生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。     

施用硅酸盐和生物炭对土壤铅形态与含量的影响

采用盆栽模拟的方法,探讨施用硅酸盐和生物炭对棕壤土中铅形态与含量的影响.结果表明,低浓度铅可以促进植物生长;施加生物炭有利于残渣态铅的形成;相同浓度铅处理下,施用硅酸盐和生物炭均会降低土壤中有效态铅含量,其中生物炭施用量为20 g/kg,硅酸盐施用量为1g/kg.     

竹炭对生物油模型组分的吸附特性试验

以竹子为前躯体热解制得竹炭,选取糠醛、乙酸、苯酚、葡萄糖为生物油模型化合物,研究竹炭对生物油模型组成各单组分的静态吸附特性及双、四组分混合下的竞争吸附行为。结果表明：竹炭对不同组分的吸附特性存在较大差异;单组分吸附24h,竹炭对糠醛的吸附量最大,乙酸次之,对葡萄糖的吸附量最小;吸附平衡时,竹炭对苯酚的吸附量将超过乙酸;糠醛-葡萄糖双组分竞争下,竹炭对糠醛显示出强烈的选择性吸附特征;4种组分竞争下,各组分吸附量相对单组分均有所下降,其中乙酸降幅最大,且乙酸等物质在吸附过程中出现浓度突变现象,这可能是因为吸附性能较好的糠醛将已经吸附的乙酸从竹炭上置换下来;在选用的所有试验工况下,竹炭对葡萄糖均表现出低的吸附态势。     

大田秸秆生物反应堆技术可行性分析及配套机具研究

秸秆生物反应堆技术是农作物秸秆利用的有效途径之一。概述秸秆生物反应堆技术的原理、作用及应用情况。提出将该技术应用于大田作物生产的设想,分析技术要点,探讨技术实施所需作业机具的设计方案,以期为今后的进一步研究提供依据。     

秸秆生物炭对玉米农田温室气体排放的影响

通过大田试验,采用静态暗箱-气象色谱法研究玉米农田不施生物炭(C0),施生物炭分别为15 t/hm2(C15)、30 t/hm2(C30)和45 t/hm2(C45)后温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放特征,并估算CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)。结果表明:添加生物炭显著降低CO_2和N_2O的季节累积排放总量,与C0处理相比,CO_2最大降幅为24.6%(C15),N_2O最大降幅为110.35%(C45),且其随着生物炭施用量的增加而降低;CH_4的季节累积排放总量由小到大依次为:C15、C30、C0、C45,其中,C15处理较C0处理降低幅度最大为259.62%,添加生物炭同时也降低CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),处理C15、C30和C45的GWP值较对照C0分别降低88.2%、123.2%和109.9%,GHGI分别降低88.86%、121.60%和100.03%。施用适量的生物炭可以有效增加玉米产量,处理C15、C30和C45的增幅分别为6.28%、7.27%和1.69%。处理C30显著降低CH_4和N_2O的综合增温潜势及其排放强度,并且产量的增幅最大。因此,在当前玉米农田管理措施下,生物炭施用量为30 t/hm2时可实现玉米增产和固碳减排的目标。     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。     

La改性MCM-41在线催化提质生物油研究

选取油菜秸秆为试验原料,采用浸渍法对MCM-41分子筛进行不同负载量的La改性,利用La/MCM-41分子筛在两段式反应器上进行生物质真空热解在线催化提质制备生物油的试验研究。通过XRD、SEM、Py-IR等方法对MCM-41分子筛进行了表征分析,研究了金属La的引入对生物油有机相理化特性的影响。结果表明,经La改性后的MCM-41保持了载体高度有序的六方型结构,且La/MCM-41表面B酸和L酸的酸量进一步增强;La/MCM-41分子筛能有效降低生物油有机相中酸、醛、酮类等物质的含量,提高烃类物质的含量;当La负载量为5%时,生物油有机相产率增加到18.83%,p H值显著提高并趋向中性,有机相热值高达33.69 MJ/kg,有机相中烃类物质相对峰面积达到34.59%,且以单环芳香烃为主。     

麦秸与木屑热解制备磁性生物炭基材料理化性质研究

分别以小麦秸秆和杨树木屑为原料,经浸渍-化学沉淀-高温热解制备磁性生物炭基复合材料,考察负载铁处理在不同原料类型、热解温度下对材料理化特性的影响。结果表明:复合材料中铁主要以Fe3O4的形式存在,材料外层含量较内层高。负载铁处理加速了生物质热解脱氢和脱氧进程,对生物炭理化特性的影响效应随温度升高而加剧。在300~600℃的热解温度下,负载铁处理小麦秸秆和木屑热解炭的灰分质量分数均增加,增加范围分别为28.8~34.4个百分点,39.1~47.6个百分点,而固定碳含量、热值均降低;比表面积、总孔容均增大,增大范围分别为:10.67~72.24 m2/g、0.039 8~0.093 1 cm3/g,15.43~105.14 m2/g、0.010 4~0.078 9 cm3/g,而平均孔径减小。负载铁处理对两种生物质挥发分含量和pH值的影响不同,表现为:负载铁秸秆生物炭的挥发分质量分数增加5.2~13.2个百分点,pH值降低0.04~1.49,而负载铁木屑生物炭的挥发分质量分数在300℃降低17.4个百分点,在400~600℃增加8.5~22.2个百分点,pH值则升高0.33~1.93。     

生物炭配施沼液对淋溶状态下土壤养分的影响

为探讨生物炭配施沼液对土壤养分淋失的影响,通过室内土柱试验,采用三因素三水平正交试验方法,系统研究了生物炭添加量、淋溶强度、沼液施加量对土壤养分淋失及土壤养分垂直分布的影响规律。结果表明,土壤养分淋失主要集中在前8次,后期淋失量均维持在较低水平并趋于稳定。各因素对氨态氮、速效磷、速效钾淋失的影响由大到小依次为淋溶强度、生物炭添加量、沼液施加量,而对硝态氮淋失量的影响由大到小依次为生物炭添加量、沼液施加量、淋溶强度。添加生物炭能明显减少养分淋失,且添加生物炭的0～20cm深度土壤的养分明显高于未添加生物炭的20～40cm土壤,各因素对氨态氮、硝态氮、速效钾在土壤中的含量影响差异显著,而对速效磷的影响则无显著差异。     

基于DGT技术的土壤铅生物有效性评价研究

采集我国15个省份的耕作土壤进行盆栽试验,通过外源添加不同浓度梯度的Pb并种植小白菜,比较梯度薄膜扩散技术(Diffusive gradients in thin-films,DGT)与传统化学方法(土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl_2法和全量法)评价土壤中Pb生物有效性。简单回归分析表明,各评价方法测定的土壤Pb含量与小白菜Pb含量都呈显著相关关系,但DGT技术相关性(R~2=0.97)最高。通过逐步多元线性回归分析,融合土壤pH值、有机碳(OC)含量、阳离子交换量(CEC)、粘粒含量等土壤基本理化性质,建立多元回归模型,结果表明:各传统评价方法融合了pH值、OC含量等土壤性质,R~2较对应的简单回归分析有所提高,都能用于评价土壤Pb的生物有效性,但通过DGT技术所构建的模型方程(R~2=0.97,p0.01)几乎不受土壤性质的影响,且较传统化学方法相关性更高,因此,DGT技术是一种可以用于评价土壤中Pb生物性的较优方法。