生物炭施用对黄壤土壤养分及酶活性的影响

生物炭因其具有特殊的理化性质,作为土壤改良剂或调理剂被广泛应用于改善土壤质量;土壤养分与土壤酶活性是表征土壤质量化学性质和生物学性质的重要指标.采用大田试验,研究生物炭不同施用水平：0（CK）、5（B5）、10（B10）、20（B20）和50（B50） t·hm^-2对黄壤养分和土壤酶活性的影响,运用结构方程模型（SEM）定量分析生物炭处理对土壤养分和酶活性的直接或间接影响及其作用大小.结果表明,生物炭显著增加土壤pH值、电导率、有机碳、碱解氮、有效磷和速效钾（P<0.05）;随生物炭施用量的增加,土壤过氧化氢酶和脲酶活性先增加后降低,磷酸酶和蔗糖酶活性增加（P<0.05）;B10处理下,土壤过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶的活性均达到最大值,蔗糖酶活性也相对较高.随生物炭作用时间增加,土壤pH值、碱解氮、有效磷和速效钾含量均增加,而电导率和有机碳与之相反;过氧化氢酶活性降低,脲酶和磷酸酶活性升高,蔗糖酶活性无明显变化规律.SEM结果显示,生物炭施用对过氧化氢酶具有直接的负效应;通过提升pH、电导率、有机碳和碱解氮含量间接影响过氧化氢酶活性,通过提升pH和电导率间接促进蔗糖酶活性,通过提高电导率以及碱解氮和有效磷含量间接增加磷酸酶活性.综上,生物炭施用量及作用时间显著影响土壤养分含量,进而间接作用于土壤酶活性;酸性黄壤施用10 t·hm^-2的生物炭较为适宜.     

酒糟生物炭短期施用对贵州黄壤氮素有效性及细菌群落结构多样性的影响

为实现酱香型酒糟资源化综合利用和黄壤氮素有效性提升,采取田间培养试验,通过设置5个生物炭施用量0%(MB₀)、 0.5%(MB_0.5)、 1.0%(MB_1.0)、 2.0%(MB_2.0)和4.0%(MB_4.0),研究酒糟生物炭短期施用对贵州黄壤氮素有效性及细菌群落结构多样性的影响.结果表明,施用酒糟生物炭使土壤全氮(TN)和硝态氮(NN)含量分别提高35.79%～365.26%和122.96%～171.80%,微生物量氮(MBN)含量降低34.10%～59.95%,且随着生物炭施用量的增加,铵态氮/全氮(AN/TN)、硝态氮/全氮(NN/TN)和微生物量氮/全氮(MBN/TN)呈现出降低趋势.施用酒糟生物炭显著降低了土壤细菌OTU数量、群落丰富度和多样性,且随酒糟生物炭施用量的增加,该影响程度随之增加.与未施用酒糟生物炭MB₀处理相比,酒糟生物炭的施用显著改变土壤细菌群落结构,随着生物炭施用量的增加,拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度提高了1....     

生物炭对黄绵土水分入渗和持水性能的影响

基于室内一维土柱入渗试验,定容重条件下研究了生物炭粒径(1—2 mm和≤0.25 mm)和添加量(10 g?kg~(-1)、50 g?kg~(-1)、100 g?kg~9-1)和150 g?kg~-1))对扰动黄绵土的水分入渗过程及持水能力的影响。结果表明:生物炭明显降低了黄绵土的入渗能力,黄绵土的湿润锋深度与累积入渗量随着生物炭添加量的增加而降低,且小粒径生物炭对黄绵土入渗能力的降低作用强于大粒径;生物炭明显增加了黄绵土的持水能力,且随添加量增大而增大,小粒径生物炭的促进作用优于大粒径;添加生物炭后黄绵土湿润锋深度与时间关系可用幂函数描述;Kostiakov、Philip、Horton入渗模型均能较好模拟生物炭添加后黄绵土累积入渗量随时间变化,其中,Kostiakov模型拟合精度更高;van Genuchten公式可以用来描述添加生物炭后黄绵土持水特征。该研究结果为添加生物炭后的黄绵土适宜性评价提供了土壤水分方面的参考依据。     

热解制备玉米秸秆和城市污泥生物炭过程中PAHs的污染特征

以玉米秸秆和城市污泥为生物质原材料,并于300、500、700 ℃下厌氧热解,分析生物炭和生物油中PAHs的生成、分配及毒性特征.结果表明:玉米秸秆和城市污泥在300～700 ℃下热解后分配于生物炭中的w(PAHs)分别为116.8～1 807和136.3～52 015 μg/kg,分配于生物油中的w(PAHs)分别为10 612～33 402和11 077～116 673 μg/kg.生物炭和生物油中以低环PAHs(2环～4环)为主,其所占比例分别为90.8%～99.6%和97.9%～99.5%.大部分PAHs分配于生物油相,生物炭中PAHs的残留量较小,其中,5环PAHs是生物炭和生物油中苯并芘毒性当量浓度(TEQ_BaP)的主要贡献者.      

