不同施肥模式下硝化抑制剂DCD与生物炭对菜地N_2O排放和土壤特性的影响

通过田间试验,采用静态箱-气相色谱法研究不同施肥模式下硝化抑制剂(DCD)和生物炭对菜地土壤氧化亚氮(N2_O)排放及土壤特性的影响。试验包括单施化肥氮与有机肥替代25%化肥氮2种施肥模式,共设6个处理:(1)单施化肥氮(CF);(2)单施化肥氮DCD(CFDCD);(3)单施化肥氮生物炭(CFBC);(4)有机肥替代25%化肥氮(MF);(5)有机肥替代25%化肥氮DCD(MFDCD);(6)有机肥替代25%化肥氮生物炭(MFBC)。研究结果表明,施氮量为225 kg·hm-2条件下,有机肥替代25%化肥氮处理较单施化肥氮处理显著降低了菜地N2_O累积排放量和土壤硝态氮含量,降幅分别为46.9%和30.7%。整个菜心季土壤N2_O总排放量与收获季0~15 cm土层土壤硝态氮含量之间呈极显著的线性正相关关系,表明有机肥部分替代化肥氮一定程度上改变了土壤中氮素营养的存在形态及氮转化路径。CFDCD和CFBC处理较CF处理显著降低了土壤N2_O排放,降幅达72.8%和38.8%,MFDCD和MFBC较MF处理土壤N2_O排放减少了44.9%和10.3%,表明在本试验条件下,DCD处理抑制菜地N2_O排放的效果相对高于生物炭处理,而生物炭抑制菜地N2_O排放的效果在单施化肥氮模式下表现得更明显。与此同时,DCD和BC配施处理均有效降低了土壤硝态氮的积累,且DCD处理在整个菜心生长季0~15 cm土壤铵态氮含量明显高于相同施肥模式下的其他处理。综上可知,有机肥部分替代化肥氮模式、生物炭与DCD的添加均能有效抑制菜地土壤N2_O的排放并降低土壤硝态氮水平。本研究结果可为调控菜地土壤N2_O气体排放提供提供参考。     

生物炭和熟石灰对土壤镉铅生物有效性和微生物活性的影响

以南京近郊某蔬菜基地土壤为研究对象,采用盆栽试验方法,研究熟石灰和生物炭两种钝化剂对镉铅复合污染土壤修复效果以及对土壤微生物活性的影响.结果表明,施加熟石灰和生物炭能够增加土壤pH和有机碳等养分含量,促进Cd、Pb由酸溶态向还原态和残渣态转化,降低Cd、Pb有效态含量.与对照处理相比,熟石灰和生物炭5.0%用量下,Cd有效态含量(DTPA、TCLP和CaCl_2等3种提取态)分别下降37.74%—41.46%和22.22%—31.71%,Pb有效态含量分别下降45.59%—52.82%和35.47%—41.94%.生物炭的施用提高了土壤微生物量碳氮和微生物群落功能多样性,促进微生物对碳源的利用能力,其中生物炭5.0%用量下土壤微生物活性最高.熟石灰和生物炭的添加显著降低小白菜可食部位和根部对Cd、Pb的富集,与对照处理相比,可食部位Cd、Pb含量分别下降7.14%—47.62%和45.93%—74.82%,但所有添加钝化剂处理小白菜可食部位含量均超出国家安全食用标准.     

改性生物炭对小白菜生长和磷素吸收的影响

华南地区蔬菜地土壤磷极易被固定,磷的生物有效性极低。生物炭作为一种土壤改良剂,能够改善土壤的理化性质,提高磷的生物有效性,促进植物磷素吸收和生长。采用田间小区试验,设置5个改性生物炭施用水平:F0(0)、F1(2 250kg·hm~(-2))、F2(4 500 kg·hm~(-2))、F3(6 750 kg·hm~(-2))、F4(11 250 kg·hm~(-2)),研究改性生物炭对小白菜生长和磷素吸收的影响,以期为改性生物炭在蔬菜保质保量生产上的应用提供理论依据。结果表明:在施用改性生物炭处理中,土壤有机质含量均呈增加趋势,增加幅度为3.28%～17.98%,仅F4(11 250kg·hm~(-2))处理与其他处理相比差异达显著水平(F=4.28,P=0.028);改性生物炭可以提高小白菜产量,提高幅度为6.92%～32.04%;改性生物炭的施用可以降低硝酸盐含量,与对照相比,F2(4 500 kg·hm~(-2))和F3(6 750 kg·hm~(-2))处理小白菜硝酸盐含量显著降低,分别降低幅度14.86%和9.92%;改性生物炭的施用可以提高维生素C和可溶性糖含量,提高小白菜的吸磷量,其中F3(6 750 kg·hm~(-2))和F4(11 250 kg·hm~(-2))处理提高幅度最大,且与对照差异显著(F=11.71,P=0.001)。总体而言,改性生物炭可以提高蔬菜的产量,改善蔬菜品质,提高蔬菜对磷的吸收。     

