玉米秸秆生物炭对土壤无机氮素淋失风险的影响研究

采用室内土柱模拟淋溶方法,研究生物炭对不同土层土壤淋溶液体积以及铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)淋失量的影响。实验所用的生物炭以玉米秸秆(炭化温度500℃)为原料制成,分别按照炭土质量比0(T1)、1%(T2)、2%(T3)和4%(T4)施用于褐潮土中。结果表明:淋溶实验过程中,淋溶初期生物炭对土壤NH+4-N和NO-3-N的固持作用比较明显,且对NH+4-N的固持主要发生在0~10 cm土层,而对NO-3-N的固持主要发生在10~40 cm;生物炭能够有效增加土壤的持水能力,与不添加生物炭处理(T1)相比,T2、T3、T4处理的土柱累积淋溶液体积分别减少了10%、20%、26%,无机氮素淋失量显著降低,分别减少27%、48%、61%;无机氮素淋失量的减少主要来自NO-3-N,相对于不添加生物炭处理,T2、T3、T4处理NO-3-N累积淋失量分别为62.4、44.4、34.5 mg,分别减少了28%、49%、58%。总的来说,土壤中添加玉米秸秆生物炭能够有效降低土壤无机氮素的淋失风险。     

养殖肥液灌溉土壤磷淋失阻控：镧改性生物炭

为探究镧改性生物炭伴施养殖肥液灌溉条件下土壤磷素的淋溶特征和阻控效果,采用土柱模拟试验对比镧改性生物炭和石膏、沸石传统阻控剂对磷淋溶的阻控特征,及镧改性生物炭不同添加量（1%、3%和5%）和不同施用方式（0~20 cm和0~10 cm混合）的影响效果。结果表明：磷淋失阻控效果呈现镧改性生物炭 > 石膏 > 沸石,且镧改性生物炭处理阻控效果最好（P<0.05）;镧改性生物炭施加处理总磷淋失量比对照处理削减了16.3%~58.3%,随镧改性生物炭施加量增加削减效果显著升高,这主要是因为生物炭对磷酸盐和有机磷发生了吸附;镧改性生物炭0~20 cm和0~10 cm施用方式总磷淋失量分别削减23.4%~58.3%和16.3%~45.0%,全土层混合削减效果更显著（P<0.05）;镧改性生物炭对正磷酸盐和有机磷的吸附机制主要是沉淀作用与络合作用。研究表明,在有机无机复合磷素输入条件下,镧改性生物炭的应用能够明显阻控磷淋失。     

施用生物炭对云南烟区典型土壤养分淋失的影响

土壤养分尤其是氮、钾的淋失是制约云南烟叶生产可持续发展的重要因素之一。近些年来的一些研究表明,生物炭在减少土壤养分淋失方面有着很好的应用效果。然而,关于生物炭在云南植烟土壤上的应用效果研究报道较少。本文基于土柱淋洗模拟试验,研究了添加生物炭对南方紫色土、赤红壤和黄棕壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,以期为生物炭的合理广泛应用提供理论依据。研究结果显示,添加生物炭后,紫色土、赤红壤和黄棕壤的硝态氮淋洗总量分别减少16%、14%和22%;紫色土、赤红壤的磷素淋洗总量分别减少41%和32%,黄棕壤磷素淋洗总量变化不明显;紫色土和黄棕壤的钾素淋洗总量分别增加19%和23%,赤红壤的钾素淋洗总量变化不明显。研究表明,施用生物炭是控制云南植烟土壤氮磷淋失的有效措施。     

