生物炭对小麦种子萌发与幼苗生长的植物毒理效应

为明确生物炭对植物的毒性效应,以石英砂+生物炭水浸提液培养方法研究不同剂量生物炭对小麦种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明:在不同剂量(0.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0 g·kg~(-1))生物炭水浸提液处理下,虽然小麦发芽率较对照组无显著性变化(P0.05),但根、芽生长表现出低剂量促进高剂量抑制,且在160.0 g·kg~(-1)时抑制率最大,分别为18.11%和22.22%。在幼苗的生长期(11 d),高剂量生物炭对幼苗根生长的抑制作用增强,160.0 g·kg~(-1)处理下抑制率显著增加至55.59%(P0.05)。此外,当生物炭剂量较低时,小麦幼苗根、叶中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活力增加;随生物炭剂量的增加,3种抗氧化酶活力降低,丙二醛(MDA)含量升高,幼苗生长出现生理损伤,表现出明显植物毒性效应。     

减氮配施生物炭对水稻生长发育、干物质积累及产量的影响

探讨了化学氮肥减量配施秸秆生物炭对双季稻生长发育、光合作用、物质积累及产量的影响,为水稻作物的养分管理提供参考依据。通过两季田间试验,设置对照(不施氮,CK),常规施氮(180 kg·hm~(-2),N100)、减氮20%(144 kg·hm~(-2),N80)、减氮20%+15 kg·hm~(-2)生物炭(N80+BC),减氮40%(108 kg·hm~(-2),N60)、减氮40%+15 t·hm~(-2)生物炭(N60+BC)6个处理来对比研究减量施氮配施稻秆生物炭对水稻生长、光合特性、物质积累及产量性状的影响,为化肥减量化和生物炭的农业生产利用提供参考依据。结果表明,与常规施氮相比,单纯减氮(N80、N60)或减氮配施生物炭(N80+BC、N60+BC)对水稻株高无显著影响;移栽70 d后与单纯减氮相比,N60+BC提高水稻分蘖数8.37%;晚稻分蘖期N80+BC的最大光化学量子效率(F_v/F_m)比N80显著增加8.17%,配施生物炭对叶绿素含量(SPAD)无显著影响。在早稻分蘖期和晚稻成熟期,N80+BC比N80的干物质重量显著增加40.33%、20.43%;减氮20%、40%配施生物炭(N80+BC、N60+BC)比常规施氮2018年早稻分别增产11.64%和18.07%,晚稻则差异不大。研究表明,施用15 t·hm~(-2)稻秆生物炭可以在稳定水稻产量的同时减少20%—40%的化学氮肥施用量,实现水稻氮肥管理的"减量增效"。     

生物质炭-过氧化氢联合修复对火电厂土壤性质与小白菜生长的影响

本文建立了一种利用生物质炭并结合过氧化氢对火电厂多环芳烃(PAHs)污染土壤的修复方法.采集诸城火电厂多环芳烃污染土壤为研究对象,采用盆栽试验的方法,研究了不同梯度生物质炭与过氧化氢配合施用修复多环芳烃污染土壤,对小白菜生长指标及土壤多环芳烃含量的变化.结果表明,合理施用生物质炭配施过氧化氢能促进小白菜生长,有效降低土壤和小白菜中多环芳烃含量.与T1(不施生物质炭)对比,生物炭处理的小白菜生物量增加8%—15%,叶绿素SPAD值增加25%—50%,荧光参数和光谱反射率有一定提高,小白菜和土壤多环芳烃含量显著减少.同时,使污染酸化土壤pH值提高了0.2—0.6个单位,土壤有机质含量提高了9.5%—45.6%,碱解氮、速效磷与速效钾等养分有一定量的增加.其中,T7(0.5‰H_2O_2+2‰生物质炭)处理修复效果最好,供试蔬菜和土壤中多环芳烃去除率分别达到了69.6%和58.8%.其次是T3(2‰生物质炭)处理,供试蔬菜和土壤中多环芳烃去除率分别达到了42.9%和54.6%,也具有较好的去除效果.因此,可推荐在修复实践中参考应用.     