凤眼莲生物炭对稻田土壤肥力的影响

我国南方稻田土壤在长期酸雨淋溶条件下养分淋失严重,不但制约了水稻等农作物的可持续生产,而且造成化肥资源的大量无效施用与水体富营养化的环境威胁.近年来研究表明,生物炭在减少亚马逊流域贫瘠土壤养分淋失方面具有突出效果,然而,关于生物炭对我国南方红壤性稻田土壤的养分保持作用研究报道较少.本实验以近几年在我国南方水域频繁暴发引发严重生态危害的入侵植物凤眼莲为生物质前体,于低温慢热解条件下制备生物炭,通过静态共育与模拟酸雨土柱淋溶,系统解析了凤眼莲生物炭(WBC)对稻田土壤养分的持留效果.结果表明:WBC的施用在有效提高土壤pH和CEC的基础上,能够显著增加土壤全N和速效K含量,但却使有效P含量随共育时间的延长而明显降低.在酸雨淋溶条件下,与对照相比,WBC处理中NH_4~+-N、NO_3-N和有效P淋失总量分别减少8.2%—49.8%,14.3%—76.2%和16.6%—43.3%,而K淋失总量提高16.5%—20.8%,但淋溶后WBC处理土壤中速效K含量仍显著高于对照,这表明淋溶液K浓度的升高主要来源于生物炭中丰富的水溶性K.根据以上研究结果,凤眼莲生物炭的施用在短期(1年)内有助于红壤性稻田土壤中主要矿质元素的保蓄持留,对减控稻田面源N、P流失具有重要作用,但其长期效应仍需定位试验的持续跟踪检测.     

生物炭对土壤微生物的影响研究进展

生物炭是有机材料在厌氧条件下热解而成的产物。近年来,生物炭因在碳固定、土壤改良和作物产量提高等方面具有较大的应用潜力而引起国内外学者的广泛关注。作为一类新型的土壤改良剂,它能提高土壤有机碳含量及阳离子交换量(CEC),改善土壤保肥持水性能,有益于土壤微生物活动,同时还可吸附抑制对土壤微生物生长有毒的化感物质,为土壤微生物提供有利的栖息场所。但生物炭的效应与生物炭的特性、用量、土壤类型及肥力有关。笔者从生物炭对土壤微生物的影响及其作用机制出发,概述了不同生物质材料及热解温度对生物炭理化性质的影响及生物炭对土壤微生物丰度、群落结构和活性影响的研究进展。未来应重点从生物炭的特性、生物炭与微生物交互作用及生物炭的环境修复等方面深入研究,客观评价生物炭对土壤微生物的作用。     

施用生物炭对土壤微生物的影响

作为生物质材料的热解产物,生物炭被认为是很有前景的环境污染治理与生态修复材料.多方面的研究说明,生物炭的多孔、大比表面积、丰富的官能团等性能,使其具有"锁定"碳,固定土壤污染物,改善土质等功能,从而从土壤物理化学的角度证实了生物炭在土壤污染治理与改良方面的作用,但至于生物炭对土壤微生物的影响及其长期效应尚处于起步阶段.本文总结分析了近年来国内外生物炭与土壤微生物相关的研究成果,得出生物炭能通过改变土壤资源储备(如可利用C、营养物质、水分等)、非生命成分(如p H、CEC等)等理化性质,加快土壤细菌和真菌的生长与繁殖,影响土壤微生物群落结构和功能.可见,生物炭土地利用的优点不容置疑,为了实现其规模化应用,生物炭的施用剂量、生物炭-微生物-污染物的作用机理等问题亟待深入地研究,生物炭对土壤微生物及养分循环的长期影响还有待于系统地展开.     

