我国生物炭基肥生产工艺与设备研究进展

炭基肥作为一种新型绿色环保肥料,其生产工艺及加工设备大多还在沿用有机肥生产的工艺与设备。介绍了目前生物炭基肥的生产工艺及设备研究进展,重点对国内炭基肥造粒配方及工艺进行了总结、归纳分析,并对主要的炭基肥造粒设备进行了分析,在分析造粒设备工作原理、技术参数、造粒工艺及其主要影响因素的基础上,指明了炭基肥造粒设备的研发方向。     

生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展

生物炭可作为土壤改良剂单独施入土壤,改善土壤环境条件,也可与肥料混合制成生物炭基肥,其具有养分缓释、增产稳定等一系列优点,在农业上的应用越来越广泛。主要从生物炭对土壤理化性质、微生物、农业温室气体排放、作物生长和产量的影响,对农田土壤污染的治理,以及生物炭基肥对肥料养分、作物生长和产量的影响这几个方面,对生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展进行综述,阐明其优点和不足,并提出了进一步的研究方向,旨在为生物炭和生物炭基肥在农业中的应用研究提供参考。     

生物炭及炭基肥影响农田土壤改良效应的研究进展

我国南方农田普遍存在土壤酸化加速、土壤肥力和质量不断下降、土壤微生物群落结构和功能失调等土壤退化现象。近年来,大量研究表明生物炭是一种应用前景广阔的土壤改良剂,而将其与肥料有效结合制成生物炭基肥,将在我国农田酸化土壤改良和作物增产等方面发挥重要作用。本文重点针对生物炭和生物炭基肥在农田生态系统中影响土壤改良的效应进行了综述,旨在为我国南方农田土壤改良和农业生产可持续发展提供参考。     

柱状生物炭基肥成型机的设计与试验

生物炭基肥将生物炭和普通化肥有机地结合起来,具有化肥利用率高、可以改良土壤、减少化肥使用次数和数量、污染环境程度低等优点,已成为研究热点。针对当前生物炭基肥成型设备生产效率低、成型率低,生产出的成型颗粒抗压能力小、合格率不高的问题,研制了一种基于螺杆挤压成型原理的柱状生物炭基肥成型机,并确定了挤压装置、成型装置、切粒装置等零部件的主要结构参数。为探究机器运行参数对成型效果的影响,并选出最佳运行参数组合,安排了单因素试验和正交试验。单因素试验结果表明:合格率的大小与螺杆转速和切粒轴转速匹配程度好坏有关;螺杆转速、切粒轴转速、孔板开孔率的增大,均可使产量增加;切粒轴转速对硬度影响不大,螺杆转速和孔板开孔率的增大可使硬度减小。正交试验结果表明:对于合格率,螺杆转速与切粒轴转速的交互作用和切粒轴转速影响极显著,螺杆转速影响显著;对于产量,螺杆转速影响极显著,孔板开孔率和切粒轴转速影响显著;对于硬度,螺杆转速和孔板开孔率影响极显著。对试验结果进行极差分析,并采用综合平衡法,确定了成型试验的最佳参数组合:螺杆转速为45r·min~(-1),切粒轴转速为185r·min~(-1),孔板开孔率为10%。该条件下的合格率为86%、产量为32.27kg·h~(-1)、硬度为2.56kg。并以正交试验获得的最佳运行参数为试验条件,进行了成型机性能试验。性能试验结果表明:颗粒的成型率为96.2%,颗粒的密度为0.92g·cm-3,颗粒的含水率为1.61%。本文研制的柱状生物炭基肥成型机,与常用的生物炭基肥成型设备相比有优势,且成型性能好,生产的成型颗粒符合相关标准中的成型要求,可为生物炭基肥的成型设备和成型工艺的发展提供技术支持。     

生物炭基肥挤压成型工艺参数优化

针对生物炭基肥成型过程中单位产品能耗高的问题,从降低能耗、保证产品质量的角度出发,以生物炭和膨润土为基质材料,可溶性淀粉为粘结剂,尿素、磷酸二氢铵、氯化钾作为基础肥料进行挤压成型试验,研究了不同压缩速度、含水率、长径比和基肥比(基质材料与基础肥料的比值)对比能耗和抗压强度的影响。在单因素试验的基础上,以最低比能耗、最高抗压强度为目标,采用响应面试验优化工艺参数。结果表明各因素对比能耗影响作用大小依次为长径比含水率压缩速度基肥比;各因素对抗压强度影响作用大小依次为含水率基肥比压缩速度长径比。最佳工艺参数为:压缩速度为50 mm/min,长径比为3.5,含水率为14.16%,基肥比为4,该条件下单位产品比能耗为20.541 k J/kg,颗粒抗压强度为35.013 N。该研究可为制粒工艺以及成型设备的改进提供一定参考。     