椰壳生物炭对海南滨海土壤的改良效果

选用椰壳生物炭为改良材料,海南滨海盐渍土壤为改良对象,设置5种不同椰壳生物炭与滨海土壤体积比处理,分别为0:20、1:20、2:20、3:20和4:20,采用盆栽试验种植空心菜（Ipomoea aquatica Forsskal）,研究椰壳生物炭不同施用量对滨海土壤的改良效果。结果表明,（1）添加1:20—4:20椰壳生物炭后,土壤pH得到明显改善,由酸性变为中性;土壤有机质、全N、有效P和速效K含量得到显著提高,分别提高了42.4%—153%、32.1%—36.7%、35.0%—44.6%和70.0%—220%(P<0.01);空心菜的生长得到明显促进,平均每株叶片数、单株鲜重和地下部根重分别增加19.7%—29.6%、43.2%—59.7%和81.3%—119%(P<0.05)。（2）添加2:20—4:20椰壳生物炭后,土壤过氧化氢酶活性显著提高21.3%—71.1%(P<0.01);土壤盐度显著下降6.83%—14.9%(P<0.05)。（3）添加1:20—3:20椰壳生物炭提高了土壤细菌多样性和丰富度并优化了细菌群落结构,ACE、Chao1和Shanno...     

稻壳生物炭基质中添加壳聚糖对辣椒、番茄生长质量的影响

为探究稻壳生物炭育苗基质中添加不同量壳聚糖对辣椒、番茄穴盘育苗效果的影响,以稻壳生物炭、蛭石、珍珠岩、发酵鸡粪按7∶1∶1∶1比例配成育苗基质,设4个不同添加量壳聚糖处理,测定辣椒、番茄幼苗生长质量及生理代谢指标,并计算壮苗指数和G值.结果表明在该复合基质中,壳聚糖添加量8 g/L时,辣椒、番茄幼苗株高、茎粗、叶绿素、可溶性糖含量等显著高于其他处理,辣椒、番茄幼苗壮苗指数分别比对照提高56.57%和57.75%.因此,在该稻壳生物炭基质中,适量添加壳聚糖可促进辣椒、番茄幼苗生长发育,以8 g/L添加量育苗效果最佳.     

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。     

秸秆生物炭对水稻土和赤红壤磷素有效性及化学形态的影响北大核心CSCD

为探讨生物炭对土壤磷素转化的影响,选择华南地区两种典型土壤(高磷水稻土和低磷赤红壤),通过土壤培养试验,研究添加不同剂量(0%、1%、2%和4%,分别用CK、T1、T2、T4表示)秸秆生物炭对土壤磷素有效性及不同磷组分随时间变化的动态影响.结果表明,不同剂量秸秆生物炭处理均能显著提高水稻土和赤红壤的全磷及有效磷含量,且增加幅度随生物炭添加剂量的增加而升高,培养第40天T4处理的水稻土及赤红壤的有效磷含量相比对照分别增加118.45%和6432.08%,赤红壤效果更为明显.不同剂量秸秆生物炭处理均能显著增加两种土壤的Fe-P和Ca-P含量,其中T4处理效果最为显著.培养第40天T4处理的水稻土中水溶性磷、Al-P、Fe-P、Ca-P含量较对照分别增加233.53%、14.95%、8.82%和55.65%,O-P含量则降低2.74%;赤红壤的Al-P、Fe-P、Ca-P含量分别增加71.35%、80.15%和124.73%,水溶性磷和O-P含量则降低7.14%和0.52%.随着培养时间推移,秸秆生物炭处理的水稻土和赤红壤酸性磷酸酶活性逐渐降低,碱性磷酸酶活性则逐渐升高.此外,培养初期添加秸秆生物炭显著降低了两种土壤的微生物量磷含量,但该抑制作用随时间推移逐渐减弱直至消失.综上所述,秸秆生物炭处理显著影响水稻土和赤红壤磷素的化学形态、微生物活性及磷素转化,增加磷素有效性,尤其对赤红壤作用效果更为明显,因此在化肥减施增效中值得进一步推广应用.(图7表3参50)     