生物炭与炭基肥对大豆根际土壤细菌和真菌群落的影响

土壤微生物在农田土壤生态系统中发挥重要作用,然而秸秆生物炭与炭基肥处理对微生物群落的影响以及对农田生态环境的意义尚不清楚.以黄淮海平原豆-麦轮作为研究对象,采用荧光定量PCR和Illumina高通量测序技术比较不同施肥方式对土壤细菌和真菌群落的丰度、组成和多样性差异,探究秸秆还田、生物炭以及炭基肥添加对根际土壤微生物群...     

生物炭和堆肥产品施用对水稻体系中汞生物有效性的影响

我国是水稻生产和消费大国,但近年来在受汞(Hg)污染严重的区域中检测Hg的浓度严重超标,给粮食安全带来极大的威胁.生物炭和堆肥产品是良好的土壤改良剂,不仅可以增加土壤肥力,还可以固定重金属,减少对植物的毒害.通过水稻盆栽实验探究生物炭、堆肥产品以及二者协同作用下对土壤理化性质以及水稻体系中汞生物有效性的影响,结果显示:...     

增温和生物炭添加对麦田土壤养分和微生物生物量的影响

研究全球变暖和生物炭添加对农田土壤养分和土壤微生物生物量的影响,可为生物炭在农业生产中的应用提供理论参考.采用开顶式(open-top chamber,OTC)模拟增温方法,设置CK(未增温)、T1、T2和T3不同温度梯度处理,分别添加竹质生物炭20 t·hm-2(BC1)和不添加(BC0)处理.结果 表明,OTC法使...     

生物炭对土壤重金属形态及生物有效性影响的研究进展

考察生物炭施入土壤后重金属形态以及生物有效性的变化是土壤学近年来的研究热点.重金属形态变化是衡量其生物有效性的一个较为重要的指标.将生物炭添加到土壤-动植物系统中,并评估重金属生物有效性有利于推进生物炭应用于土壤改良及重金属修复.因此,本文首先收集了大量关于生物炭对土壤重金属形态含量变化的数据.统计发现,生物炭添加下土...     

封育对科尔沁沙地植被恢复和土壤特性的影响

过度放牧是科尔沁地区土地沙化的主要原因之一,围栏封育可以有效的抑制牲畜对植被的破坏,促进沙地植被恢复,从而改善区域的生态环境。本研究以科尔沁沙地主要固沙植被——小叶锦鸡儿群落为对象,采用空间序列代替时间序列的方法,分析不同封育年限和自然放牧条件下小叶锦鸡儿群落的土壤种子库和地上植被特征、土壤理化性质和土壤水分动态,较系统地探讨了封育措施对沙地植被和土壤特性的影响。结果表明:①封育措施促使固沙植被区土壤种子库密度显著增加(P<0.05),封育2 a、6 a和12 a的土壤种子库密度分别提高了15.7%、482.5%和728.1%;土壤种子库的物种多样性和均匀度随着封育年限的增加而降低。②封育措施对沙地植被恢复具有显著的促进作用(P<0.05),封育6 a和12 a后植被密度分别提高了108.0%和239.3%,植物盖度分别提高了261.6%和271.6%;适度的封育年限(<6 a)可以提高群落的物种多样性,过长的封育年限(11 a)反而使物种多样性下降。③封育措施促使土壤表层(0-10 cm)的养分(有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾)含量有所提高,土壤含水量无显著变化(P>0.05)。     

