC300、SBC500、SBC700),获得污泥生物质炭,测定其基础理化特性。结果表明:不同温度制备的污泥生物质炭表面颗粒结构完好,孔径范围均集中在10～50μm,其中低温生物质炭SBC200表面较光滑,最可几孔径和中值孔径最大,分别为20.1μm和14.8μm,高温生物质炭SBC700表面较粗糙,比表面积最大,为5.98 m²/g。随裂解温度的提高,污泥生物质炭的产率、含水量、电导率、挥发分、阳离子交换量显著下降,全碳、氧、全氮、氢含量、有效磷和铵态氮均逐渐降低,pH和灰分含量显著增加。将污泥制备成生物质炭,是安全处置污泥的有效途径,低温制得的污泥生物质炭具有更大的提高土壤肥力的潜力,而高温制得的生物质炭在改良土壤酸性的应用上具有更大的潜力。     

冬虫夏草研究回顾与展望

冬虫夏草为稀有的名贵药材,是麦角菌科真菌冬虫夏草[Cordyceps sinensis（Berk．）Sacc．]寄生在蝙蝠蛾科昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体的复合体,主要分布于青藏高原海拔3600～5000m的部分地区。目前由于其资源的枯竭和独特的药用价值而日益成为研究的热点。系统论述了中国冬虫夏草的研究概况,包括近20年来冬虫夏草的无性型、寄主昆虫蝙蝠蛾、工业发酵等方面的研究、利用,为下一步的研究工作提供可靠依据。     

生物炭的稳定性及其评价方法

围绕生物炭稳定性概念,论述了其影响因素,并对比分析生物炭稳定性的研究方法及预测模型。结果表明,生物炭稳定性的基础是其具有高度芳香化结构和土壤团聚体的保护作用,温度、原料及环境条件是影响生物炭稳定性的主要因素,生物炭稳定性最优评估方法为同位素标记法和双指数模型相结合,但其仍具有一定的局限性。在此基础上,指出不同土壤类型、轮作方式及预测模型是当前生物炭稳定性研究的前沿领域和深化方向。     

回顾与展望

1月16日，中国花卉协会在北京召开了会长座谈会，在京的近10位会长、副会长到会。大家一起讨论了中国花卉协会秘书处2008年工作总结和2009年工作计划，并对新形势下花卉产业所面临的机遇与挑战进行了分析。2008年是不平凡的一年。中国花卉协会完成了七博会的前期筹备，举办了第五届中国花卉产业高峰论坛、第十届中国国际花卉园艺展，积极支持参与了各分会举办的花事活动，并在花卉标准化、推进现代花卉业发展上做了大量的工作。     

甘薯挤压工艺条件及其理化特性研究

以甘薯为原料,采用挤压膨化技术对甘薯挤压工艺条件及其理化特性进行研究。结果表明,影响甘薯粉挤压膨化的主要因素是膨化温度,其次是螺杆转速和物料粒度,物料含水量影响最小,最佳工艺条件是物料粒度40目、物料含水量28%,螺杆转速400 r/min,膨化温度165℃。在此工艺条件下甘薯粉的糊化度为90.11%。甘薯经挤压后总糖含量明显上升,可溶性纤维含量增加,淀粉含量显著下降,蛋白质、不溶性膳食纤维含量减少,吸水指数和水溶性指数大幅度提高,甘薯的理化特性得到改善。     

不同水稻品种支链淀粉结构的差异及其与淀粉理化特性的关系

利用改进的基于DNA测序仪的荧光糖电泳法对我国不同品质类型水稻品种和部分外引水稻品种的支链淀粉链长分布特征进行了测定,在尽量排除直链淀粉含量(amylose content,AC)对淀粉理化特性影响的基础上,分析了支链淀粉结构与稻米淀粉理化特性的相关性。结果表明,根据∑DP≤11/∑DP≤24的链长比值,可将50个供试品种的支链淀粉分为I型和II型两种结构类型,I型支链淀粉的链长比值小于0.22,II型支链淀粉的链长比值大于0.26。15个粳稻品种的支链淀粉结构属II型,35个籼稻品种中有15个品种的支链淀粉结构属I型,20个品种属II型。相关分析结果表明,∑DP6～11和链长比值与起始成糊温度(pasting temperature,PT)和相对结晶度(relative crystallinity,RC)呈极显著负相关;∑DP28～34与PT呈极显著负相关,与RC的相关性不显著;∑DP13～24和∑DP39～49与PT呈极显著正相关,与RC呈显著正相关。在糯稻、低AC和高AC品种中,∑DP6～11、∑DP13～24和链长比值与PT的相关性与在全部品种中的相关性一致,与RC的相关性也与全部品种中的相关性基本一致。∑DP28～34与PT在低AC品种中,∑DP39～49与PT在糯稻和高AC品种中、与RC在高AC品种中的相关性也与全部品种中的相关性具有一致性。不同链长范围的支链数量比例与GC(gel consistency)和RVA谱特征值的相关性基本不显著。可见支链淀粉不同链长范围的支链数量比例主要与淀粉的PT和RC相关,而与淀粉的GC和RVA谱特征值关系不密切。     

