不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响

在150～600℃范围内制备生物质炭,并通过室内培养实验研究了施加不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响。结果表明,随热解温度升高,生物质炭比表面积加大,芳香化结构加深。土壤中添加不同温度制备的生物质炭培养400d后,土壤有机碳的含量都有不同程度的增加。土壤有机碳的累积矿化量随热解温度升高而降低,且添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤CO2累积释放量低于未添加生物质炭的土壤处理;添加低温(<400℃)制备生物质炭增加了土壤腐植酸和胡敏酸含量,而添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤其腐植酸和胡敏酸含量的变化不显著。另外,添加生物质炭后,土壤H/F皆未发生显著变化,而胡敏酸的E4/E6值则在添加200℃和250℃制备的生物质炭时显著高于其他处理,添加500℃和600℃制备的生物质炭时显著低于其他处理。     

生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响

以黄河三角洲典型盐化潮土为供试土壤,设置12.5,25.0,50.0,100 g/kg 4个梯度生物炭添加量,通过盆栽试验研究不同添加量下生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响。结果表明:(1)与对照相比,随着生物炭添加量的增加,盐渍土的电导率、速效磷、速效钾、阳离子交换量及易氧化有机碳的含量呈现显著增加的趋势;不同生物炭添加量下,盐渍土的pH、碱解氮含量略有下降,但各添加量处理间差异不显著;而生物炭对盐渍土可交换态钠含量无显著影响。(2)添加适量生物炭(12.5,25.0,50.0 g/kg)可显著提高玉米幼苗叶片抗氧化酶活性和根系活力,并降低叶片超氧阴离子产生速率和过氧化氢含量,从而改善玉米幼苗的生理性状;然而,较高的生物炭添加量(100 g/kg)对幼苗抗氧化系统产生不良影响,造成植物体内活性氧的累积。因此,添加适量生物炭可以改善滨海盐渍土的理化性质,并在一定程度上有效改善盐胁迫下玉米幼苗的生理特性,但较高用量对作物抗氧化系统具有抑制作用。     

添加木质素和生物炭对土壤氮、磷养分及水分损失的影响

研究添加木质素和生物炭对土壤氮、磷养分及水分损失的影响,降低土壤改良剂使用成本,增加造纸黑液中木质素的利用途径,促进木质素在土壤改良中的应用。试验选取生物炭改良剂与木质素作为对比,通过土柱淋溶和静态吸收法,研究不同添加量(质量分数为0,1%,2%,4%)的木质素和生物炭对土壤氮磷养分、水分、脲酶活性以及pH的影响。土壤中添加木质素和生物炭均能减缓pH变化程度;抑制土壤脲酶的活性,且在添加氮肥后的1～20天抑制效果明显,其抑制效果与添加量呈正相关。添加量为1%,2%,4%的木质素和生物炭与对照组相比,铵态氮挥发量分别显著减少8.29%,14.29%,14.86%和3.79%,11.65%,15.26%;全氮淋溶量分别显著减少32.37%,37.70%,42.49%和25.43%,30.70%,39.54%;全磷淋溶量分别显著减少23.68%,40.48%,48.12%和6.97%,22.88%,35.30%;水分淋溶量分别显著减少7.71%,15.82%,9.29%和9.91%,15.00%,16.06%。在本试验中,木质素、生物炭质量分数分别为2%和4%时对降低土壤氮、磷养分和水分损失的效果最佳。因此,可以说明木质素和生物炭在水肥保持上的效果相近,在一定程度上可以替代生物炭改良剂在土壤中的应用。     