玉米秸秆生物炭对灰钙土吸附金霉素的影响

为研究生物炭(BC)添加对灰钙土(HGT)吸附金霉素(CTC)的影响,本文以玉米秸秆为原料分别在200、400和600℃下制备BC.采用批平衡法,研究CTC在HGT和HGT+BC上的吸附行为.结果表明,HGT对CTC的吸附平衡时间为240 min,添加BC使平衡时间相对延长,符合准二级动力学模型.CTC的总体吸附速率由...     

玉米秸秆生物炭改善污泥脱水性能

本实验以玉米秸秆为原料,制备了生物炭和AlCl₃改性生物炭,研究了2种生物炭分别调理污泥后的脱水效果,并探讨了污泥脱水性能的改善机理.结果表明,经过2种生物炭调理后,污泥比阻（SRF）、泥饼含水率（MC）、污泥沉降体积指数（SV₃₀）、毛细抽吸时间（CST）均下降,污泥净产率（Y_N）升高,说明污泥脱水性能得到了改善,且AlCl₃改性生物炭对污泥脱水性能的改善效果明显优于生物炭.当AlCl₃（溶液浓度3mol/L）改性生物炭的用量为3g/L时,调理后的污泥SRF,MC,SV₃₀,CST分别降低至1.3×10¹²m/kg,81.9%,78.6%,35s,Y_N增加至17.8kg/（m²·h）.分析原因：一方面,经过生物炭调理后,泥饼中会形成一定的骨架结构,使得污泥中的水和EPS能够更容易地释放;另一方面,经过AlCl₃改性后,改性生物炭携带的正电荷（Al³⁺）能够与污泥颗粒所带的负电荷发生电中和作用,使得污泥颗粒更容易聚集,从而提高污泥的脱水效果.     

玉米秸秆生物炭对稻田土壤砷、镉形态的影响

通过室内土壤培养的方法模拟稻田土壤环境,研究淹水环境下添加(1%添加量)不同温度制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500)对砷、镉复合污染稻田土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及不同形态砷、镉含量动态变化的影响.结果表明,热解温度会影响玉米秸秆生物炭的理化性质,热解温度由300℃升至500℃,玉米秸秆生物炭芳香性增加,亲水性和极性降低,灰分含量增加,pH值升高.淹水环境下添加玉米秸秆生物炭处理相比对照(CK)可提高土壤pH值0.20~1.24,升高幅度大小为CB-500CB-400CB-300CK,随着培养时间的延长,pH值趋于平衡状态;淹水环境下土壤氧化还原电位均迅速下降,且不同处理组间存在显著差异,生物炭制备温度越高下降效果越明显,培养至第96 d时氧化还原电位降到最低.CK、CB-300、CB-400、CB-500处理组弱酸可提取态镉含量由淹水前的73.55%分别降至63.46%、57.73%、54.50%、53.94%,随着培养时间的延长,土壤中弱酸可提取态及可氧化态镉逐渐向残渣态及可还原态镉转化.土壤pH值与弱酸可提取态镉含量之间呈显著负相关关系.淹水环境下土壤可交换态砷含量升高,玉米秸秆生物炭的施加导致土壤交换态、Ca-结合态、Al-结合态和Fe-结合态砷含量逐渐上升,上升幅度分别为75.68%、20.92%、13.49%、48.66%,残渣态砷含量下降;土壤pH值与交换态砷含量之间呈显著正相关关系.研究结果可为砷、镉复合污染稻田安全生产与阻控提供数据支持.     

碳酸钙与生物炭对酸化菜地土壤持氮能力的影响

针对太湖地区稻田改种菜地后带来的土壤酸化现象,以碳酸钙与生物炭作为酸化改良剂,开展室内培养及多次淋洗模拟试验,比较两种改良剂对酸化菜地土壤持氮能力及酸化修复效果的影响.结果表明,基于碱缓冲曲线法,本试验用酸化菜地土壤每提高1个p H单位需向土壤中添加碳酸钙3.92×10-2mol·kg~(-1)或生物炭27.73 g·kg~(-1).无外源氮条件下碳酸钙添加使土壤氮矿化速率显著提高了37%,对土壤铵态氮、硝态氮含量影响不显著;生物炭添加使土壤氮矿化速率显著提高了35%~44%,且显著增加了土壤硝态氮含量42%~58%.模拟淋洗下,生物炭添加显著消减渗漏液体积24%,渗漏液氮浓度45%,显著减少氮淋失量42%~57%,而碳酸钙添加对渗漏液体积没有影响,增加了渗漏液中氮浓度,氮淋失量增加了12%~76%.淋洗后,各处理土壤p H值发生不同程度的降低,无外源氮条件下添加碳酸钙处理土壤p H值降幅最低,外源氮添加条件下生物炭添加处理降幅最低.由此可见,碳酸钙对酸化土壤修复效率较高,但在外源氮添加条件下降低了土壤持氮能力,更适用于酸化严重且需要休耕改良的菜地土壤;生物炭在维持土壤p H值的同时可以有效提高土壤矿质氮留存量,降低氮淋失,更适用于仍在高强度种植的菜地土壤.     

