“双碳”背景下生物炭基肥的研究现状及展望

炭基肥是以生物炭为载体,通过添加化肥或者有机肥,采用化学方法和物理方法混合制成的肥料。本文首先总结了炭基肥主要包括炭基无机肥、炭基有机肥和炭基有机无机复合肥,其次汇总了炭基肥的作用。炭基肥由于兼具了生物炭和肥料的双重优势,在田间应用过程中主要表现为提高作物产量、减少温室气体排放、提高土壤有机质、改良土壤以及污染土壤修复等方面。然后列举了影响炭基肥性质的因素,生物炭的制备及其与肥料的制备工艺。最后展望了炭基肥在我国农业领域的应用前景。本文通过生物炭的优选、炭基肥的制备工艺优化及其应用体系的完善等方面展开综述,为构建炭基肥的规模化应用提供指导意义。     

生物炭基有机肥在广西烟草领域的应用前景

自上世纪70年代以来,烤烟种植长期使用大量化肥、农药、土壤复种率升高,造成土壤养分以及微生态平衡遭到破坏、土壤有机质含量不断减少、农业生态环境污染、烟叶品质不断下降；同时我国烟叶出口也一直受到重金属含量、农药残留超标的困扰,严重制约了我国烟草行业的可持续发展。近年来生物炭在农业领域的研究和应用得到了广泛的关注和认可,生物炭基有机肥具有含碳量高、改良土壤、缓释增肥、减少面源污染、促进农林废弃物循环等优点^［3-5］,极适合于烟草等多年生植物的土壤改良。本文主要讨论了适合广西烟草本土的生物炭有机肥的应用前景。     

炭基有机肥对水稻产量及土壤养分的影响

为减少生物质炭在农田应用的农事操作工序,探讨生物质炭与畜禽粪便混合堆肥产品——炭基有机肥对水稻产量与土壤养分的影响,试验设置了炭基有机肥、商品有机肥、不施有机肥3个处理,研究了炭基有机肥对水稻产量及其构成、干物质积累与氮素养分吸收利用、土壤氮磷养分含量的影响。结果表明:炭基有机肥对水稻具有增产作用,较商品有机肥处理增产4.39%,但差异未达显著水平;与商品有机肥处理相比,炭基有机肥可以提高水稻抽穗期至成熟期的干物质积累量、氮素积累量及氮素的籽粒生产效率;同时,炭基有机肥处理的土壤全氮、水溶性氮含量分别比商品有机肥处理增加了10.06%、11.92%,土壤全磷与水溶性磷含量增加了10%、9.67%。这说明炭基有机肥可以提高水稻产量,提升土壤有机质含量,增强土壤氮、磷等养分的有效性,并且生物质炭与畜禽粪便混合堆制后并不影响其在农田土壤中的功能特性。     

生物炭与有机无机肥配施对烟草和土壤汞含量及保护酶活性的影响

盆栽条件下,研究了生物炭与有机无机肥配施对烟草生育期内干物质积累量、烟草和土壤重金属汞含量、烟株根系土壤p H、烟草保护酶活性的影响。结果表明:(1)生物炭与低量有机肥(70%氮磷钾复合肥+30%芝麻饼肥)配施一定程度地增加了烟草生育期干物质积累量;烟草成熟期根、茎、叶干物质量较未施肥处理增加363.77%、32.10%、136.22%,根干物质量生物炭与低量有机肥配施较未添加生物炭的增加47.01%。(2)高量有机肥(70%)处理烟株和土壤重金属含量较高,低量和中量有机肥(50%)配施较低,成熟期时重金属含量表现为根茎下部叶中部叶上部叶,生物炭与低量有机无机肥配施与低量有机无机肥施用相比,烟草根、茎、叶以及根际土壤汞含量降低21.81%、10.64%、18.00%、12.50%。(3)生物炭与低量有机肥配施生育期内p H提升幅度不大,成熟期显著提高了烟叶SOD、CAT活性。综上所述,汞胁迫下生物炭和低量有机肥配施既能有效降低汞对烟草的危害,抑制烟草对汞的富集,提高烟叶的保护酶活性,还能够增加土壤有机质含量,提高土壤养分的有效性和肥料的利用率,促进烟叶生长。     