生物炭与磷肥配施对棕壤中Cd形态及其有效性的影响

通过实验室模拟Cd污染棕壤,探讨单施不同量(20和40 g·kg~(-1))花生秸秆生物炭(PB)和棉花秸秆生物炭(CB)、20 g·kg~(-1)磷肥(P)以及两者配施对污染土壤p H值及5种形态Cd含量变化的影响,分析生物炭、磷肥及其联合作用对棕壤Cd生物有效性的影响机制。结果表明,单施磷肥可显著降低土壤p H值(较CK降低14.64%),单施生物炭以及两者配施均可提高土壤p H值(较CK增加0.99%~24.67%),以单施40 g·kg~(-1)花生生物炭处理土壤p H值增幅最显著。单施磷肥显著降低土壤可交换态、碳酸盐合态和铁锰氧化物结合态Cd含量,增加有机结合态和残渣态Cd含量;单施生物炭和配施处理均可使土壤可交换态Cd含量显著减少,碳酸盐结合态Cd含量显著增加(49.76%)。在相同施炭量(20 g·kg~(-1))下,配施处理土壤有效态Cd含量的降幅高于单施处理,且花生秸秆生物炭与磷肥配施处理效果优于棉花生物炭与磷肥配施,Cd活性系数分别为0.150和0.236,即20 g·kg~(-1)花生秸秆生物炭+20 g·kg~(-1)磷肥(P+PB_2)混合处理最有利于降低土壤Cd生物有效性。     

氮肥配施生物炭对旱地土壤养分和玉米根系径级分布的影响

为了缓解玉米连作带来的土壤养分失衡及根系早衰,探讨生物炭对土壤养分、玉米根系生长的主要径级水平、玉米干物质积累的后效作用。采用定位试验,设置不施氮肥、不施生物炭为对照(CK),2个施氮量(常规施N量225 kg·hm~(-2),N1;减氮10%,N 203 kg·hm~(-2),N2),2个生物炭量(8.4 t·hm~(-2),C1;21 t·hm~(-2),C2)共7个处理。在生物炭施用第二年,测定玉米不同径级根系生长及土壤养分含量。结果表明,与对照(CK)相比,常规施氮配施低量生物炭(N1C1)和减氮配施高量生物炭(N2C2)显著提高了土壤有机质含量;高量生物炭配施氮肥(N1C2和N2C2)分别提高土壤碱解氮储存量29.9%和9.0%;N1C2和N2C1处理显著提高土壤全氮含量。减氮配施低量生物炭(N2C1)促进大喇叭口期玉米0—2 mm径级根系的根长较CK提高38.9%(P?0.05,下同);低量生物炭配施常规氮肥(N1C1)促进成熟期玉米根系变细13.4%、根系变长32.4%,提高0—2 mm径级根系的总根长37.9%;单施氮肥或配施生物炭对2—3、3—4径级的根长无显著影响;常规单施氮肥(N1C0)较CK显著提高4 mm径级根系根长约40.5%。低量生物炭配施常规氮肥(N1C1)提高大喇叭口期玉米单株干物质积累53.16 g·plant~(-1)。综上,研究结果说明,8.4 t·hm~(-2)生物炭配施225 kg·hm~(-2)氮肥能更好地促进成熟期玉米细根生长。单施氮肥和配施21 t·hm~(-2)生物炭均可促进土壤养分的固持。该研究结果为秸秆循环利用提供科学参考,同时为优化玉米根系结构提供新思路。     

生物炭对土壤外源镉形态及花生籽粒富集镉的影响

镉是存在于农田土壤中毒性较大且较普遍的一种重金属,而生物炭可以应用于重金属污染农田,对作物生长与污染土壤修复产生影响。通过盆栽试验,将生物炭作为镉污染条件下土壤的改良剂,研究不同用量生物炭、镉元素对土壤中镉形态及其含量的影响,进一步测定花生(Arachis hypogaea L.)籽粒镉含量,探明其吸收规律。试验镉施用质量分数(按纯镉计)分别为0、1、10 mg·kg-1,记为Cd0、Cd1、Cd10,在3种不同质量分数的镉污染土壤中分别添加生物炭质量分数0、3.3、6.6、10 g·kg-1,记为C0、C50、C100、C150,共12个处理。土壤镉形态参考Tessier连续提取法分离,镉含量采用原子吸收分光光度计(Z-5000 ASS)测定。样品相关测定分别于花生苗期、花针期、结荚期取土样,成熟期取籽粒样品进行。结果表明:当镉施用量一定时,土壤有效态镉含量与水溶态镉含量随生物炭用量增加而显著降低(P0.05),而其他各形态镉含量随生物炭用量增加而增加。苗期Cd1处理随生物炭施入量的增加,土壤有效态镉质量分数降低8.24%~20.24%;花针期,土壤有效态镉质量分数降低5.95%~38.46%;结荚期则降低6.23%~26.03%。Cd10处理下的3个生育时期,土壤有效态镉含量在C150取得最小值,镉质量分数分别下降12.56%、18.44%和15.52%。在土壤p H值方面,相同处理不同生育时期内出现先小幅降低再升高的趋势。成熟期花生籽粒镉含量随镉施用量的升高而增加;在镉施用量为1、10 mg·kg-1处理下,花生粒镉含量随生物炭施入量的增加而降低,C150Cd1处理的镉质量分数为0.29 mg·kg-1,为施加镉处理组含量最低,即当生物炭施加量为10g·kg-1时,土壤修复效果最佳,花生粒镉含量最低。     