生物炭基肥离散元模型参数标定与试验

生物炭基肥料是近年来新兴的一种农业投入品,然而生物炭基肥料还田施用的机械化程度尚属较低水平。为促进生物炭基肥料机械化还田的理论和实践发展,寻求最优生物炭基肥离散元模型接触参数组合,指导生物炭及炭基肥料还田机械的设计和试制,提出了一种真实试验与仿真试验结合的方法,对生物炭基肥颗粒数学模型开展研究,验证数值方法的适用性和准确性。以生物炭颗粒堆积角的实际测量值为目标值,通过物料特性研究了创建法向力、切向力和附着力接触模型,利用离散元仿真软件ESSS Rocky DEM对生物炭基肥颗粒离散元参数进行标定,设计Placket-Burman试验获取对堆积角有显著影响的参数,通过最陡爬坡试验得到显著因素参数区间,最后通过Box-Behnken试验优化参数组合。结果表明：生物炭基肥料颗粒粒径占比2mm为35%,3 mm颗粒占比为42%,4 mm颗粒占比为23%,颗粒平均含水率为5%,测得炭颗粒堆积角实际值为23.65°;对炭基肥颗粒接触参数有显著影响的因素为炭—炭滚动摩擦系数、炭颗粒表面能JKR以及炭—钢滚动摩擦系数,最优化参数组合为炭—炭滚动摩擦系数0.36、炭颗粒表面能0.30、炭-钢滚动摩擦系数...     

生物炭及炭基肥对土壤微生物群落结构的影响

【目的】微生物在土壤养分循环中起到转换者的作用。论文以传统有机肥(玉米秸秆和猪厩肥)为对照,探究施用生物炭和炭基肥等新型有机物料培肥改土对土壤微生物群落结构的影响,以期为不同有机物料合理施用提供理论参考。【方法】依托沈阳农业大学棕壤改土定位试验平台(始于2009年),利用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究长期不同有机无机配施条件下土壤理化性质和微生物群落结构特征及二者的相关关系。试验处理包括:秸秆配施化肥还田(CS)、猪厩肥配施化肥(PMC)、炭基肥(BF)以及生物炭配施化肥(BIO)。【结果】PMC和BF处理的pH显著高于BIO处理;PMC处理的全氮含量显著高于BF和CS处理,BIO与PMC处理没有显著差异;PMC处理的有机质含量显著高于BF和BIO处理;PMC处理的土壤含水量最高;不同处理间土壤全钾含量没有显著差异。PMC处理的土壤微生物总PLFAs含量最高,其他处理间没有差异;PMC处理的细菌PLFAs含量最高,BF处理的细菌PLFAs含量显著低于BIO和CS处理;PMC处理的真菌、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs含量显著高于BIO处理,BF与PMC处理差异不显著;PMC处理的放线菌含量显著高于CS处理,BF和BIO处理居于中间无显著差异。BF处理的Shannon-Winner多样性指数和真菌/细菌比值显著高于BIO处理,BF和PMC处理的革兰氏阳性/阴性细菌比值显著低于BIO处理。冗余分析(RDA)结果显示,土壤pH、全氮和有机质对土壤微生物各PLFA有极显著影响(P0.01),含水量和全钾有显著影响(P0.05)。【结论】生物炭和炭基肥长期施用明显改善了土壤理化性质;相较猪厩肥,施用生物炭不利于真菌和革兰氏阴性细菌的积累,而且施用生物炭和炭基肥对土壤微生物群落的影响不同,施用生物炭有利于细菌群落的繁殖,施用炭基肥有利于土壤真菌/细菌比和土壤微生物群落结构多样性的提高;土壤pH、全氮、有机质、含水量和全钾依次是影响土壤微生物群落的重要因子。     

生物炭基肥与化肥配施对水稻产量的影响

为探讨了炭基肥与化肥不同配施模式对双季稻产量的影响,以炭基肥为试验材料,以冬闲常规施氮为对照,采用完全区组设计7个处理,包括对照(CK,不施肥)、氮肥(CN)、紫云英还田条件下炭基肥与化肥比例分别为10:0 (F₈₀N₀C₁₀)、8:2 (F₈₀N₂C₈)、5:5 (F₈₀N₅C₅)、2:8 (F₈₀N₈C₂)和0:10(F₈₀N₁₀C₀),进行了生物炭基肥与化肥配施对水稻产量的影响。结果表明,炭基肥与化肥配施能够显著增加水稻产量。在早稻季,F₈₀N₈C₂增产效果最为明显,增产1.23 t/hm2,增幅为27.82%;在晚稻季,各处里中仅F₈₀N₈C     