覆膜条件下铁改性磷负载生物炭对花生磷素利用及产量的影响

为探究覆膜条件下铁改性磷负载生物炭对花生植株磷素利用及产量的影响,该研究于2021和2022年设置盆栽裂区试验,研究不同覆膜方式(覆膜处理(M1)和无膜处理(M0))下,铁改性磷负载生物炭处理(常规施磷量+无生物炭处理(P1C0)、3/4常规施磷量+7.5 t/hm²铁改性磷负载生物炭处理(P2C1)、3/4常规施磷量+15 t/hm²铁改性磷负载生物炭处理(P2C2)、2/3常规施磷量+7.5 t/hm²铁改性磷负载生物炭(P3C1)、2/3常规施磷量+15 t/hm²铁改性磷负载生物炭(P3C2))对花生植株叶绿素含量、净光合速率、干物质积累量、磷素利用、土壤有效磷含量及花生产量的影响。研究结果表明,与M0处理相比,M1处理下花生苗期、花针期、结荚期和饱果期叶绿素含量与净光合速率分别提高了7.6%和29.1%、12.4%和25.9%、14.9%和16.0%、6.5%和14.8%,饱果期干物质积累量和产量分别提高了17.7%和18.8%(2 a平均)。同一覆膜方式下,从苗期至饱果期,花生净光合速率...     

纳米SiO2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭的结构及除磷特性

将秸秆粉用氨基淀粉黏合剂均相包覆,并掺杂纳米二氧化硅(nano SiO_2),采用原位发泡、炭化处理技术制备成纳米SiO_2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭(掺杂纳米SiO_2秸秆多孔颗粒炭,nano SiO_2/AR-biochar)。通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、热稳定性(thermogravimetry,TG)、扫描电镜-能谱扫描(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,SEM-EDS)、比表面积与孔分析(Brunauer,Emmett and Teller,BET)、氮气吸附和压缩测试等技术手段对nano SiO_2/AR-biochar的孔结构特征、比表面积、微观形貌及压应力进行系统表征,并研究了nano SiO_2/AR-biochar对磷酸根吸附过程等温线及动力学模型。结果表明,掺杂nano SiO_2/AR-biochar孔结构分布匀称、比表面积大幅改善;TEM和SEM发现,掺杂nano SiO_2秸秆多孔颗粒炭材料的表面可形成类似海绵絮状结构,为炭材料提供较高的吸附位点;掺杂nano SiO_2可显著提高炭材料的机械压缩性能,当掺杂量为秸秆粉质量的6%时,压缩强度由3.89 MPa增加到7.96 MPa,增幅达104.6%。由于纳米SiO_2的掺杂,nano SiO_2/AR-biochar具有了更强除磷效果,且吸附过程符合准二级动力学模型,在短时间内(5 min)其吸附率可高达18.42 mg/g,体现了该掺杂纳米二氧化硅秸秆多孔颗粒炭具有良好的除磷特性。     

不同生物质炭对烤烟青枯病发病情况及烟叶生长的影响

2014年通过田间小区试验,比较了不同生物质炭对烤烟青枯病、烟叶产量和质量的影响。结果表明,在烟叶生长前期雨水偏多的湖北宣恩地区,在"三先"时施入15 000 kg/hm~2烟秆生物质炭或稻壳生物质炭都可以促进烟叶前期的生长,对青枯病都有一定的防治效果,移栽后63 d的防治效果分别为49.93%和60.03%;进入成熟期稻壳生物质炭的防治效果为31.92%,而烟秆生物质炭的发病率比对照提高了18.18%。施用烟秆生物质炭的烤烟产量下降了4.48%,产值下降了8.83%,中上等烟比例增加了20.66个百分点;施用稻壳生物质炭的烤烟产量下降了29.21%,产值下降了26.78%,中上等烟比例增加了8.16个百分点。因此,每公顷施用15 000 kg稻壳生物质炭对烤烟青枯病有明显的防治效果,但降低了烟叶产量;而施用烟秆生物质炭会加重青枯病发病情况,对烟叶的经济性状影响较小。     

