生物炭与氮肥配施在玉米生产中的应用

玉米作为我国种植面积广泛的粮食作物之一,提高氮肥利用率是实现玉米高产优质的必然趋势.生物炭孔隙发达、吸附性好、官能团种类多样、阳离子交换能力强等特性,赋予了其改良土壤环境、提高氮肥利用率的潜力.该文在总结生物炭和氮肥利用现状的基础上,分析了生物炭对土壤氮素及质量的影响,以及生物炭配施氮肥对玉米产量及氮效率的影响,并展望了生物炭配施氮肥在玉米生产上的应用前景,旨在为生物炭与氮肥配施在农业生产上的应用提供参考.     

农业废弃物制备生物炭方法及应用现状

农业废弃物是指在农产品生产、再生产过程中,由于资源的投入和产出的差异,导致资源利用中物质和能源的流失。农业废弃物产量日益增多,但没有得到合理利用,对环境造成污染。利用农业废弃物制备生物炭是一种有效的资源化利用方式,已成为国内外研究热点。本文主要归纳总结了农业废弃物制备生物炭的4种方法及其优缺点,并对生物炭在土壤改良、环境修复和气候变化的应用进行了分析,以期为生物炭在农业领域的应用开发提供依据。     

生物炭对玉米根系生长和氮素吸收及产量的影响

为了评估生物炭在玉米生产上的应用潜力与价值,探究生物炭对玉米根系生长、氮素吸收及产量的影响。采用田间试验,设置单施氮肥处理(N)和生物炭与氮肥配施处理(NS),以不施氮肥不施生物炭处理为对照(CK),分析施炭条件下,土壤理化性质,玉米根系生长、氮素吸收及产量的变化规律。结果表明:生物炭与氮肥配施显著降低土壤的容重,增加土壤的全氮和有机碳含量,促进灌浆期根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累;增加玉米灌浆期的总根长、根表面积及根系活跃吸收面积;与单施氮肥相比,生物炭与氮肥配施显著增加玉米的百粒重6.03%,提高玉米产量9.06%。相关分析表明,施用生物炭对玉米根系特征有显著正效应,从而促进根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累。可见,与单施氮肥相比,生物炭与氮肥配施可促进玉米根系生长和对氮素的吸收利用,提高玉米的产量。     

轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为研究

秸秆的综合利用日益受到关注,为利用轻度炭化技术制备的生物炭以提高玉米秸秆的燃烧值,降低其运输、储存成本,采用微分热重分析仪(DTG)研究了轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为。结果表明:通过TG-DTG三点法得到生物炭的燃烧点为303.89℃。利用Arrhenius方程,可知玉米秸秆生物炭的燃烧为一级反应,活化能为35.45kJ·mol-1。     

生物炭配施化肥对土壤肥力及玉米生长的影响

采用盆栽试验,以果园废弃枝条生物炭为试材,研究了不同用量生物炭与化肥配施(生物炭用量设4个水平(B0. 0 g/kg、B1. 1.25 g/kg、B2. 5 g/kg、B3. 20 g/kg),化肥用量设2个水平(F0. 0 g/kg、F1.当地推荐施肥0.27 g/kg,共组合为8个处理))对玉米田土壤肥力、玉米干物质量及养分含量、玉米根系形态性状变化的影响。结果表明,生物炭与化肥配施在一定程度上改善了土壤理化性质,显著提高了土壤有机碳、全氮、碱解氮含量,但对速效磷、速效钾含量和p H的影响差异不显著;生物炭配施化肥促进了玉米对氮素、磷素的吸收,对钾素及玉米生物量的影响差异不显著;生物炭配施化肥增加了玉米总根长和根表面积,但对根直径及根体积影响差异不显著。研究结果可为生物炭在农业生产中的大规模应用及玉米高效增产提供技术支撑。     

生物炭对盐碱土壤理化性质、生物量及玉米苗期生长的影响

采用实验室模拟和玉米盆栽种植试验相结合的方法,研究了添加不同用量的玉米秸秆生物炭后,盐碱土中基础养分含量、p H值、CEC含量、水溶性盐含量、土壤酶活性、微生物生物量及玉米苗期生长的变化,以期为玉米秸秆生物炭在盐碱土壤改良中的应用提供参考。结果表明,随着生物炭用量的增加,盐碱土壤中有机碳含量明显提高,是原土含量的1.35~1.51倍,矿质态氮、有效磷及速效钾含量变化较小;p H值降低幅度不大;水溶性盐含量降低明显;添加玉米秸秆生物炭能够显著提高土壤中阳离子交换量及酶活性;生物炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加生物炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高6.50%~96.67%和42.86%~162.96%。同时,生物炭使土壤代谢熵分别降低了2.13%、8.51%、15.60%;生物炭能够促进玉米苗期的生长,对玉米株高、茎粗都有促进作用。总的来说,生物炭对盐碱土壤具有良好的改良效果。     

