生物炭暨秸秆炭化综合利用技术研究与应用

正针对秸秆直接还田难、综合利用率低、焚烧污染严重,土壤碳库匮缺、耕地质量提升乏力等"老、大、难"问题,本课题组率先提出了"秸秆炭化还田"新理论,确立了"以生物炭为核心,以炭化技术为基础,以生物炭基肥料和生物炭基土壤改良剂为主要发展方向,兼顾能源化利用"的技术路线。2005年以来,围绕"生物炭暨秸秆炭化综合利用技术研究与应用",项目组先后突破了生物炭规模化制备与农业应用关键技术,构建了全产业链技     

炭化秸秆还田量对土壤肥力与作物生长的影响

随着秸秆资源化利用技术的发展,秸秆炭化制成生物炭还田引起了广泛的关注。文章采用室外 盆栽的方式,以大豆为目标作物,设置5 个生物炭还田比例,研究了炭化秸秆还田量对土壤肥力以及作物生 长的影响。结果表明,不同炭化秸秆还田量均可提高土壤肥力,促进作物生长,但其作用程度存在显著差异。 土壤和作物对高还田炭量表现出较强的适应能力,还田质量比为30% 时具有最强的氮磷保留缓释能力和最高 的作物生物量与产量,综合效果最佳。     

炭化秸秆还田量对土壤肥力与作物生长的影响

随着秸秆资源化利用技术的发展,秸秆炭化制成生物炭还田引起了广泛的关注。文章采用室外盆栽的方式,以大豆为目标作物,设置5个生物炭还田比例,研究了炭化秸秆还田量对土壤肥力以及作物生长的影响。结果表明,不同炭化秸秆还田量均可提高土壤肥力,促进作物生长,但其作用程度存在显著差异。土壤和作物对高还田炭量表现出较强的适应能力,还田质量比为30%时具有最强的氮磷保留缓释能力和最高的作物生物量与产量,综合效果最佳。     

我国农村秸秆炭化还田技术取得新突破

正为解决农林废弃物特别是秸秆废弃污染等问题,沈阳农业大学教授、中国工程院院士陈温福于2005年提出了"秸秆炭化还田"理念与技术体系,从2006年起,陈温福带领研发团队与辽宁金和福农业开发有限公司协作。经过多年研发与应用,企业利用炭化炉将农民田间地头的大量秸秆和废弃物制备成为生物炭,把其作为土     

生物炭与秸秆还田对水稻土碳氮转化及相关酶活性的影响

通过秸秆炭化还田和秸秆直接还田对比试验研究生物炭与秸秆还田对土壤碳氮转化相关酶、微生物量碳及矿质态氮的影响,为秸秆炭化还田生产实践提供科学依据。采用田间微区试验,基于等氮磷钾养分设计,设置6个施肥处理:不施肥(CK)、单施生物炭(C)、单施秸秆(S)、氮磷钾化肥配施(NPK)、生物炭配施氮磷钾(CNPK)和秸秆配施氮磷钾(SNPK)。分别在水稻插秧前(BF)、分蘖盛期(TS)、抽穗期(HS)和成熟期(MS)研究土壤中β-葡萄糖苷酶活性、蔗糖酶、脲酶活性和蛋白酶活性及微生物量碳、矿质态氮含量的动态变化。结果表明:在等氮磷钾养分条件下,秸秆炭化还田和秸秆直接还田均能提高土壤β-葡萄糖苷酶、脲酶、蔗糖酶和蛋白酶活性、并能增加微生物量碳和矿质态氮含量;且生物炭配施氮磷钾化肥和秸秆配施氮磷钾化肥分别优于单施生物炭和单施秸秆;土壤中的微生物量碳、β-葡萄糖苷酶和蔗糖酶三者之间呈两两显著及极显著相关关系,相关系数分别为:0.894*,0.872*和0.956**;矿质态氮分别与蛋白酶活性、脲酶间呈极显著相关(0.966**)和显著相关(0.834*)。在等氮磷钾养分条件下,秸秆直接还田对土壤β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、蛋白酶和矿质态的促进作用优于秸秆炭化还田。秸秆炭化还田对土壤脲酶、微生物量碳提升作用优于秸秆直接还田。水稻秸秆炭化还田对土壤碳氮转化有促进作用。     