生物炭对砂糖桔叶果和土壤理化性状的影响

通过田间试验,开展生物炭对砂糖桔(Citrus reticulate Blanco cv.Shatangju)园土壤理化性质和叶片养分及果实产量品质的影响研究,以期为生物炭在砂糖桔园的培肥改土及合理农用方面提供理论依据。以10年生砂糖桔为试材,于2014—2015年在广东云浮采用沟施生物炭的方法,设置6个处理,分别施加0(CK)、1.2(T1)、2.4(T2)、3.6(T3)、4.8(T4)、6.0(T5)kg·plant~(-1)生物炭,每个处理3个重复,1个重复2株树,随机排列。收获后分析土壤理化性质和叶片养分,比较各处理果实产量和品质。结果表明:砂糖桔园施生物炭可显著降低土壤容重,提高土壤含水量、田间持水量、毛管孔隙度;施用生物炭能显著提高土壤p H值和有机质,且随着施用量增加而升高,生物炭处理p H值提高1.72~2.49个单位,T1、T2、T3、T4和T5有机质含量分别比对照增加93.76%、151.99%、201.53%、254.21%和465.24%;施用生物炭可以提升土壤中碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁、有效锌、有效硼和CEC含量,还可不同程度提高砂糖桔产量,改善果实品质,当施炭量为2.4 kg·plant~(-1)和3.6 kg·plant~(-1)时,产量分别比CK提高了153.68%和163.84%,果实品质也优于其他处理。因此,砂糖桔园施用生物炭对土壤理化性质和叶片营养及果实产量品质有较大影响,且不同生物炭用量间存在较大差异,当施炭量为2.4 kg·plant~(-1)和3.6 kg·plant~(-1)时,对土壤理化性质、叶片营养、果实产量和品质等方面的改善效果最好。     

生物炭与腐殖酸复配对油菜（Brassica campestris L.）生长与镉累积的影响

以油菜(Brassica campestris L.)为供试原料,对油菜废弃物生物炭进行制备与表征,通过盆栽实验,探究不同比例生物炭和腐殖酸的复配对土壤理化性质,油菜中Cd总量与根系土壤有效态Cd含量的影响。结果表明,生物炭和腐殖酸能够提高土壤养分的有效性,两者表面富含的官能团和致密的孔隙结构有利于土壤Cd的吸附,并显著提高土壤pH值,促进土壤重金属Cd的钝化作用。生物炭和腐殖酸复配在一定的比例范围内可提高油菜的生物量,但是生物炭及腐殖酸单独施用量超过1%,则对油菜的生长产生抑制。随着生物炭比例(生物炭在土壤中所占比例始终小于1%)的增加,油菜地上部分和地下部分生物量分别提高47.55%—60.33%和10.21%—87.59%,而2%生物炭和1%腐殖酸处理组,1%生物炭和2%腐殖酸处理组,1%生物炭和3%腐殖酸处理组分别降低了1.46%—88.65%和6.67%—64.23%。1%生物炭处理组和1%腐殖酸处理组的土壤有效态Cd分别降低28.76%和22.06%。同时不同比例生物炭和腐殖酸的复配显著降低油菜中Cd的累积量,降低地上部分和地下部分Cd的含量幅度分别为30.76%—90.79%和29.88%—92.46%。进一步研究表明,钝化处理的盆栽土壤有效态Cd含量均显著降低,降幅可达22.06%—47.90%。利用油菜废弃物制备生物炭复配腐殖酸极大程度提升高了盆栽土壤的质量同时利于土壤中重金属的稳定化,为中国北方碱性土壤重金属Cd超标农田的修复提供参考。     