炭基肥在贵州山地特色高效农业发展中的应用及其效益分析

通过对贵州山区农业废弃物利用现状、存在问题进行分析,探讨该区农业废弃物资源化发展的方向及炭基肥在贵州山地特色高效农业发展中的应用前景。在利用传统堆肥和沼气发酵技术生产有机肥及其应用的基础上,施用生物质炭与肥料配制的炭基肥可以明显地促进耕地有机培肥及作物生长。在贵州发展山地特色高效农业,要全面推广高效的堆肥发酵及沼气发酵技术,利用作物秸秆和畜禽粪便生产有机肥及土壤改良剂,实现农业废弃物的高效化、高值化利用。同时,要大力推广生物质炭化技术,利用农业废弃物生产以生物质炭为载体的多元化产品,通过生产炭基土壤改良剂、炭基有机肥、炭基复合肥,以及蔬菜、花卉、苗木等育苗基质,全面地提高农业废弃物利用的经济效益、生态效益及社会效益。     

生物质炭基肥料及作物施用技术研究进展

随着生物质炭在农业领域的应用研究不断深入,以生物质炭为载体,与常规化学肥料或有机肥等材料结合的新型肥料—生物质炭基肥料(biochar-based fertilizer)的研制及其在农作物上的试验研究越来越多。相关研究表明,生物质炭基肥料具有诸多优点,如控释/缓释养分的释放、改善土壤理化性状、增强抗旱能力、减少养分资源的损失和提高肥料利用率等。深入挖掘生物质炭基肥料的环境友好性和资源节约性潜力日益受到重视。通过综合分析多年来公开发表的生物质炭基肥料试验研究文献,阐述了各种生物质炭基肥料的组配材料、造肥制粒配方与工艺技术,以及生物质炭基肥料在水稻、玉米、小麦、蔬菜、薯类、花生、大豆、烟草、棉花、牧草和果树等作物上的施用技术,尤其是生物质炭基肥料对作物生长发育、产量、农产品品质以及土壤的影响等方面的研究进展。根据试验研究中存在的问题及技术需求,提出今后生物质炭基肥料的研究设想,展望其在土壤环境、作物高产高效以及绿色生态等方面的系统研究方向。     

生物炭与不同肥料配施对汞胁迫下烤烟生长和生理指标的影响

以秦烟96为供试材料,在盆栽条件下,研究秸秆生物炭与不同肥料配施对烟草生物学性状、重金属含量、土壤有机碳含量、根系活力、叶片保护酶活性和叶绿素含量的影响。结果表明:土壤汞胁迫下,生物炭与30%有机肥配施时烟草生物学性状较好,较单施无机肥烟叶叶面积增加33.28%。烟草不同部位汞含量由高到低依次为根、茎、叶。生物炭与30%有机肥配施烟草根、叶和土壤有效汞含量较单施无机肥分别下降55.41%、55.74%和64.15%。土壤汞胁迫下,生物炭与30%有机肥配施能提高根区土壤有机质含量和烟叶酶活性。其中土壤有机碳、活性有机碳含量分别提高25.53%和112.59%,保护酶活性处于较高水平,叶绿素含量提高14.00%。这一研究提示生物炭与有机肥配施能显著降低汞含量,以生物炭与30%有机肥配施处理烟株生长综合表现最好。     

残次烟叶型生物有机肥在烤烟生产上的应用

以烤烟生产、收购过程中产生的残次烟叶为主料,添加不同配比的菜籽饼、蚯蚓粪、生物炭、鸡粪等进行高温发酵,堆制残次烟叶型有机肥,并应用于大田烟叶生产。结果表明:以"35%残次烟叶+30%蚯蚓粪+30%生物炭+5%菜籽饼"配比制成的残次烟叶型有机肥对烟株株高、茎围、有效叶片数等农艺性状有较好的促进作用,同烟草专用基肥处理相比差异不明显,可代替烟草专用基肥在烟草上应用。     

生物炭基肥料在水稻上的应用效果研究

为研究生物炭基肥料的应用效果,开展了生物炭基肥料对水稻植物学性状、产量因素以及产量的影响试验。结果表明,在水稻上施用生物炭基肥料能够促进水稻生长发育,有助于水稻成产因素的形成,从而提高水稻的产量。生物炭基肥料的用量越多,效果越明显,且生物炭基肥料能部分替代缓释复合肥。     

炭基微生物肥料的制备及应用

生物炭是秸秆、粪便等生物质在限氧及低温条件下热解炭化得到的一种富碳固体物质,以生物炭为基础载体,与N、 P、 K等营养元素复配,并加入生物菌剂制成炭基微生物肥料,是一种可以实现农作物增产增收和土壤改良的生态环保型肥料。基于此,本文主要从炭基微生物肥料的制备、应用及前景进行分析。     