生物炭稻田施用下的土壤固碳减排效应及其微生物群落结构分析

我国每年秸秆焚烧造成大量污染,而炭化还田作为秸秆还田的重要形式之一,在杜绝秸秆焚烧所造成的大气污染的同时还可以改变土壤微生物群落结构,改善土壤理化性质,达到增肥增产的效果。本文通过静态箱-气相色谱法和高通量测序方法对经过生物炭处理的丹阳水稻实验田土壤进行了温室气体排放量和种群结构分析。结果表明:700℃炭化的生物炭性状表现优于300℃炭化的生物炭;秸秆炭化还田显著降低了N_2O、CH_4的累计排放量,而CO_2累积排放量与对照相比差异较小;秸秆炭化还田提高了土壤微生物群落多样性,且在水稻生长的不同时期群落多样性具有差异性;甲基单胞菌属、紫色非硫细菌、泉发细菌属和甲基球菌属等相对丰度与土壤中温室气体的排放量显著相关。     

秸秆炭化还田对热带土壤-水稻体系氨挥发的影响

氨挥发是稻田氮肥的主要损失途径之一。作为改良土壤和提高农业可持续性发展的优良农艺措施,秸秆炭化还田对氨挥发减排具有良好的效果。本研究通过土柱试验,设置不施氮肥(ON)、单施化肥(CT)、施用生物炭(BI)、生物炭+化肥(CBI)、添加秸秆(ST)、秸秆+化肥(CST)6个处理,研究了水稻秸秆直接还田和炭化还田对热带土壤-水稻体系氨挥发的影响。结果表明:与秸秆直接还田相比,炭化还田降低了稻田氨挥发排放通量和累积氨挥发量;与CT相比,CBI处理的累积氨挥发量减少了4.1%。这主要是因为生物炭具有独特的理化性质,可通过吸附降低田面水中铵态氮(NH₄⁺-N)的浓度。秸秆炭化还田是控制热带水稻种植系统氨挥发、减少农业面源污染的有效途径。     

秸秆炭化还田对水稻土壤肥力及水稻生长发育的影响

为研究秸秆炭化还田对水稻土壤肥力和水稻生长的影响,以无秸秆还田为对照,设置3个秸秆炭化还田处理,研究水稻田土壤养分含量、水稻生长及产量的变化特征.结果表明,秸秆还田能够显著提高土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量,提高全生育期干物质积累量和产量,其中添加炭基肥750kg/hm2处理的产量最高,比对照高出31.74％.因此,可...     

秸秆炭化还田对土壤性状和作物产量的影响

摘要： 秸秆还田产生了很好的经济效益,但仍存在问题。因此,提出秸秆炭化还田或利用,以提高秸秆综合利用率。为此,本文综述了秸秆炭化形成的生物量炭（biomass charcoal）对土壤性状和作物产量的影响。生物量炭化后与木炭相似,耐降解,可提高土壤碳库容量,减少温室气体排放。同时炭具有很大的表面积,持水性、吸附性均较强。在一定量下,施炭可增加土壤阴、阳离子交换量、吸附氮、磷及矿物离子,减少养分损失,在一定范围内,普遍能增加作物生物量和产量,因此认为秸秆炭化还田或利用是秸秆综合利用的优势途径。     

2021年十项重大引领性农业技术——秸秆炭化还田固碳减排技术 秸秆全用尽 地力必提升

正"将秸秆直接还田变为‘收储-炭化-产品化-还田’的技术链条,以炭化技术为基础,通过炭基农业投入品的产业化、规模化应用,实现农田土壤碳封存并减少温室气体排放,促进秸秆全量化利用和耕地质量提升……"日前,秸秆炭化还田固碳减排技术入选2021年农业农村部重大引领性技术。     