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水,并以石灰石基质人工湿地作为对照,考察不同淹没/排水比(8 h/4 h和4 h/8 h)下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明:生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4~+-N、TN和PO4~(3-)-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地,且玉米秸秆生物炭基质人丁湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(73.6%±2.9%,COD)、(84.8%±6.1%,BOD5)、(84.2%±3.2%,NH4~+-N)、(45.3%±2.2%,TN)和(84.6%±2.8%,PO4~(3-)-P);当淹没/排水比由8 h/4 h改为4 h/8 h时,除PO4~(3-)-P的去除率基本不变外,各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4~+-N和TN的去除率均有不同程度的升高,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(80.5%±5.2%,COD)、(92.1%±5.1%,BOD5)、(90.3%±3.2%,NH4~+-N)、(60.3%±2.2%,TN)和(84.7%±1.5%,PO4~(3-)-P);生物炭基质人工湿地对NH4~+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用,且微生物硝化作用占主导,对PO4~(3-)-P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用,且微生物好氧吸磷作用占主导;生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质,且上层基质的微生物量高于下层基质;在微生物群落中,Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4~+-N的主要去除,其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。     

老化作用对水稻秸秆生物炭吸附Cd(Ⅱ)能力的影响

环境变化使生物炭材料发生老化作用,老化后的生物炭是否仍具有较强的吸附能力是评价生物炭对Cd修复的长期稳定性的重要指标.本文采用自然老化(Spontaneous aging,SPON),冻融循环老化(Freeze-thaw cycles aging,FTC)和高温老化(High temperature aging,HT)的方法对水稻秸秆生物炭进行2个月的人工加速老化,运用扫描电镜(SEM-EDS)、元素分析仪、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)研究老化作用对秸秆生物炭材料的影响,再通过等温吸附实验研究生物炭老化前后对Cd吸附性能特征的变化.结果表明,老化作用使生物炭材料局部发生破碎,增加了生物炭表面O/C比.老化作用显著影响秸秆生物炭表面的官能团,降低了生物炭表面—OH的数量,增加了CO、—COOH和Si—O—Si的数量,出现了C≡C键,可为Cd提供更多的吸附位点.等温吸附试验进一步证明了老化后的生物炭提高了对Cd(Ⅱ)的吸附性能.与生物炭原样相比,冻融循环老化、高温老化、自然老化使生物炭的Cd最大吸附量分别达到了26.49、33.30、23.40 mg·g~(-1),增加了27.8%,60.7%,12.9%.本研究表明老化作用改变了生物炭材料的表观结构和官能团,增强了对Cd(Ⅱ)的吸附能力,因此生物炭对Cd的修复具有一定的长期稳定性.     

生物炭和环保酵素对盐碱化土壤特性的影响

寻求行之有效的盐碱化土壤改良措施对于农业可持续发展具有重要理论和实践意义。利用环境友好型材料生物炭和环保酵素进行室内土培试验,分别单独施加4%(12 g)玉米秸秆生物炭(BC)和胡麻秸秆生物炭(BF),灌施60 g环保酵素(GE),同时将12 g BC和BF分别与60 g GE配施(BC+GE和BF+GE),以不添加任何材料处理为对照(CK),在培养第3、5、10、25、60天时,研究生物炭和环保酵素的施用对pH值、EC值、碱化度(ESP)、土壤基本养分、阳离子交换量及水溶性有机碳的影响,同时,通过相关性分析探讨盐碱化土壤盐碱指标与肥力指标的关联性。结果表明,随着培养时间的延长,GE加入土壤后能降低土壤pH、ESP,降幅分别达10.15%、28.06%,且效果比生物炭显著(P0.05),4%BC和4%BF处理改良效果无显著性差异;4%BC和4%BF中EC的变化呈先降低再增加的趋势,且效果比GE显著(P0.05);与生物炭相比,GE更能增加土壤CEC含量,最大增幅为30%;4%BF处理中DOC最高增幅为56.3%,效果优于4%BC,与GE相比无显著性差异;4%的生物炭能显著提高土壤中有机质、速效钾、有效磷含量,分别比对照增加63.4%、50.45%、46.1%,其效果优于GE。试验还发现,生物炭和环保酵素复配对降低土壤pH、EC、DOC、ESP的效果都优于单施,但单施生物炭有更高的增加阳离子交换量和养分含量的能力。土壤肥力指标与盐碱指标呈负相关性。本研究结果可为生物废弃物的资源化利用和盐碱化土壤的改良提供理论依据。     