生物炭及其与化肥配施对灰潮土土壤理化性质、微生物数量和冬小麦产量的影响

为弄清生物炭在灰潮土上的施用效果,促进生物炭的科学应用。采用田间试验,研究了空白对照(CK)、单施生物炭(B)、单施化肥(F)和生物炭与化肥配施(BF)4个处理对灰潮土土壤理化性质、微生物数量和冬小麦产量的影响。结果表明：单施生物炭与空白对照相比,以及生物炭化肥配施与单施化肥处理相比,施用生物炭均能显著提高土壤有机碳和速效钾含量,但对土壤容重、pH、碱解氮、速效磷的影响不显著;施用生物炭后土壤中的细菌和放线菌数量增加且在越冬期达到显著差异水平,但真菌数量表现出一定的降低趋势。与空白对照相比,单施生物炭秸秆和籽粒干重分别增加6.8%和4.2%;与单施化肥相比,生物炭与化肥配施秸秆和籽粒干重分别提高4.4%和16.5%。因此,生物炭能有效改善灰潮土土壤理化性质,提高细菌和放线菌数量,且在一定程度上促进冬小麦产量的提高。     

沟垄覆膜对连作马铃薯土壤酶活性、理化性状及产量的影响

以当地主栽品种“新大坪”为试验材料,采用大田定位试验,研究了平畦不覆膜(CK)、平畦覆膜(T1)、全膜垄播(T2)、全膜沟播(T3)、半膜垄播(T4)、半膜沟播(T5) 6 种栽培模式对连作马铃薯土壤酶活性、理化性状及产量的影响。结果表明,沟垄覆膜栽培可不同程度提高马铃薯连作田土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性,其中 T2 对 3 种酶活性的提高效果最为显著;沟垄覆膜可降低土壤 pH,从而改善马铃薯根际土壤的理化性状,且以 T2 对土壤化学性质的改善最为明显,沟垄覆膜可不同程度提高土壤电导率;此外,沟垄覆膜栽培还可以显著提高马铃薯块茎的产量,其中T2 增产幅度最高可达 75%。本研究以期为半干旱地区马铃薯连作障碍的克服及提高马铃薯产量提供理论依据。     

生物炭施入对盐碱土壤影响的研究现状

盐碱土壤是中国重要的一种中低产土壤类型,由于土壤退化,盐碱地成了重要的后备耕地资源。生物炭作为农业的土壤改良剂、碳封存体和肥料的缓释载体越来越被广泛地认识和关注,在促进农业可持续发展中前景重大。通过综合分析生物炭的施加对盐碱土壤的物理化学性质、养分含量变化、微生物方面及作物生物量的研究进展,分析生物炭在盐碱地的改良效果,总结了生物炭在盐碱地改良的可能机制,以期为盐碱地的治理提供参考。     

PEG和干旱胁迫对3种纤维亚麻幼苗理化特性的影响

旨在为筛选耐旱的纤维亚麻种质提供参考。选用‘天鑫3号’、‘YOI303’、‘双亚5号’3个纤维亚麻品种种子经培养皿滤纸法进行PEG胁迫种子萌发试验,萌芽种子经盆栽获得幼苗,对幼苗进行了盆栽控水试验,研究了幼苗对干旱胁迫的理化响应。结果表明,随着干旱胁迫的加剧,3个品种纤维亚麻幼苗的株高、根长、叶绿素含量有下降趋势,脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、CAT活性呈总体上升趋势,但不同种源的变化幅度有所不同。综合评价认为,‘YOI303’亚麻品种耐旱性最好,其次是‘天鑫3号’与‘双亚5号’。     