棉秆炭化还田对棉花生长及土壤理化特性的影响

【目的】研究西北连作棉田秸秆炭化还田对棉花生长和土壤性质的影响,提炼适宜的秸秆还田技术,为西北棉花秸秆还田提供技术支撑。【方法】试验设置为田间试验,6个处理,分别为:1、秸秆移除(CK);2、秸秆还田(S);3、有机肥还田(M);4、炭化还田(1.5Bc);5、有机肥+棉秆炭(MBc);6、炭化还田(3.0Bc)。在棉花生长后期测定棉花的生长指标、生物量、产量,并采集土样,分析相关指标。【结果】与秸秆移除(CK)相比, 棉花植株的株高、茎粗、叶长和叶宽均以有机肥还田及其与炭化还田的配合施用最大,分别增加了8.89%、11.86%、11.82%、11.39%。产量则以有机肥还田、有机肥还田与炭化还田的结合两个处理对产量的提高幅度最大, 分别为43.06%、37.01%,其次是1.5Bc和3.0Bc两个处理,均显著增加了棉花产量,分别达到了18.15%、30.25%;地上部干物质积累以3.0 t炭化还田处理提高幅度最大, 达到了34.94%,地下部以秸秆直接粉碎还田提高幅度最大,为62.92%;土壤性质则以3.0tBc处理对土壤饱和含水量和田间持水量的增加幅度以及对土壤容重的降低幅度最大, 分别达到了11.03%、10.02%、4.77%。【结论】有机肥还田、炭化还田及其配施能够有效的促进棉花生长,增加棉花干物质积累,提高产量,改善土壤性质。     

减氮条件下秸秆炭化与直接还田对旱地作物产量及综合温室效应的影响

[目的]本文旨在研究秸秆及生物质炭形式还田下减施氮肥对旱地作物生产及温室效应影响,以期为农业低碳生产及秸秆资源化利用提供依据。[方法]本研究选取华北平原典型旱地土壤(褐土)为研究对象,设置不同施氮水平并配合秸秆直接还田与生物质炭还田施用,对连续两个作物生长季(玉米-小麦)的产量及温室气体排放进行观测。共设置了7个施肥处理:1)不施肥处理(CK);2)常规秸秆还田配施全量化肥氮处理(SN100);3)秸秆还田配施化肥减氮10%处理(SN90);4)秸秆还田配施化肥减氮20%处理(SN80);5)生物质炭配施全量化肥氮处理(BN100);6)生物质炭配施化肥减氮10%处理(BN90);7)生物质炭还田配施化肥减氮20%处理(BN80)。采用静态箱-气相色谱法,在玉米-小麦轮作体系中进行全生育期土壤温室气体排放观测,并测定作物产量。[结果]在保持作物产量稳定的条件下,秸秆两种还田方式均可降低10%~20%的氮肥施用,但秸秆还田配合氮肥减施对作物产量的影响因作物类型而异。减施氮肥显著影响土壤温室气体排放,N_2O随氮肥施用量减少显著降低;CH_4排放主要表现为弱吸收汇;而秸秆还田处理的CO2排放随氮肥的减少而呈增加趋势,对应生物质炭还田处理的CO_2排放变化趋势相反。进一步结合作物产量分析表明,相对于常规秸秆还田措施,秸秆直接还田和炭化还田配合氮肥减施可使土壤温室气体排放强度(GHGI)分别降低36.40%~40.48%和40.48%~53.50%。[结论]生物质炭还田可在稳定旱地作物产量的前提下实现氮肥减施与低碳生产。     

秸秆直接还田与炭化还田对热带土壤-水稻系统氨挥发的影响

氨挥发是稻田氮损失的主要形式之一。本研究采用温室土柱试验方法,设置不施氮肥(0N)、秸秆还田(ST)、生物炭(秸秆炭化)还田(BI)、常规施肥(CF)、秸秆还田配施氮肥(NST)、生物炭还田配施氮肥(NBI)6个处理,研究等量氮素投入条件下秸秆还田及其炭化还田对热带土壤-水稻系统氨挥发排放的影响。结果表明,与CF处理相比,NST处理在分蘖期显著(P<0.05)降低了田面水的pH值,提高了田面水的NH⁺₄-N含量;NBI处理显著(P<0.05)提高了水稻成熟期的土壤pH值和土壤NH⁺₄-N含量,降低了土壤NO^-₃-N含量。总的来看,NBI处理在试验条件下对土壤氨挥发具有较好的抑制作用,氨累积挥发量较CF处理显著(P<0.05)降低28.9%。     