椰纤维生物炭对砖红壤水稻土Pb形态及水稻产量和品质的影响

为研究椰纤维生物炭(CFB)对铅(Pb)污染水稻土中Pb形态和生物有效性的影响,以及对水稻(Oryza sativa L.)生长和品质的调控效果,以热带(海南)具有代表性的花岗岩和玄武岩母质发育的砖红壤水稻土为供试土壤,在6种Pb污染土壤(Pb质量分数为0、50、250、500、2 500、5 000 mg·kg~(-1))中添加质量分数为3%的CFB,并进行水稻盆栽试验,分析土壤EDTA有效态Pb含量和Pb形态,及糙米Pb含量、水稻产量和农艺性状的变化。结果表明:随Pb污染量的增加,两种水稻土中各化学形态和有效态Pb含量显著增加(P0.05);CFB的施用降低了土壤交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量,增加了有机结合态和残渣态含量;降低了供试土壤有效态Pb含量,且玄武岩母质水稻土较花岗岩母质水稻土效果更显著。Pb质量分数(250、500 mg·kg~(-1))未超过国家农业用地风险管制值(GB15618—2018;≤500 mg·kg~(-1))时,花岗岩水稻土、玄武岩水稻土中糙米Pb含量依次超过食品安全国家标准(0.2mg·kg~(-1));Pb胁迫未对水稻生长和农艺性状造成明显影响;而质量分数为5 000 mg·kg~(-1)时,Pb胁迫抑制水稻生长、降低农艺性状,此时花岗岩和玄武岩中糙米Pb含量分别超过国家食品安全标准14、10倍。CFB能够缓解Pb对水稻产量和品质的影响;Pb质量分数为500mg·kg~(-1)时,CFB的施用使玄武岩水稻土中糙米Pb含量降低38.4%,符合食品安全国家标准。因此,椰纤维生物炭能够促使土壤中Pb向水稻难吸收的有机结合态和残渣态转化,降低有效态Pb含量,减轻Pb对水稻生长的毒害及在糙米中的累积。     

生物炭对旱作农田土壤理化性质及作物产量的影响

生物炭因其结构和功能特性受到国内外学者广泛关注,在农业土壤改良培肥、固碳减排等方面展现出巨大的应用潜力,但基于田间长期定位试验,开展生物炭对大田土壤理化性质及作物产量的影响研究尚不多见。以西南地区玉米(Zea mays L.)-油菜(Brassica campestris L.)轮作农田为研究对象,通过不同生物炭添加比例的田间定位试验研究了生物炭施用对旱作农田土壤容重、pH值、有机质、矿质态氮、有效磷、含水量等理化性质以及作物产量的影响,试验共设4个处理:单施复合肥、尿素(C0);复合肥、尿素+20 t·hm-2生物炭(C2);复合肥、尿素+50 t·hm-2生物炭(C5);复合肥、尿素+100 t·hm-2生物炭(C10)。结果表明:与C0对比,C5和C10处理均显著降低了土壤容重,降低幅度分别为14.6%和32.5%;C2、C5和C10处理土壤年均pH比对照组分别提高了0.10、0.17和0.15个单位;处理组土壤中有机质含量比对照组分别提高44.9%、137.7%和297.2%;土壤硝态氮含量比对照组分别提高了38.0%、26.3%和88.4%;土壤有效磷含量分别提高了34.8%、135.0%和232.2%;生物炭处理下土壤年均含水量比对照组分别提高了8.8%、29.1%和44.7%。玉米、油菜籽实和均表现为生物炭处理高于对照组。玉米籽实提高7.6%~20.3%,玉米根茎叶生物量提高8.6%~46.8%;油菜籽实产量提高显著,高于对照组15.7%~35.4%,根茎叶生物量提高-17.2%~30.3%。综合来看,本试验条件下,生物炭施用有利于降低土壤容重,提高土壤pH、有机质含量、NO3--N含量、有效磷含量、含水量,显示出生物炭作为土壤改良剂施用于农田能有效改良土壤理化性质和提高耕作性能。     