铁改性油菜秸秆生物质炭对酸性茶园土壤氮磷淋失 及酶活性的影响

生物质炭是一种具有前景的土壤改良剂,目前针对铁改性油菜秸秆生物质炭对茶园土壤养分淋失的研究相对较少。通过向茶园土壤中添加改性、未改性油菜秸秆生物质炭（炭土质量比分别为1 %、3 %和5 %）后开展土柱淋溶及土壤培养实验,研究铁改性或未改性油菜秸秆生物质炭作用于土壤养分淋失及酶活性（蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶）的变化规律,旨在分析和比较铁改性及未改性生物质炭对茶园土壤微生物活性及养分循环的影响。结果表明,添加生物质炭可增加茶园土壤的保水能力, 土壤水分累积淋溶量随生物质炭添加量的增加显著减少, 添加5 %的改性生物质炭（g3）及未改性生物质炭（w3）分别较未添加生物质炭的土壤（CK）减小7.70 %和16.98 %。g3处理对土壤硝态氮和磷酸盐的固持作用最为显著,淋失量较CK处理分别减少31.82 %和60.56 %。生物质炭对茶园土壤酶活性存在一定促进作用,但添加改性或未改性生物炭对土壤酶活性的影响存在明显差异。其中, w3中土壤脲酶、蔗糖酶分别显著高于其他处理14.85 %～25.10 %和19.00 %～48.98 %,添加3 %未改性生物质炭（w2）后,土壤过氧化氢酶活性高出其他处理2.14～29.33 μmol·h^-1·g^-1;g3处理对酸性磷酸酶促进作用最强。总的来说,未改性生物炭在增强茶园土壤持水能力及促进土壤酶活性方面要优于铁改性生物炭,而改性生物质炭对土壤氮磷养分的固持作用更为显著。因此,为改善茶园土壤质量,提高土壤肥力,应适量选取铁改性生物质炭。     

生物炭对土壤氮磷流失和油菜产量的影响

明确生物炭对土壤氮磷流失和作物产量的影响是生物炭应用技术中的关键问题。采用测筒试验,在20 cm土壤中添加不同比例(0.5%、1.0%、1.5%)的生物炭,并模拟降雨淋溶后收集测筒淋溶液分析氮磷含量,研究生物炭对土壤氮磷淋溶流失和油菜产量的影响。结果表明:(1)与不施用生物炭处理相比,1.5%生物炭处理极显著降低了TN淋溶损失量、TN淋溶浓度比率、NO~-_3-N淋溶损失量、NO~-_3-N淋溶浓度比率、TP淋溶损失量和TP淋溶浓度比率;各处理间NH~(+2)_4-N和PO~-_4-P淋溶损失量差异不显著。(2)油菜生长期间,TN、NO~-_3-N的淋溶损失量随生物炭施用量增加而减少,且以NO~-_3-N的淋溶流失为主;受施肥和作物生长吸收利用的影响,NH~+_4-N、TP和PO~(2-)_4-P的淋溶流失规律不明显。(3)施用生物炭增加了油菜的产量,主要表现为油菜一次有效分支数、单株有效角果数和每果粒数的增加。     

水肥管理与生物炭对作物产量和氮效率及氮淋失的影响

【目的】探讨关中平原冬小麦/夏玉米轮作模式下,水分优化、养分优化以及生物炭对作物产量、氮效率和氮素淋失的影响。【方法】2016-2018年,利用田间渗漏池试验,设计习惯水肥1（CP1）、习惯水肥2（CP2）、灌水优化（CP1-W）、养分优化（CP1-F）、水分养分优化（OPT）、习惯水肥2+生物炭（CP2+B）以及水分养分优化+生物炭（OPT+B）7个处理,测定2016-2017,2017-2018年不同处理的作物产量、氮肥偏生产力、氮素淋失的变化。【结果】与CP1处理相比,CP1-W、CP1-F和OPT处理未显著影响作物总产量,但是CP1-F和OPT处理显著降低了第二个轮作年（2017-2018年）小麦产量。就2个轮作年而言,CP1-F和OPT较CP1处理总体上显著增加了氮肥偏生产力,平均增幅分别为33.6%和21.7%。在2016-2017和2017-2018两个轮作年,CP1-W、CP1-F和OPT处理的TN淋失量均降低,其中OPT处理显著降低2个轮作年硝态氮（NO^-₃-N）和总氮（TN）淋失量。在2个轮作年,与CP2处理相比,CP2+B处理显著提高了作物总产量和氮肥偏生产力,显著降低TN淋失量。与OPT处理相比,OPT+B处理未能显著影响作物总产量和氮肥偏生产力,但显著降低了TN淋失量。【结论】陕西关中平原农户水肥施用过量,在习惯水肥的基础上合理调控水肥,可以保证作物产量,提高氮肥利用率,降低氮素淋失量,而施用生物炭的效应不明显。     