逐年全量秸秆炭化还田对水稻产量和土壤养分的影响

为探究逐年全量秸秆生物质炭化还田模式对水稻产量及土壤养分的影响,在浙北一处中产单季稻田连续开展4年(2013—2016)的田间试验。试验包含三个处理:CK:对照(无任何水稻秸秆或生物质炭还田);RS:水稻秸秆全量还田(8 t·hm~(-2)·a~(-1));RSB:全量水稻秸秆炭化还田(2.8 t·hm~(-2)·a~(-1))。收获期测定水稻株高、籽粒产量、土壤pH、阳离子交换量(CEC)、总碳(TC)、总氮(TN)、有效态营养元素P、K、Ca、Mg、Zn、Al、Fe和Mn含量,并在此基础上探究全量秸秆炭化还田对水稻产量和土壤养分的影响机制。结果表明:RSB能显著提高水稻株高和籽粒产量(P0.05),且增幅大于RS;RSB能明显提高土壤TC、TN、有效态P、K、Ca、Mg含量,降低过量有效态Al、Fe、Mn含量;RSB对土壤养分的提高更大程度上是由于秸秆生物质炭间接增强了土壤C、N元素及速效养分的累积;RSB增产的关键因素是土壤TC、TN、有效态K、Mg含量的提高以及有效态Al含量的降低。逐年全量秸秆生物质炭化还田持续增产增肥效果显著,是稻田生态系统极具潜力的秸秆资源利用模式。     

连年秸秆与生物炭还田对盐碱土理化性状及水稻产量的影响

【目的】为了农业可持续发展推进秸秆综合利用及改良盐碱土,研究了连年秸秆与生物炭还田对盐碱土理化性状及水稻产量的影响,并对两种还田方式应用效果进行了比较。【方法】试验在盆栽条件下,采用单因素完全随机设计,设置空白及常规施肥对照(CK0和CK),分别以7500、16 500 kg/hm2(49. 5、108. 9 g/盆)不同量的生物炭与秸秆还田,每一处理连年进行相同量、相同物质还田。【结果】连续4年秸秆还田均显著或极显著降低了土壤的容重,且还田量越大降低幅度越大;生物炭还田差异均不显著;土壤孔隙度变化规律与容重相反。各处理均不同程度的降低了盐碱土pH,且还田量108. 9 g/盆均显著低于49. 5 g/盆,秸秆还田极显著低于相同量的生物炭还田。生物炭还田土壤全盐量均与CK接近,秸秆1、秸秆2还田量与CK相比全盐含量分别降低了31. 6%和10. 8%。连年秸秆还田均极显著提高了土壤碱解氮,但生物炭还田有所降低;各处理均显著或极显著提高了土壤有效磷和速效钾,且以秸秆还田提高的幅度更大;各处理均提高了土壤有机质,生物炭和秸秆均达到极显著水平,秸秆还田量与CK相比分别提高9. 6%和7. 8%。【结论】2种物质还田均以生物炭2、秸秆2处理的产量极显著高于CK,且以秸秆还田高于对应量生物炭还田;秸秆还田的穗数高于对应量生物炭还田;各处理的穗粒数均显著高于CK,相同还田量时以生物炭还田的穗粒数、结实率高于秸秆还田;各处理千粒重均高于CK。连年生物炭和秸秆还田主要通过显著降低盐碱土容重和p H,提高土壤氮磷钾含量和孔隙度导致每穴穗数和穗粒数增加从而实现了增产。相同还田量时,以秸秆还田氮磷钾的农学利用率和偏生产力提高幅度大于生物炭还田,与CK相比增幅均表现为钾肥磷肥氮肥。     

辽宁省秸秆资源及秸秆还田的问题与对策

辽宁省拥有丰富的农作物秸秆资源,总量达3 195.8×104t。文中在介绍辽宁省秸秆利用现状、秸秆资源分布状况、秸秆还田方式的基础上,提出了目前辽宁省秸秆还田的主要问题是秸秆还田技术不成熟、秸秆资源利用率不高、机械化程度不高、相关法规及补贴政策较少,农民认识不足,并提出了加强秸秆还田技术研究、大力推广普及机械化秸秆还田、健全和完善秸秆禁烧的法律法规、政府加大扶持力度,加强农技宣传,提高农民认识水平等对策措施。     