工厂化杏鲍菇菌渣生物炭制备及质量评价

为了更好地利用菌渣制备稳定、优质的生物炭,以12种不同原料配方工厂化杏鲍菇菌渣为材料,建立高温裂解生物炭制备工艺,利用孔雀石绿吸附能力对生物炭进行快速质量评价。12种菌渣理化性质表现出一定差异。以X₀组菌渣为材料,12种处理炭得率为26.00%~47.17%,且随着温度升高而降低。综合炭得率、孔雀石绿吸附率和能耗,确定400℃、2.5 h为菌渣生物炭最适制备条件。以该条件制备的11种菌渣生物炭各组间炭得率无显著差异,对400 mg/L孔雀石绿2 h吸附率均达到95%以上,表明具有良好的孔隙度和吸附效果。本研究建立了一种菌渣生物炭制备工艺和评价方法,为工厂化菌渣生物炭化利用提供理论和实践依据。     

秸秆生物炭在农田中的应用研究综述

生物炭作为一种土壤改良剂应用到农田土壤中,能够在很大程度上改善土壤物理结构、提高土壤养分转化效率,缓解不合理生产制度所造成的土壤退化问题,对促进农业增产、保障国家粮食安全、提高土壤资源的可持续利用具有重要意义。本文通过分析和总结国内外专家对秸秆生物炭在农田中应用的研究成果,提出今后的研究方向,为农业生产中生物炭的应用提供理论支持。通过查阅和分析相关文献、资料,重点讨论了不同材料、热解温度的生物炭对农田土壤理化性质和作物生长的影响。目前,国内外对生物炭在改善土壤质量和生产力等方面的应用进行大量的试验,虽取得了一定的成果,但尚未形成一套完整的理论体系来阐述生物炭的生产方式、施用量等对农业生产的影响。土壤是一个复杂的环境,多种因素起着冲突作用,土壤—生物炭的相互作用还未完全被了解,在今后的研究中可适当调整实验设计,最大限度提高生物炭性能。     

合理氮肥用量改善冬小麦土壤耕层细菌群落结构及理化性质研究

通过对黄土高原地区冬小麦在不同施氮水平下土壤细菌群落多样性和理化性质的研究,揭示不同施氮量下土壤细菌群落结构的变化规律,为科学施肥以及土壤生态系统的可持续提供依据。本试验处理为5个不同施氮(N)量0 (N0)、90 (N6)、180 (N12)、240 (N16)、300 (N20) kg/hm²,N0处理为对照,采用高通量测序技术,研究不同施氮量对小麦耕层土壤细菌群落结构及理化性质的影响。结果表明：增施氮肥显著增加了土壤水稳性团聚体平均重量直径(MWD)(P<0.05)。随着施氮量的增加,土壤酶活性先升高后下降,在N12处理下土壤酶活性均最高。施氮量对土壤细菌多样性指数有显著影响。不同施氮量处理中土壤细菌16S rRNA基因拷贝数为6.47×10¹⁰～15.18×10¹⁰,在N12处理达到最大值。在门水平上,15个样品获得的类群中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和芽单胞菌门(Gemmati...     

不同种类生物炭对植烟土壤微生物及根茎病害发生的影响

采用田间试验研究了稻壳炭、木屑炭对烤烟根区土壤微生物、根茎病害发生以及烟叶产量的影响。结果表明,生物炭施用明显影响着烤烟根区土壤微生物数量及其对碳源的利用,进而影响着青枯病、黑胫病的发生情况和烟叶的产量、产值,但其效果因生物炭种类而异。木屑炭处理烤烟旺长期细菌和采烤前放线菌的数量明显比对照增加了11.7%和12.8%,而稻壳炭处理旺长和初烤时的真菌数量显著增加。植烟土壤中青枯菌和黑胫病菌的数量及其占微生物总量的百分比也以施用生物炭处理显著低于对照,而烤烟旺长期根区微生物对碳源的利用能力则相反;到烟叶采烤前,根区微生物对酚酸类和胺类的利用以生物炭处理相对最低;上述情况以木屑炭处理较稻壳炭处理更为明显。与对照相比,木屑炭处理青枯病的发病率和病情指数降低了24.3%和33.3%,黑胫病的发病率和病情指数降低了23.9%和14.9%,产量和产值增加了4.7%和21.1%;稻壳炭处理青枯病发病率和病情指数降低了18.1%和23.9%,黑胫病的发病率和病情指数降低了15.9%和6.0%,产量和产值增加了2.2%和12.0%。综合而言,施用生物炭能较好地改善土壤微生物状况及其对碳源的利用,减少青枯病和黑胫病的发生,增加烟叶的产量和产值;其中以木屑炭处理效果更佳。