玉米秸秆生物炭用量对砂土孔隙和持水性的影响

砂土中土壤黏粒含量少,有机质含量低,大孔隙度较多,土壤水分容易渗漏,易造成水资源浪费。中国秸秆资源丰富,利用作物秸秆生产的生物炭作为土壤改良剂,可以改善土壤的持水特性。为探究玉米秸秆制备的生物炭施入砂土中对土壤孔隙和持水性的影响,将玉米秸秆生物炭和供试土壤分别按照0、1%、2%、3%、4%、6%、8%和10%的质量比（以干质量计）均匀混合,设置了8个生物炭施用量处理,分别记为CK、1BC、2BC、3BC、4BC、6BC、8BC和10BC,每个处理3次重复。利用比重法测定土粒密度,离心机法测定水分特征曲线,并计算土壤持水性和孔隙度。结果表明,土粒密度随着生物炭用量的增加而降低,在10BC处理中土粒密度降到2.53 g·cm–3,相比CK降低了5.6%;在2BC处理中,≥50μm的土壤通气孔隙减少,<20μm和20—50μm的孔隙显著增加;其他处理的孔隙分布与CK处理之间无显著差异;土壤田间持水量、萎蔫含水量和有效含水量随生物炭用量增加而增加,2BC、3BC、4BC、6BC、8BC和10BC分别使土壤田间持水量增加了14%、26%、39%、59%、83%和103%;与CK相比,2BC...     

裂解温度和酸处理对生物炭中持久性自由基产生的影响

本研究利用电子顺磁共振波谱(electron paramagnetic resonance,EPR)和激光显微拉曼光谱分别测定不同裂解温度(200、300、500、700℃)和酸处理(HCl和HCl-HF)生物炭样品的自由基信号和化学键振动特征,以期探究不同裂解温度和酸处理对生物炭上自由基的影响机制.EPR结果表明,自由基信号随裂解温度的升高呈现先增强(200—500℃)后降低(700℃)的趋势,随酸洗程度的增加而增强(200℃除外).拉曼结果表明,生物炭的D峰峰面积(AD)和自由基强度随裂解温度的变化趋势一致,这显示低氧条件下的裂解过程会伴随着生物炭碳层结构的缺陷形成以及C—C键的断裂,从而形成以氧为中心的自由基(2.0044≤g因子值≤2.0049);AD随酸洗程度的增加而增加(200℃除外),这与自由基酸洗后信号增强的现象相一致.另外,酸洗后自由基信号的增加率远大于碳含量的增加率,这可能归因于酸洗会使有机—无机复合体的C—O—C和COOH上的C—O键的断裂而生成新的自由基.     

生物炭对土壤水肥热效应的影响试验研究

本文通过野外大田小区试验以番茄（Lycopersicon esculentum Mill）为供试作物,通过在土壤中施加不同含量生物炭（Biochar）研究生物炭对土壤含水率、有机碳、速效养分含量和土壤温度的影响,从而寻求一个较为合适的施用量,为生物炭在内蒙古地区的大面积推广提供科学的理论依据。试验共设5个处理,3个重复：不施加生物炭（CK）,生物炭使用量分别为10 t·hm^-2（A）,20 t·hm^-2（B）,40 t·hm^-2（C）,60 t·hm^-2（D）,在各生育期取土样测定土壤含水率、有机碳、速效养分含量,并在各生育期连续3天测定土壤地表温度。试验结果表明：不同处理下土壤含水率随生物炭施用量增加呈先增加后减小的趋势,且均高于对照组,其中施炭量为40 t·hm^-2处理的土壤含水率增幅最明显,0～10 cm土层各生育期土壤含水率较对照组最大增幅分别为20.8%、13.7%、21.8%,10～20 cm土层各生育期土壤含水率较对照组最大增幅分别为33.9%、17.1%、21.3%;不同处理下土壤温度随着生物炭施用量的增加而升高,两者具有显著的正相关关系,各生育期各处理土壤地表温度较对照组最大增幅分别为58.1%、31.3%、55.8%;不同处理土壤有机碳含量随着生物炭施用量的增加而增大,番茄各生育期各处理土壤有机碳含量较对照组最大增幅分别为80.9%、62.7%、63.9%;不同处理土壤中碱解氮、速效钾、速效磷含量均随生物炭施用量的增加而呈现先增大后减小的趋势,且均大于对照组,各生育期各处理土壤碱解氮较对照组最大增幅分别为92.7%、45.7%、106.5%,速效磷最大增幅分别为120.1%、39.3%、250.4%,速效钾最大增幅分别为86.2%、118.5%、203.4%。综上所述,生物炭对于砂壤土具有保水、保肥、保温的特性,对于提高土壤水肥利用效率,增加土壤有机碳具有重要的作用,而且通过试验验证40 t·hm^-2的施?     