施用生物炭肥对黄连木生长及光合特性的影响

黄连木(Pistacia chinensis Bunge)是中国重要的能源树种,具有巨大的开发利用价值。通过黄连木人工林施用生物炭肥试验,探讨了黄连木生长和光合生理特性对生物碳肥输入的响应,结果表明:与对照相比,各生物炭肥处理对黄连木生长特性都有不同程度的提高,其中地径、树高、冠幅、比叶面积平均高于对照30.09%、55.08%、23.07%、25.03%,但不同处理之间差异不显著,说明生物炭肥对黄连木生长有促进作用,但与施用量相关性不紧密。通过光合试验发现,不同炭肥处理黄连木光合速率Pn值平均高于对照14.25%,除胞间CO2浓度(Ci)外,黄连木叶片的气孔导度(Cond)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(wue)各处理都高于对照,说明各生物碳肥都能在一定程度上提高光能利用率和水分利用效率。黄连木最大荧光效率(Fv/Fm)在不同生物炭肥处理间没有显著差异(P0.05),其中T2处理的Fv/Fm值最大为0.750,略高于对照。PsⅡ(Photosystem II)的活性(Fv/Fo)也是T2处理最高,且显著高于对照,平均值比对照增加14.73%,达到3.006。除T2处理的可变荧光Fv值显著高于对照外,其它各叶绿素荧光参数在处理间的差异都不显著(P0.05)。综合而言,适量的生物炭肥(T2处理)有利于提高黄连木的Pn值以及叶片Fv/Fm和Fv/Fo值,有效改善黄连木的光合生理特性,进而促进植株生长。     

添加生物炭对猪粪好氧堆肥过程氮素转化与氨挥发的影响

为了减少好氧堆肥过程中氮素的损失,研究添加生物炭对猪粪好氧堆肥过程中氮素转化和损失的影响。设置不加生物炭对照(S1)以及猪粪秸秆中添加5%(S2)、10%(S3)、15%(S4)生物炭4个处理,监测堆肥过程中堆肥温度、氮素形态及氨挥发速率等的变化。结果表明,与对照相比,添加生物炭能够提高堆肥温度,提前2—3d进入高温期,缩短堆肥周期,提高堆肥品质。生物炭显著增加猪粪堆肥NO_3~--N的含量,降低了NH_4~+-N的含量,有利于NH_4~+-N向NO_3~--N转化;堆肥结束时,处理S2、S3和S4的NO_3~--N含量分别比对照提高了39.64%、46.68%和28.84%;添加生物炭明显降低了堆肥在高温期的氨挥发速率,且氨挥发累积排放量分别比对照降低了18.77%、25.35%和26.39%。与堆肥前相比,S1—S4总氮的增加率分别为9.7%、27.5%、28.6%和26.2%,添加10%生物炭的处理固氮效果最好。以上结果说明,猪粪堆肥过程添加生物炭更易促进堆肥腐熟、抑制氨气挥发和减少氮素损失,通过合理物料配比的好氧堆肥可以更有效地实现农业秸秆及猪粪的优质资源化利用。     

不同改性生物炭功能结构特征及其对铵氮吸附的影响

为研发高性能铵氮(NH_4~+-N)吸附材料,削减水体NH_4~+-N排放负荷,提高农田土壤NH_4~+-N养分持留力,采用3种改性方法制备铁改性生物炭(B1)、酸碱联合改性生物炭(B2)铁氧化改性生物炭(B3)。通过吸附实验对比研究不同改性生物炭对NH_4~+-N的吸附效应,并结合改性前后和吸附前后生物炭组成与结构特征对改性生物炭的NH_4~+-N吸附机制进行探讨。结果表明,(1)铁氧化改性生物炭对NH_4~+-N的吸附作用最强,相对于未改性生物炭(B),其NH_4~+-N饱和吸附量提高了23.3%-24.1%;铁改性生物炭次之,NH_4~+-N饱和吸附量较未改性炭提高了14.1%-14.3%;酸碱联合改性生物炭NH_4~+-N饱和吸附量最小。(2)改性生物炭对NH_4~+-N的吸附由单分子层化学吸附的稳定吸附机制主导,同时存在非均一的多层物理吸附过程。(3)改性后导致的C-O官能团的增加是NH_4~+-N吸附量增加的主要原因,其次Fe-O官能团也参与了NH_4~+-N吸附。因此,采用氧化物对生物炭进行改性,提升生物炭中有氧官能团含量(包括有机和无机有氧官能团)是提高NH_4~+-N吸附效应的有效途径。该研究结果可为制备和筛选高性能NH_4~+-N吸附材料,提高生物炭在土水系统NH_4~+-N的去除效应提供理论基础。