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     

不同种类有机肥对土壤养分及水稻产量的影响

增施有机肥是提高土壤质量、保障水稻稳产增产的重要手段之一。本研究于2021年在沿江平原水稻田进行大田试验,明确不同用量（3 000～6 000 kg/hm2）炭基有机肥或生物有机肥对土壤养分及水稻产量的影响。结果表明：与常规施肥相比,生物有机肥处理土壤有效磷含量显著提高13.1%～24.4%;高用量生物有机肥处理碱解氮含量显著提高19.9%;中、高用量炭基有机肥处理土壤有效磷含量分别提高13.1%和18.6%;高用量炭基有机肥处理土壤速效钾含量提高12.5%。生物有机肥对水稻产量的提升效应优于炭基有机肥,与常规施肥相比,中、高用量生物有机肥处理分别使水稻产量显著增加16.1%和22.1%,高用量炭基有机肥处理水稻增产15.9%。     

生物炭与不同肥料配施对镉胁迫下烟叶和土壤中镉含量的影响

为探索生物炭与肥料配施降低烟叶对重金属镉的吸收和土壤中镉含量的可行性,采用盆栽试验,研究了镉胁迫下生物炭与不同肥料配施对生育期内烟叶生物量、烟草各部位镉含量、植烟土壤中镉含量和土壤p H的影响。结果表明:生物炭与肥料配施能够促进烟叶生物量的增加,烟叶生物量依次为有机肥+无机肥+生物炭无机肥+生物炭有机肥+无机肥无机肥未施肥;生物炭与不同肥料配施时烟叶各叶位镉含量较低,生育期内生物炭与有机肥+无机肥配施下烟叶镉含量较有机肥和无机肥配施降低了52.57%,根茎中降低的镉含量最高达59.69%;各处理土壤中的有效态镉含量均有不同程度降低,降幅顺序为有机肥+无机肥+生物炭无机肥+生物炭有机肥+无机肥无机肥未施肥。上述结果表明生物炭与有机肥和无机肥配施既能促进烟叶生长,也能降低土壤有效态镉的相对含量,减少烟叶中镉的吸收积累,进而降低烟叶中镉含量,适合在重金属污染烟田施用。     

浅析农业生产中烟草废弃物的应用

烟草废弃物的成分较为复杂,其中很多成分都能够再次利用,如腋芽和烟秆,以及脚叶和烟叶残渣等等,其中的一部分制成燃料的成分生物炭,经验证生物炭的燃烧能量与等量燃煤的持平,不过,燃烧之后遗留的残渣却会严重污染环境。所以,如何实现烟草废弃物科学合理的应用,是烟草行业目前的首要任务。本文浅要分析了烟草废弃物的几种应用形式,如制成生产农药、活性炭以及有机肥等等,以供借鉴~([1])。     

Cd污染农田的炭基修复方案设计和效果评价

为了解不同Cd污染农田土壤上炭基改良剂的治理效果,运用土壤医生理念,针对广东省韶关和云浮3个重金属Cd污染状况和土壤理化性质不同的区域农田分别设计了3种以生物炭为主要原料,搭配石灰、有机肥等不同辅料的3种生物炭基土壤改良剂,并进行了大田应用试验,同时归纳总结设计原则,评价设计的3种改良剂对Cd污染农田的治理效果。结果表明：在3个区域施用的改良剂均不会降低作物的产量,在Cd污染严重的酸性土壤上有显著增产的效果（增产效果达到383.03%）;同时施加3种不同配方的炭基改良剂均可以有效降低作物可食用部位的Cd含量,分别是对照的33.33%、46.88%和42.86%,使3个试验区的农产品可食用部分Cd含量均达到国家标准;施用炭基改良剂,可有效降低土壤中酸溶态Cd的含量,尤其是在酸性较强、Cd污染程度高的土壤中,能够将土壤中活性和生物可利用形态的Cd含量降低18.28%。综上所述,根据土壤理化性质、污染程度和修复目的来针对性设计以生物炭为基础的炭基改良剂可以保障作物产量,提高作物品质,实现对南方Cd污染土壤的改良。     

论生物炭基有机肥对土壤环境的影响

生物炭基有机肥的使用可以对土壤环境产生多方面改善作用。文章将对生物炭基有机肥对土壤环境的具体影响效果进行分析,包括提升土壤综合肥力、增加土壤矿质养分、改善土壤生物环境、修复土壤污染问题等,以期为相关研究提供参考。     

红枣施用炭基生物肥试验报告

且末县位于新疆维吾尔自治区南部、巴音郭楞蒙古自治州西南方,地处昆仑山、阿尔金山北麓、塔里木盆地东南缘。近年来,大力发展红枣产业,使之成为巴州的主产区之一。近年来,红枣病虫害发生逐年增加,红枣的商品价值与营养价值受到一定的影响。为了探究炭基生物有机肥在果树上的应用效果,2019年,新疆新君扬生物科技有限公司在且末县巴格艾日克乡实施了枣树施用炭基肥生物应用效果试验。下文对实验效果予以详细分析。     