改性生物炭对玉米生长发育、养分吸收和土壤理化性状的影响

为明确生物炭和改性生物炭在碱性低肥力土壤上的改良培肥效果,采用温室盆栽试验的方法研究了不同施用水平[0(CK)、0.5%、1%、2%]生物炭和酸洗处理改性生物炭对玉米生长发育、养分吸收和土壤理化性状的影响。结果表明:相较于CK,改性生物炭促进了玉米的地上部和根系干物质积累,同时显著增加了植株株高和叶面积,其中以2%施用水平表现最佳,其地上部干质量、根系干质量、株高、叶面积较CK分别提高了31.0%、61.7%、35.1%、48.2%;生物炭各施用水平处理玉米的地上部干质量和株高均显著下降,其中,1%和2%施用水平地上部干质量仅为CK的26.9%和29.2%。改性生物炭2%施用水平显著增加了玉米地上部氮、磷、钾养分吸收量,而生物炭处理地上部和根系的氮、磷、钾养分吸收量均出现不同程度地下降。2种生物炭类型均显著增加了土壤有机质含量;1%、2%生物炭处理土壤p H值分别显著增加了0.25、0.28个单位,改性生物炭2%施用水平增幅最高也仅0.10个单位。在低肥力碱性土壤中施用生物炭建议采用酸洗改性处理,以避免生物炭对作物生长发育可能存在的负面影响,且改性后的生物炭施用量以2%为宜。     

肥料增效剂和植物篱对大豆—萝卜间作体系土壤氮磷淋失的影响

为探讨肥料增效剂和植物篱对大豆-萝卜间作体系土壤氮磷淋失的影响,设置肥料增效剂和植物篱共7个处理,对氮磷淋失特征进行研究。结果表明,7种管理措施中,化肥减量40%+植物篱+稀释200倍罗壳素处理对TN、NO3-淋失控制效果最佳,削减率分别为56.18%、57.34%;化肥减量40%处理对NH4+、TP淋失控制效果最佳,削减率分别为48.67%、47.85%。肥料增效剂和植物篱有利于控制大豆-萝卜间作体系的氮磷淋失风险,可为保障地下水安全、实现农业清洁生产提供理论依据与技术支撑。     

亚热带区稻田土壤氮磷淋失特征试验研究

土壤氮磷淋失是农业面源污染的一种重要形式.以亚热带稻田为研究对象,采用陶土头定位观测法比较研究了施肥对稻田土壤氮(N)磷(P)淋失特征的影响.2010-2011年连续近2年的试验结果表明,与不施肥对照(CK)相比,施肥会显著增加稻田土壤N、P的淋失.稻田土壤N的淋失形态有显著差异(P＜0.05),水稻生长期(4-10月)淹水条件下淋失形态主要为NH4+-N,而闲田期(10-翌年3月)非淹水条件下则主要为NO3-N.这与土壤通气状况的变化有密切关系.研究区10-12月(闲田期)稻田P的淋失明显高于其他时期,是稻田土壤P淋失的主要阶段.控制土壤N、P累积是降低稻田土壤N、P淋失的重要途径.     

改性生物炭对沼液氨氮的吸附效果研究

针对沼液中氮含量排放超标污染问题,为筛选出能使氮元素最大回收的有效吸附方法,以玉米秸秆、玉米芯和木屑为原料,分别于550℃、600℃、650℃下热解成生物炭,并采用NaOH+微波、FeCl3、KOH和HNO3对其进行改性处理,采用扫描电镜和压汞仪对生物炭进行表征,通过吸附动力学、吸附等温线和影响因素试验考察生物炭对NH+4-N的吸附效果。结果表明：NaOH+微波改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-NaM）、KOH改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-K）、NaOH+微波改性的600℃木屑炭（C-600-NaM）和FeCl3改性的550℃玉米芯炭（B-550-Fe）对NH+4-N的吸附平衡时间在60~150 min之间,其平衡吸附量分别为8.58 mg/g、8.30 mg/g、7.95 mg/g和8.01 mg/g;Langmuir模型较Freundlich模型更适合描述B-550-Fe、A-550-NaM和A-550-K对NH+4-N的吸附行为,3种改性生物炭对NH+4-N的最大吸附量分别为200.24 mg/g、101.86 mg/g和94.82 mg/g。     