施用生物炭和接种AM真菌对玉米砷含量的影响

为了探究重金属胁迫下生物炭和AM真菌的协同效应,研究了煤矿区污染情况下施用生物炭和接种AM真菌对玉米重金属As含量和土壤有效态As含量的影响。结果表明,施用生物炭和接种AM真菌均能够降低玉米重金属As含量,也能够降低土壤有效态As含量。而施用生物炭和接种AM真菌结合对降低玉米重金属As含量和土壤有效态As含量效果最佳。施用生物炭和接种AM真菌复合处理与对照相比分别降低玉米地上部、根系和土壤有效态As含量74.47%、56.07%、74.22%。该结果可为生物炭和接种AM真菌联合用于玉米安全生产和修复土壤重金属污染提供理论支撑。     

生物炭对宁夏新垦地玉米产量及农艺性状的影响研究

为探明生物炭对宁夏新垦地玉米的增产作用,研究了不同生物炭施用量对玉米产量及其构成因素、农艺性状的影响。试验结果表明:施用生物炭明显提高了玉米产量和干物质累积量,且对玉米各部分干物质累积量增加的促进作用从大到小为茎叶根。施用生物炭15 t/hm2处理下玉米产量达17.4 t/hm2,增产20.8%;干物质累积量达225.2 g/株,增加46.5%。主要原因为施用生物炭增加了玉米穗粗、穗长、穗行数和行粒数,降低了玉米秃尖长。表明,在宁夏新垦地施用生物炭对促进玉米生长、提高玉米产量有重要作用。     

玉米秸秆生物炭对暗棕壤性质和氮磷吸附特性的影响

玉米秸秆生物炭在增加土壤肥力、促进作物生长特别是在控制氮磷面源污染方面具有重要作用。以玉米秸秆为生物质材料,在450℃碳化温度下制备了玉米秸秆生物炭,并将玉米秸秆生物炭以不同比例与暗棕壤混合,玉米秸秆生物炭所占质量比分别为0,0.5%,1%,2%,培养30 d后进行土壤基本理化性质测定和对氮磷的模拟吸附试验。结果表明:添加玉米秸秆生物炭能够加深暗棕壤颜色,提高暗棕壤有机质、全氮、全磷以及有效氮、速效磷的含量。可用Lagergren准一级动力学方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附动力学过程;可用Langmuir方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附热力学过程。随着玉米秸秆生物炭添加量的增加,暗棕壤对氮磷的吸附速率常数增大,对氮磷的饱和吸附量增加,对氮磷的固定能力增强。     

不同生物炭施用量在玉米上的应用效果研究

为探索生物炭对玉米生长和产量的影响,开展了不同生物炭施用量对玉米生长和增产效果的研究。结果表明,施用生物炭对玉米的性状基本无影响,对玉米产量影响极显著,施用生物炭4 500～5 250 kg/hm~2能够使玉米增产10%～15%。     

生物炭对土壤理化性质及玉米生长影响的研究进展

生物炭具有多孔性、高阳离子交换量和低容重等良好的理化特性,对改良土壤性状及作物生长有一定的积极作用。本文分析了生物炭的特性,探讨了生物炭对土壤理化性质及玉米生长方面的影响,对生物炭今后的研究趋势与前景进行了展望,说明了生物炭在农业领域存在巨大的发展潜力,旨在为生物炭对土壤相关特性及玉米生长方面的影响研究提供参考。     

不同配比炭基肥对玉米生长、土壤养分及呼吸的影响

为了探索适合种植玉米施用的生物炭基肥料,采用箱式试验研究了生物炭、复合肥料及不同配比的炭基肥对玉米生长、土壤全氮、有效磷、速效钾、土壤呼吸的影响。结果表明:不同配比的生物炭基肥均较单施生物炭或单施复合肥对玉米植株干物质积累、土壤全氮、有效磷、速效钾有一定促进作用。不同配比的炭基肥处理中,肥炭比为8∶2或7∶3对玉米植株生长及提高土壤性状较突出,为较优炭基肥比例。生物炭和生物炭基肥对土壤呼吸均有一定促进作用,这可能是生物炭自身特殊的性质与结构发挥的作用。     

生物炭及炭肥对玉米苗期性状的影响

本文采用盆栽试验,研究施入化肥、生物炭、生物炭肥对玉米苗期性状的影响。研究表明:生物炭肥、生物炭、化肥对玉米出苗率、植株和根系鲜重、干重、根系活力均较对照有促进作用,且这种促进效应表现为生物炭肥化学肥料生物炭。     

生物炭与不同肥料配施对玉米产质量的影响

为玉溪市玉米施肥提供科学依据,采用田间试验方法,研究单施化肥、化肥+生物炭、单施沼肥、沼肥+生物炭、单施有机肥和有机肥+生物炭对玉米产质量的影响。结果表明:在单施化肥、沼肥和有机肥中,以施用沼肥的玉米产量最高,为1 427.48kg/667m~2,施用沼肥较化肥和有机肥分别提高14.18%和15.77%,化肥+生物炭较单施化肥提高10.31%,沼肥+生物炭较单施沼肥玉米产量无明显变化;化肥与生物炭配施可降低玉米中锌、铜、镉、铅、砷、汞、铬和钾等重金属含量,玉米的品质提高;沼肥与生物炭配施可明显降低玉米中锌、铜、镉和铅等重金属的含量,但生物炭对砷、汞、铬和钾等重金属的吸附效果不明显;有机肥与生物炭配施可明显降低玉米中铜、砷、汞、铬、铅和钾等重金属的含量,但生物炭对锌和镉含量的吸附效果不明显。     