生物炭理化性质对其反应活性的影响

生物炭作为一种富炭材料,由于其具有固碳、增强土壤肥力、促进植物生长等特性,在固碳减排及土壤改良方面的应用价值受到广泛关注.同时,生物炭具有较大的比表面积和较高的孔隙率,常被作为吸附剂用于污染物的去除.研究发现生物炭在吸附有机污染物的过程中可降解有机污染物,因此生物炭的反应活性成为近年来研究的热点.生物炭的反应活性主要由其制备过程中生成的环境持久性自由基(EPFRs)和自身的氧化还原能力贡献.生物炭的EPFRs活性与官能团种类、过渡金属含量和EPFRs种类有关,其中官能团和过渡金属通过影响EPFRs的生成及稳定从而影响EPFRs的浓度和种类,进而影响EPFRs活性,而EPFRs种类直接影响EPFRs活性.生物炭的氧化还原活性与官能团、芳香性和导电性有关,其中官能团影响氧化还原活性基团(RAMs)的生成,芳香性和导电性影响基质电导(EC_(BC))结构的生成及导电活性,从而影响氧化还原活性.本文总结了生物炭的反应活性机理和影响因素,旨在为生物炭处理有机物污染物等方面的应用提供理论支撑和技术参考.     

水稻秸秆生物炭对污染土壤中镉生物有效性的影响

为探索生物炭对污染土壤中镉的钝化效果,采用室内培养的方法,研究了质量分数分别为0.5%、1.5%和3.0%的水稻秸秆生物炭(400℃热解)对镉污染土壤中DTPA(二乙基三胺五乙酸)提取态镉含量的影响及镉随时间的变化规律,探究土壤pH与有机碳含量与土壤DTPA提取态镉含量的相关关系,并选择3.0%生物炭进行玉米盆栽试验以探讨生物炭施入污染土壤后对玉米生长及其吸收富集重金属镉的影响。研究结果表明:添加0.5%生物炭总体上降低了土壤中DTPA-Cd含量,但效果不显著(P0.05);添加1.5%和3.0%生物炭都显著降低了土壤DTPA-Cd含量(P0.05),且添加3.0%生物炭降低效果最佳。生物炭可通过提高酸性土壤pH值以及有机碳含量来降低镉的生物有效性。在为期63 d的土培试验过程中,土壤DTPA-Cd含量在初期的降低速率最快,之后又小幅度上升,在10 d后达到动态平衡。在为期7周的玉米盆栽试验中,生物炭极显著提高了玉米生物量、降低地上部的镉含量,并抑制其对镉的富集作用(P0.01),同时也显著降低了地下部镉含量,并抑制其对镉的富集作用(P0.05);与对照相比,施用质量分数为3.0%的生物炭使得玉米地上部和根部镉含量的降低幅度分别为60.58%、25.43%。从转移系数来看,生物炭可显著抑制镉从玉米根部转移到地上部(P0.05),转运系数降低47.22%。本试验结果显示,在重金属污染土壤中投加生物炭可显著降低镉的生物有效性,减弱了土壤重金属镉对食品安全的负面影响。     

对比施用生物炭和肥料对土壤有效镉及酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了施用有机肥、菌肥、海藻肥及生物炭对土壤性质、土壤有效态镉含量、土壤酶活性、油菜Cd含量的影响.研究表明,使用4种修复材料均可降低土壤p H,增加土壤中有机质、速效N、速效P、速效K的含量;4种不同的修复材料均可降低土壤有效态镉含量及油菜中镉含量,其中有机肥的作用最为显著,可使土壤及油菜的镉含量分别降低25.5%—42.5%和16.4%—27.5%.添加有机肥、生物炭、菌肥可使土壤过氧化氢酶活性显著增加,而海藻肥的加入则降低了土壤过氧化氢酶活性.有机肥加入对过氧化氢酶的增加效果最为显著,增幅达34.2%—73.3%.有机肥可以使土壤磷酸酶活性降低22.2%—40.0%,而生物炭和菌肥对磷酸酶的活性无显著性影响.海藻肥低浓度时,土壤磷酸酶活性下降,高浓度时其活性增加.有机肥、菌肥、海藻肥的施入均可显著增加蔗糖酶的活性,而生物炭的施入会降低蔗糖酶活性.通过对土壤有效Cd、3种酶活性与土壤理化性质的相关性分析发现,土壤过氧化氢酶和磷酸酶活性与土壤速效N的含量在0.01水平上显著相关.