生物质炭对土壤硝态氮淋洗的影响

在过去10年中,施用生物质炭降低氮素淋洗正逐渐成为研究热点。为全面总结分析生物质炭在降低农田土壤硝态氮淋洗方面的影响,本文收集了2010-2016年在中国知网和Web of science上发表的相关中英文文献41篇,采用加权平均法对数据进行处理。结果表明：在农业生产过程中,86%的研究数据表明施入生物质炭可降低土壤硝态氮淋洗,且降低比例随生物质炭施入量的增加而升高。同时,98.2%的研究数据显示生物质炭的施入可以减少土壤水分淋溶体积,平均降幅达10.0%。生物质炭的施用效果以在中性土壤（pH=6.48）为最佳,硝态氮的淋失减少量达30.7%。研究表明,生物质炭可以降低土壤硝态氮的淋洗,平均降幅达24.6%,其淋洗效果主要与生物质炭施用量及原材料有关,此外土壤类型、土壤酸碱度等也是相关影响因素。但是目前关于生物质炭对硝态氮淋洗的研究主要集中在室内土柱模拟,未来仍需长期的田间定位试验来进一步验证其作用效果。     

载镁香蕉秆基生物炭对氮磷的吸附性能研究

以香蕉秸秆为原料,氯化镁（MgCl₂）为改性剂,通过限氧热解法（温度673 K）制备生物质炭。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等技术分析了镁改性生物质炭对氮、磷的吸附机理。结果表明,通过镁改性,生物质炭对氮、磷的吸附量得到显著提高,最大吸附量分别达13.80、18.21 mg·g^-1;对氮、磷的等温吸附曲线均符合Langmuir曲线,为单层吸附,吸附机理主要以化学吸附为主;吸附平衡时间约为150 min,氨氮和磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附过程受多步骤控制。该载镁生物质炭可以作为潜在吸附剂去除废水和富营养化水体中过量的氮、磷。     

生物炭用量对模拟土柱氮素淋失和田间土壤水分参数的影响

利用土柱模拟试验和田间试验,把由果树废枝干制备的生物炭以0,20,40,60 t·hm^-2和80 t·hm^-2的用量施入土壤,以探明不同用量的生物炭对土壤硝铵态氮素淋失和土壤水分的影响。结果表明,施用生物炭可降低土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N累积淋溶量,其中用量为80 t·hm^-2处理较对照分别降低了41%和18.6%（P＜0.05）;NO₃^--N淋溶主要集中在前三次,其淋溶量占总量的97.3%～98.8%,生物炭能增加NO₃^--N在土壤中的滞留时间,延缓淋失;在整个淋洗过程中,氮素主要以NO₃^--N的形式淋失,其累积淋溶量占NO₃^--N、NH₄⁺-N淋溶总量的97.3%～98.14%;施用生物炭种植春玉米后,土壤含水率和总孔隙度增加不显著。     

生物炭与螯合剂配施条件下土壤无机磷的动态变化

为了提高土壤磷素使用的有效性,以辽宁碱性土壤为研究对象进行试验研究。采用室内培养,测定了在不同地力下,生物炭与3种螯合剂(草酸、柠檬酸、EDTA)在低中高三种浓度下对土壤磷素的活化规律。从各形态无机磷自身活化情况来看,土壤中Ca_2-P、Ca_8-P的含量有所提高。其中Al-P的活化率最高,低中高地力在3种浓度下的平均活化率为34.5%,35.1%和35.3%,Ca-P的活化率最低,但是其贡献率最高,含量占到土壤总无机磷含量的74.4%、73.5%和72.9%。土壤无机磷总活化量以及各形态无机磷组分含量随着螯合剂浓度的升高而增多。相同浓度下,草酸的活化能力最强,其次为EDTA。低浓度时,柠檬酸对Fe-P的活化能力最强,草酸对Al-P的活化能力最强。在中、高浓度时,草酸对各形态无机磷的活化能力都最强。试验证明生物炭与螯合剂配施,可以有效增加土壤磷素无效态向有效态的转化。     