生物炭的研究现状与对策分析

生物炭也称生物质炭,是生物质原材料如植物组织、果园枝条、农作物废弃物、动物骨骼等在厌氧或缺氧的条件下,高温裂解炭化而成的一种富碳产物。生物炭技术作为新兴的综合技术,已成为全球农业、生态和碳减排等领域研究的前沿热点。介绍了生物炭的基本特性,并对其在农业生产和生态环境方面的应用研究进行了综述,最后分析了生物炭研究中存在的问题并提出了相应的对策,希望为生物炭技术的应用和推广提供一定的参考。     

生物碳对玉米茎腐病控害作用及植株生长的影响

为探究不同基质材料的生物炭对土传病害的抑制能力和对作物的促生作用,以玉米茎腐病为研究对象,通过向土壤中添加3%的生物炭处理,利用盆栽试验测定了4种生物炭对玉米茎腐禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)的防控效果和对玉米植株生长的影响。结果表明:添加4种生物炭后,玉米植株的株高、根长(麦秆炭D处理稍低于对照外)、鲜重均高于接种病原菌处理的对照。稻壳炭A和竹制炭B处理显著的降低了茎腐病病原菌的侵染危害,控害效果分别达到52.00%和55.99%;其它两种生物炭控害效果不明显。表明土壤中添加生物炭后,对玉米茎腐病起到了较好的抑制效果,且对植株生长具有明显的促生作用。     

连续施用生物炭对土壤理化性质及氮肥利用率的影响

为探讨连续施用生物炭及生物炭不同用量对土壤肥力及氮肥利用率的影响,在沈阳农业大学后山棕壤新型肥料试验基地(始建于2013年)布置生物炭用量定位试验,设置4个生物炭用量梯度0,1.5,3,6 t·hm-2,研究不同用量生物炭对棕壤理化性质、玉米产量及氮肥利用率的影响。结果表明:生物炭对玉米苗期土壤含水量的影响不大,随着生育期的推进,逐渐表现出其保水性能;添加生物炭可以降低土壤容重,不同用量生物炭处理的土壤容重较NPK处理平均降低了6.04%,且容重随施炭量的增加而降低;施用生物炭可以提高土壤pH值、有机质和全氮含量,与NPK处理相比,C2NPK、C3NPK处理土壤有机质含量分别提高了31.20%、32.61%,全氮含量分别提高了6.73%、6.09%,差异显著;同时施用生物炭可以促进土壤矿质态氮的缓慢释放。连续添加生物炭可以促进玉米的生长发育,提高玉米产量,2013年,不同用量生物炭处理间差异未达显著水平。2014年,生物炭处理的玉米产量随施炭量的增加而升高,C3NPK、C2NPK处理的玉米产量分别较NPK、C1NPK处理提高了21.36%、10.99%与17.19%、7.18%。2015年,仍以C3NPK处理玉米产量最高,较NPK处理增产9.09%。无论是否将生物炭中氮含量计入施氮总量,生物炭处理均能提高氮肥利用率。     

农田施用生物炭的固碳减排效应及其影响因素综述

全球气候变暖,土壤肥力下降,农业生产面临的问题日益严峻,如何保障粮食安全已成为人类可持续发展的重要课题之一.生物炭因其碳含量高、稳定性强的特殊性质,已成为多学科领域研究的热点,将其应用于农业领域也表现出巨大的潜力,可在减少温室气体排放的同时培育土壤碳库、改善土壤理化性质及生物学特性,进而提高作物产质量,取得较高的生态环境效益.本文在前人大量研究的基础上总结了生物炭在农业生产上的应用,系统归纳分析了生物炭固碳减排的作用机理及影响因素,提出了适用于农田土壤固碳减排的生物炭制备原料、制备温度、施用量,在未来发展方向上,需要进一步优化炭化技术、加强生物质炭性质与土壤类型互作对固碳减排的研究.     

生物炭对松嫩平原盐碱土玉米生长、养分积累及产量的影响

为了探索生物炭施用量对盐碱化土壤种植玉米的效果,进行了田间小区试验,研究了生物炭不同施用量(0,10,20,40和80 t·hm^-2)对玉米生长、养分积累及产量的影响。结果表明,生物炭增加了花后干物质积累量,促进了籽粒灌浆速率,提升了玉米植株及籽粒对养分(C、N、P、K)的吸收,进而提高了玉米产量,改善了玉米品质。因此,在松嫩平原西部碱化玉米田上生物炭施用量40 t·hm^-2时玉米植株叶茎鞘养分积累最为充足,籽粒灌浆活跃期长,玉米产量最高,为最经济有效的用量。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆 > 生物炭300℃ > 生物炭450℃ > 生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：生物炭300℃ > 玉米秸秆 > 生物炭450℃ > 生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr（Ⅵ）的最大吸附量约为141.24 mg·g^-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附。