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。     

绿肥配施生物炭基肥对水稻产量和氮素利用的影响

旨在探究绿肥配施生物炭基肥对水稻干物质积累、产量及氮素利用率的影响,为秸秆、绿肥资源利用和氮肥减施提供理论依据。采用田间试验,设置不施氮肥(CK)、常规施氮(FN)、减施20%氮肥-绿肥还田处理(MV)、生物炭基肥处理(BF)、绿肥还田配施生物炭基肥处理(BMV),分析水稻各生育期的土壤及植株样品。结果表明,与常规施氮处理相比,减氮20%后,MV、BF处理可以有效提升土壤养分含量,从而提高水稻有效穗数、穗粒数,使水稻保持稳产;BMV处理提高了水稻在全生育期的干物质积累量,有效改善了其产量构成;BMV处理的水稻氮素积累量分别比FN、MV、BF处理提高了34.0%、15.0%、12.0%,同时与FN处理相比,可以使穗部氮素积累量提高16.97%;BMV处理显著增加了植株的氮素积累量,使得氮素分配偏向生殖器官,促进了作物产量的提升。同时,BMV处理提高了氮素收获指数、氮素表观利用率。BMV处理能够有效调控土壤氮素含量,提升土壤养分的有效性,促进水稻对氮素的吸收利用,有利于有效穗数的形成及千粒质量的增加,从而提高水稻产量。研究结果可为水稻减氮及高效高产栽培提供技术支撑和理论依据。     

施用炭基肥及生物炭对棕壤有机碳组分的影响

【目的】作为土壤肥力的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。论文以4年定位施肥试验为依托,分析连续施用炭基肥及生物炭对土壤有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及棕壤有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验始于2011年,设置5个处理：不施肥（CK）、低量生物炭（C15）、高量生物炭（C50）、氮磷钾配施（NPK）、炭基肥（BBF）。其中C15与BBF是等碳量处理,NPK与BBF是等氮磷钾养分处理。于第4年花生收获后（2014年秋季）采集各处理耕层（0-20 cm）土壤样本,测定土壤有机碳总量、各组分含量及花生产量。【结果】施用炭基肥和生物炭均可以显著增加耕层土壤总有机碳含量,比试验起始年土壤（简称起始土）分别提高10%、8%;而在相同碳素（C15和BBF）或氮磷钾养分投入（NPK和BBF）条件下,施用炭基肥提升土壤总有机碳含量的效果最好,提升幅度为2%-15%。施入炭基肥及生物炭显著提高了游离态颗粒有机碳和闭蓄态颗粒有机碳含量;在等碳量投入条件下,炭基肥处理的提升幅度分别为43%、17%;等氮磷钾养分投入条件下,炭基肥处理的提升幅度更大,分别为40%、43%。无论施入炭基肥或生物炭,对于矿物结合态有机碳含量影响均不大,但都比起始土略高。土壤可溶性有机碳含量变化规律与总有机碳相似,即施入炭基肥或生物炭均提高了其含量,但等碳量投入条件下无显著差异。各施肥处理花生产量在199.4-232.9 kg/667m²,均显著高于不施肥处理,其中施用炭基肥产量最大,比等碳量处理（C15）高17%,比等养分处理（NPK）高10%,且差异显著。【结论】连续多年施用炭基肥或生物炭均能明显提高土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳含量;提升效果显著优于投入等量碳素或等量氮磷钾养分。连续多年施肥可以提高土壤中水溶性有机碳含量,但炭基肥与生物炭、氮磷钾配施处理间无明显差异。无论施用炭基肥还是生物炭对土壤矿物结合态有机碳含量影响不大。连续施用炭基肥对花生产量的提升效果最好,显著高于等氮磷钾养分和等碳量处理。     

农用生物炭研究进展与前景

生物炭以其良好的解剖结构和理化性质,广泛的材料来源和广阔的产业化发展前景,成为当今农业、能源与环境等领域的研究热点。本文综合分析、评述了生物炭在土壤、作物、农田生态系统等领域应用的主要研究进展及其未来保障中国粮食安全的重要意义,从低碳、循环、可持续视角,客观、辩证地探讨了生物炭在农业上的应用价值及其产业化发展前景。生物炭在修复土壤障碍,提升耕地生产性能和作物生产能力,促进农业可持续发展和保障国家粮食安全等方面具有重要现实意义和应用价值,本文结合中国国情,提出了进一步深入研究与开发生物炭产业的方向与建议,旨在为中国生物炭产业的健康发展提供参考。     

生物炭基肥对大豆生长及产量的影响

为研究生物炭基肥对大豆生长及产量的影响,以化肥处理为对照,设置生物炭基肥3 t(T1)、3.75 t(T2)、4.5 t(T3)和5.5 t(T4)4个处理,研究大豆干物质积累量、根瘤数量、根瘤干重、产量及产量构成因素.结果表明:生物炭基肥能够提高大豆干物质积累量、根系根瘤数和根瘤菌干重,且在生育后期,生物炭基肥效果显...     