添加改性生物炭对黑土氮素吸附及淋溶特性的影响

【目的】探究金属离子改性生物炭对黑土氮素吸附和迁移特性的影响。【方法】以玉米秸秆为原材料,在450 ℃煅烧1.5 h条件下制备生物炭(BC),分别用KCl、ZnCl₂、FeCl₃溶液对其进行金属离子负载改性(分别命名为K-BC、Zn-BC和Fe-BC),并进行表征分析和氮素吸附试验,筛选出最佳改性生物炭;然后在黑土中添加质量分数0.3%的最佳改性生物炭(TB),以黑土作为对照(CK),探究这2个吸附体系的氮素吸附和迁移特性。【结果】Fe-BC对NO^-₃N和NH⁺₄-N的吸附量分别为24 632.79和5 253.68 mg/kg,确定Fe-BC为最佳金属离子改性生物炭。Fe-BC的比表面积和平均孔径较BC提升了9.35和6.67倍。CK和TB在pH为3时对NO^-₃-N的吸附量最大,CK在pH为9时对NH⁺₄-N的吸附量最大,TB在pH为5时对NH⁺₄-N的吸附量最大。相较于准二级动力学方程,Elovich方程均能更好地描述CK、TB对NO^-₃-N和NH⁺₄-N的吸附动力学特征;相较于Freundlich方程,Langmuir方程均能更好地描述CK、TB对NO^-₃-N和NH⁺₄-N的吸附等温线;CK、TB对NO^-₃-N的吸附反应是自发、放热且无序的,对NH⁺₄-N的吸附反应是自发、吸热且无序的。在氮素迁移试验中,TB对NO^-₃-N和NH⁺₄-N的累积淋失量分别比CK减少53.19%和30.54%。【结论】黑土中添加Fe-BC可以有效增加对NO^-₃-N和NH⁺₄-N的吸附量,降低黑土中NO^-₃-N和NH⁺₄-N的淋失量,从而有效减少黑土中氮素的流失。     

生物炭对冻融黑土中铵态氮和硝态氮淋失的影响

为了深入研究冻融条件下生物质炭对东北黑土中铵态氮和硝态氮淋失的影响效果,为解决冻融作用下黑土中无机氮素的淋失问题提供科学依据,采用室内模拟土柱淋溶实验方法研究了生物质炭对经过不同冻融循环次数处理土壤中铵态氮和硝态氮淋失的影响。研究结果表明:冻融会增加土壤氮素的淋失,且淋失量与冻融次数有关,施加生物质炭可以有效降低土壤因冻融作用引起的氮素淋失;玉米秸秆炭对无机氮素淋失降低率在76.15%~85.79%之间,树枝炭在55.26%~68.09%之间,可以看出玉米秸秆炭持氮效果较树枝炭更好;在冻融次数分别为3和1时,玉米秸秆炭和树枝炭持氮能力最强;两种生物质炭对铵态氮的固持能力均优于硝态氮。     

添加竹炭对设施菜地土壤氮磷流失和微生物群落结构的影响

借助Miseq高通量测序分析技术,研究竹炭添加对设施菜地土壤氮磷流失和微生物群落结构的影响。结果表明,与空白对照相比,竹炭处理下蔬菜产量显著(P<0.05)增加21.5%,沟渠水总氮(TN)平均浓度降低5.5%,总磷(TP)平均浓度显著(P<0.05)下降48.3%。通过Chao、ACE、Shannon、Simpson指数可以发现,添加竹炭增加了土壤中细菌的多样性,促进了土壤优势微生物群落的富集,但影响均不显著。     

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。