生物炭基复合材料对酸性污染土壤汞钝化的初探

【目的】探究不同生物炭与聚丙烯酰胺（PAM）复合对汞污染土壤的钝化修复效果。【方法】以贵州万山汞矿区中度汞污染酸性土壤为研究对象,将玉米秸秆生物炭、牛粪生物炭、药渣生物炭分别与聚丙烯酰胺按7∶3质量比混合处理,得到了玉米秸秆生物炭基复合材料、牛粪生物炭基复合材料、药渣生物炭基复合材料,通过土培盆栽试验,以不施用生物炭基复合材料为对照（CK）,研究了3个施用比例（1%,3%,5%）生物炭基复合材料对土壤有机碳含量、pH、汞形态、有效态汞含量和小白菜各部位汞含量及土壤酶活性的影响。【结果】与单一生物炭相比,生物炭基复合材料比表面积和孔径明显增加。施用生物炭基复合材料可有效提高土壤有机碳含量和pH值,且以施用比例为5%药渣生物炭基复合材料处理最佳,此时土壤有机碳含量和pH分别较对照提高426.36%和20.95%。不同种类生物炭基复合材料及其施用比例处理土壤中不同形态汞的比例存在差异,3种生物炭基复合材料处理的水溶态汞、可交换态汞所占比例分别较对照降低60.35%～87.03%,40.54%～75.58%,强有机结合态汞和残渣态汞分别较对照增加41.99%～125.96%,25.77%～34.18%,其中药渣生物炭基复合材料处理更有利于促进土壤水溶态汞、可交换态汞向残渣态和强有机结合态汞转化。与对照相比,不同种类生物炭基复合材料处理土壤有效态汞含量均显著降低了41.33%～74.67%,且土壤有效态汞含量随着生物炭基复合材料施用比例的增加而下降;施用生物炭基复合材料显著降低了小白菜地下根部及茎叶部的汞含量,且当施用比例为5%时,药渣生物炭基复合材料处理小白菜根部汞含量和茎叶汞含量分别较其他2种生物炭基复合材料下降幅度大。相关性分析结果表明,小白菜根部及茎叶部汞含量与土壤有效态汞含量均呈极显著正相关关系,而与土壤pH、有机碳含量呈显著或极显著负相关关系。与对照相比,施用生物炭基复合材料均可显著提高土壤酶活性,且随着施用比例的增加,土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性呈现先增后减的趋势,而土壤脲酶活性则表现为逐渐增加的趋势。【结论】生物炭基复合材料对中度汞污染酸性土壤具有明显的钝化修复效果,其中以施用比例为5%的药渣生物炭基复合材料的修复效果较优。     

新型生物炭基氮肥对土壤-冬小麦系统氮素累积及相关生物活性的影响

通过田间试验,研究了掺混型、吸附型和反应型3种新型生物炭基硝酸铵氮肥在冬小麦生长过程中对土壤氮素累积及冬小麦对氮素的利用状况和相关生物活性的影响。试验处理包括CK(不施氮肥,不施生物炭)、硝酸铵氮肥、生物炭、掺混型生物炭基氮肥、吸附型及反应型生物炭基氮肥。研究结果表明:不同工艺制备的生物炭基氮肥对土壤铵态氮的累积具有显著影响,吸附型和反应型处理在冬小麦生长季铵态氮平均值大于对照(CK),对于总氮、硝态氮和亚硝态氮累积量的影响不显著。除了生物炭单施处理外,其他处理均比CK显著提高冬小麦地上部的总氮累积量,但对冬小麦的氮素利用状况无显著影响,且三种炭基氮肥处理间无显著差异;施用不同类型生物炭基氮肥对土壤微生物量氮含量和硝酸还原酶活性具有提高作用,而对微生物量碳含量、亚硝酸还原酶和脲酶活性无显著影响。     

生物炭及炭基硝酸铵肥料对土壤化学性质及作物产量的影响

为了促进生物炭研究和农用,采用盆栽试验研究了两种生物炭基氮肥及相应生物炭对土壤部分化学性质、养分状况及作物产量的影响.试验结果表明:施用生物炭基氮肥可显著提高土壤有机碳含量,提高土壤pH值、阳离子交换量、土壤速效磷、速效钾和矿质态氮含量,增强土壤保肥能力,促进作物增产.生物炭对土壤化学性质和养分状况虽有一定改善作用,但作物增产效应不明显甚至减产.因此,将生物炭与肥料复合制成生物炭基肥料不但可以保持生物炭改良土壤的功能,还可促进作物生长和增产,有利于生物炭农用效益的提升.