生物炭、磁性炭的制备与应用研究进展

生物炭是植物和动物的生物质通过热解/炭化合成的稳定的碳产物,作为一种历史悠久的废物衍生土壤改良剂,其因具有改善土壤肥力及环境的能力而受到广泛关注,能够去除或固定土壤、水和空气中的污染物,减缓气候变化.为了提高生产性能和去除效率,很多学者研究了不同的热解和改性方法.该文主要综述了生物炭、磁性生物炭的制备与应用研究进展,总结了常用的制备方法,为后续生物炭复合材料的研究和应用提供参考.     

生物炭与土壤微生物相互作用研究进展

生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质.目前关于生物炭农用效果的研究侧重于微生物生态方面,施加生物炭对土壤微生物的影响与生物炭性质及土壤环境条件有关.综述了生物炭与土壤微生物之间存在的直接和间接相互作用:一方面,微生物可直接矿化生物炭;另一方面,施加生物炭后土壤环境变化又间接影响微生物.     

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。     

生物炭基肥对豫中烤烟产质量的影响

为探讨生物炭基肥对浓香型烤烟常规化学成分、中性致香物质及经济指标的影响,通过大田试验,研究了施用不同量生物炭基肥(0、0.9、1.5、2.1 t/hm~2)后烤烟产质量指标的变化。结果表明,添加生物炭基肥显著提高了烤烟中部叶和上部叶的总糖、还原糖含量,降低了总氮和烟碱含量,显著提高了中部叶的钾含量。2个部位烟叶的中性致香成分总量、新植二烯含量均随生物炭基肥用量的增加而增加,以施用量2.1 t/hm~2处理最高;上部叶除新植二烯外的香气物质含量以1.5 t/hm~2处理最高,中部叶则以2.1 t/hm~2处理最高。添加生物炭基肥提高了烟叶产量和产值,其中1.5 t/hm~2和2.1 t/hm~2用量处理间没有显著差异。可见,施用生物炭基肥改善了烤烟内在化学成分及其协调性,增加了香气物质含量,提高了经济效益。综合考虑烟叶产质量和肥料成本,豫中烟叶生产中适宜的生物炭基肥用量为1.5 t/hm~2。     

基于文献计量学的生物炭基肥领域发展态势分析

【目的】明确当前生物炭基肥研究领域的研究热点和发展态势,促进农业可持续发展。【方法】基于中国知网数据库,采用文献计量学方法,根据发文量、资助项目、研究层次、学科领域、发文机构、研究人员、来源期刊和主题词等指标,对国内发表于2006—2018年关于生物炭基肥的文献进行数量和质量分析,探讨生物炭基肥的发展情况。【结果】与生物炭基肥研究相关的论文共有576篇,近8年来该领域发文量迅速增加,占统计年限(13年)总发文量的98.7%。沈阳农业大学、南京农业大学和西北农林科技大学是发文量最多的机构,韩晓日、金政辉和耿增超是发文量最多的作者,发表的文章主要是基础与应用基础研究,论文主要分布在农作物、农业资源与环境、化学工程和蔬菜等学科领域,研究主题主要是肥料产品及作物产量与品质效应。【结论】生物炭基肥研究呈稳步增长态势,新型产品研发及作物生产调控机制是未来主要研究内容,确定兼顾农学及环境效益的生物炭基肥产品及配套技术是未来研究的重点。     

我国农作物秸秆分布特征与秸秆炭基肥制备应用研究进展

我国农作物秸秆资源量大,种类丰富,分布范围广泛,碳含量高,具备良好的资源化潜力。利用秸秆制备的炭基肥是一种土壤肥力改良与修复材料,具有发达的孔隙结构、较高的比表面积和阳离子交换量,可有效提升土壤肥力和农作物产量,成为当下的研究热点。本文综述了我国秸秆资源分布特征、秸秆炭基肥的主要制备技术及其在土壤质地改良方面的研究进展,指出了炭基肥提升作物产量品质的效应,旨在为秸秆炭基肥在我国农业生产中大规模推广应用提供参考。