磁性生物质炭对水体中芘的去除效果研究

以柳树枝为原料,于600℃制备原始生物质炭LZ,再通过化学沉淀法制备两种磁性强度不同的生物质炭LZ1.5和LZ2.5。利用静态氮吸附(BET-N2)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等分析手段对生物质炭的表面结构和化学组成等理化性质进行表征,并研究生物质炭对水体中芘的吸附行为。结果表明:原始生物质炭在24 h吸附即达到表观吸附平衡,磁性生物质炭在72 h吸附达到表观吸附平衡;LZ1.5的吸附效果最佳,其最大吸附容量Qm=2 758.6μg·g-1,其次是LZ2.5和LZ,Qm分别为833.3、322.6μg·g-1;LZ1.5投加量在375 mg·L~(-1)时,芘的去除率达到90%以上。三种生物质炭的吸附行为均符合Freundlich模型和Langmuir模型。磁性生物质炭对芘吸附较多的原因一方面在于其保留了原有的芳香性官能团,另一方面是Fe3O4的存在造成了磁性炭表面微孔化以及表面羟基化。     

两种典型炭材料对微生物还原含砷水铁矿的影响及其机制研究

研究了活性炭和生物炭对Shewanella oneidensis MR-1还原含砷水铁矿过程的影响,并探究了这一过程中砷的释放、转化及其在次生矿物中的分布。研究结果表明:在培养初期活性炭和生物炭抑制了含砷水铁矿中铁的微生物还原过程,可能的原因是活性炭和生物炭抑制了菌的生长,荧光染色结果证实了这一过程;在培养中期,微生物逐渐适应培养环境,并使铁还原持续进行,培养结束时活性炭和生物炭显著增加了含砷水铁矿中铁还原的比例。培养基中的磷酸根通过置换作用使水铁矿中的部分砷释放至溶液,而微生物还原含砷水铁矿过程中,活性炭和生物炭抑制了溶液中砷的去除。此外,微生物还原含砷铁矿过程中,依次生成了蓝铁矿和菱铁矿两种次生矿物。SEM-EDX结果表明,在两种次生矿物中,砷主要被蓝铁矿固定。该结果有助于我们从氧化还原的角度评估活性炭和生物炭在农业环境应用过程中的环境效应。     

稻草及其制备的生物质炭对土壤团聚体有机碳的影响

向土壤中添加生物质炭已被认为是改善土壤质量,增加碳吸存的有效措施。通过模拟实验,利用同位素δ13C标记技术,研究稻草及其制备的生物质炭添加对土壤团聚体有机碳的影响。结果表明：稻草和生物质炭对土壤团聚体中新形成碳和原有机碳的影响截然不同。培养112 d,来自稻草或生物质炭的新碳主要进入到中团聚体（50 ~ 250 μm）中,比例为70.3% ~ 75.3%。与对照土壤相比,稻草添加显著促进了大团聚体（250 ~ 2 000 μm）原有机碳的分解（p <0.05）,但对中团聚体和微团聚体（<50 μm）原有机碳的影响并不明显,而生物质炭添加（SB250和SB350）则对大团聚体和中团聚体原有机碳没有显著影响,但SB250处理（土壤中加入250℃热解制备的生物质炭）显著抑制了微团聚体原有机碳的分解（p <0.05）,而SB350处理（土壤中加入350℃热解制备的生物质炭）的则无影响。对于同一粒级团聚体,稻草与生物质炭处理的区别,主要体现在新碳分配上,而对原有机碳的影响并不显著。     

Utilization of biochar impregnated with anaerobically digested slurry as slow‐release fertilizer

We examined the possibility of an environment‐friendly slow‐release fertilizer (SRF) made of biochar impregnated by anaerobically digested slurry. The biochar materials were produced from three types of feedstocks (orange peel, residual wood, water‐treatment sludge) at different temperatures of 300°C, 500°C, and 700°C via pyrolysis. The release behaviors of the water‐soluble K⁺, Ca²⁺, and Mg²⁺ were similar for all impregnated biochars and the commercial SRF used. The water‐retention capacity was greatly improved by mixing the biochar‐SRF with the soil. The yield of lettuce was lower for the biochar‐SRF applications of 3.7 to 34.2 t ha^–1 than for the commercial SRF application of 51.4 t ha^–1. This might be due to excessive increase of soil pH for the biochar‐SRF application. Based on these results, the authors concluded that the biochar impregnated with nutrients could become an effective slow‐release K⁺ fertilizer.