南方双季稻区生物质炭还田模式生态效益评价

应用生态经济系统能值分析理论与方法,引入环境污染指数和能值反馈率2个新的指标,分析了无秸秆还田(CK,即常规施肥处理)、低量秸秆还田(LS)、高量秸秆还田(HS)、低量秸秆源生物质炭施用(LC)和高量秸秆源生物质炭施用(HC)5种秸秆还田模式的能值效益,从农业可持续发展水平来评价南方双季稻区最佳管理模式。结果表明:秸秆还田显著增加了农田温室气体能值产出,LS、HS处理分别是CK处理的1.94倍和2.92倍,分别减少了8.13%和10.80%的水稻生物量能值产出。秸秆源生物质炭还田温室气体能值产出与常规施肥处理(CK)差别不大,但明显低于秸秆直接还田,减少了49.10%~59.36%。秸秆源生物质炭还田增加了水稻生物量能值产出,比常规施肥处理(CK)增加了4.32%~10.49%,比秸秆直接还田增加了16.96%~20.27%。5种秸秆还田模式,能值产投比早稻季依次为:LC> HC> CK> HS> LS,晚稻季依次为:HC> LC> CK> LS> HS。综合评价双季稻生态系统可持续发展水平,早稻和晚稻季节HC均高于其他模式。因此,从能值效益角度,高量秸秆源生物质炭还田是该区域双季稻生产中最优的秸秆还田模式,可以大力推广。     

不同反应条件下番茄秸秆水热生物炭的理化性质和微观结构变化

为探究炭化温度和裂解时间对番茄秸秆水热生物炭（TSHB）微观结构、理化性质、主要成分及炭化效率的影响,并获得高效的炭化条件,采用低耗能的水热炭化法将番茄秸秆裂解为番茄秸秆水热生物炭。设置3个炭化温度（180、220、260℃）和4个裂解时间（2、4、6、8 h）,共12个处理,研究不同组合的炭化温度和裂解时间对番茄秸秆水热生物炭形貌结构、功能基团、pH值、电导率（EC值）、生物炭成分的影响,并分析番茄秸秆水热生物炭主要成分的变化。结果表明,番茄秸秆多孔且中空的维管束结构有利于水分和热量在番茄秸秆内部的快速传递,增加水热炭化温度能加速破坏番茄秸秆维管束结构和将条状番茄秸秆炭化为颗粒状水热生物炭。番茄秸秆水热生物炭的功能基团主要是脂肪醚C-O、烷烃C-H、饱和脂肪酸酯C-O、胺C-N以及细胞壁基团C-O、C=O、C-N、C-O-C。提高炭化温度可增加番茄秸秆水热生物炭功能基团数量,但炭化温度达到260℃时,明显破坏且大幅度减少番茄秸秆水热生物炭功能基团数量。水热炭化法制备的番茄秸秆水热生物炭为酸性生物炭（pH值5.13～5.33）。在相同的裂解时间下,相较于180℃和260℃炭化温度,22...     

两箱式烟气间接加热固定床炭化炉研究

为解决小型农户处理秸秆的问题,设计两箱式烟气间接加热固定床炭化设备,成捆炭化生物质秸秆。该设备利用外加热、高温烟气辅助加热提高炭化室温度分布均匀性,减少热损失。选取刚收获不久的玉米秸秆作为炭化原料,以玉米秸秆的固定碳含量、炭产率、炭化终温为指标,利用正交试验研究风机转速、加热时间、扎捆直径三个可控参数对设备炭化性能的影响。结果表明,设备运行良好,进风量、加热时间、扎捆直径对固定碳含量均有显著影响;扎捆直径对炭产率和炭化终温影响最大。确定最优方案为风机转速2 800 r·min-1、 加热时间4 h、扎捆直径35 cm,此时设备产炭总体收益最高。     

秸秆炭化还田技术列入农业绿色发展集成示范项目

正近日,农业农村部印发的《农业绿色发展技术导则(2018—2030年)》指出,到2030年,全面构建高效、安全、低碳、循环、智能、集成的农业绿色发展技术体系。被农业部选入"秸秆农用十大模式"进行重点推介的秸秆炭化还田技术,也在本次《导则》中成为"环保高效肥料农药与生物制剂"集成示范项目之一。据了解,"农作物秸秆炭化还田-土壤改良技术"是通过对农作物秸秆进行限氧热裂化,生产出生物质炭基材料、木醋液和秸秆气。生物质炭孔道发达,具有极好的保水保墒、提