玉米秸秆生物炭固化细菌对镉砷吸附

为了确保细菌对镉砷复合污染土壤的修复效果,对细菌进行固定化处理.本研究将细菌悬液(Delftia sp. B9, B9)、玉米秸秆生物炭(corn stalks biochar,CSB)以及玉米秸秆生物炭-细菌复合体(corn stalks biochar-bacteria complex,B-CSB)作为3种吸附材料,探究3种材料对镉和砷的吸附特性及pH对3种材料去除水中镉砷离子性能的影响,进行了等温吸附模型拟合,并采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对3种材料进行表征分析,同时探究添加B9、 CSB和B-CSB对土壤中镉和砷形态变化的影响.结果表明, 3种材料对Cd²⁺的饱和吸附量分别为49.43、 82.68和75.38 mg·g^-1;对As的饱和吸附量分别为24.67、 42.92和34.03 mg·g^-1.添加B-CSB可使土壤中的弱酸可溶态Cd显著下降,残渣态Cd显著增加;铁型砷含量显著减少,残渣态砷含量增加.B-CSB是一种更有效地修复镉砷复合污染的材料.     

黄壤稻田土壤微生物量碳氮及水稻品质对生物炭配施氮肥的响应

探讨生物炭与氮肥减量配施对黄壤稻田土壤微生物碳、氮(SMBC、SMBN)和稻谷产量及品质的影响,旨在为该区域土壤培肥及氮肥减施增效提供科学依据.采用大田试验,设置5个氮肥减施梯度(TO～T4):0、10％、20％、30％和40％,用等氮量生物炭氮替代,以不施氮肥为对照(CK),在水稻成熟期进行测产采样,并对样品进行室内...     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

生物炭和秸秆还田对咸水滴灌棉田土壤微生物群落特征及功能差异的影响

干旱区淡水资源不足,农业用水主要依赖于含盐的浅层地下水,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,土壤环境恶化,不利于作物生长.因此,在长期淡水（0.35 dS·m^-1,FW）和咸水（8.04 dS·m^-1,SW）灌溉的基础上,采用等碳量设计向土壤中添加生物炭（3.7 t·hm^-2,BC）和秸秆（6 t·hm^-2,ST）,旨在明晰生物炭和秸秆还田对盐渍化土壤理化性质及微生物群落结构的影响.结果表明,咸水灌溉显著增加土壤含水量、电导率、速效磷和全碳的含量,但显著降低了pH值和速效钾的含量.生物炭和秸秆还田均显著增加土壤含水量、速效磷、速效钾和全碳的含量,但显著降低了咸水灌溉条件下的电导率值.各处理土壤优势菌门为变形菌门、放线菌门 、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著增加芽单胞菌门和变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门和放线菌门的相对丰度.在淡水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门 、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.在咸水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门 、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.LEfSe分析表明,咸水灌溉降低了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;咸水灌溉条件下,生物炭还田增加了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在标志物和功能数量.RDA结果显示,土壤微生物群落和功能结构与EC_1:5 、SWC和pH值显著相关.咸水灌溉会恶化土壤环境,不利于农业生产,其中EC_1:5 、SWC和pH值是驱动土壤微生物群落和功能结构变化的重要因子,采用生物炭和秸秆还田可减缓盐分对土壤和作物的危害,为提高农业生产力奠定基础.     

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

生物炭对塿土土壤容重和团聚体的影响

通过比较生物炭施入土壤2 a和5 a的试验结果,研究随年限的增长生物炭的添加对塿土容重和土壤团聚体含量及稳定性的影响.采用田间定位试验和室内分析,试验设生物炭用量为0 t·hm~(-2)(B0)、20 t·hm~(-2)(B20)、40 t·hm~(-2)(B40)、60t·hm~(-2)(B60)和80 t·hm~(-2)(B80)这5个处理,将果树树干、枝条生物炭(450℃、限氧条件下)施入土壤,与耕层土壤混匀.经过5 a,分3层测定0～30 cm土层(即0～10、10～20和20～30 cm)的土壤容重、团聚体及有机碳含量.结果表明:①生物炭施入土壤5 a与施入2 a的结果相比,其对0～10 cm和10～20 cm土层团聚体影响相对减弱,对20～30 cm土层土壤容重和团聚体的影响显著增强.②随着年限的增长,在0～10 cm土层,生物炭施用量为40 t·hm~(-2)时, 0. 25 mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强,容重显著减小;在10～20 cm和20～30 cm土层,生物炭施用量为60～80 t·hm~(-2)时, 0. 25 mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强,容重显著减小.③当生物炭施用量为60 t·hm~(-2)时,对土壤有机碳的增加效果表现最优.说明生物炭对土壤团聚体的影响是一个渐进的过程.生物炭施入土壤5 a,其对深层土壤的影响更为显著,20～30 cm土层的土壤容重显著降低, 0. 25 mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强.从经济效益和改善效果综合考虑,在耕层土壤施入40～60 t·hm~(-2)的生物炭最适.     

秸秆与生物炭还田对土壤团聚体及固碳特征的影响

揭示秸秆与生物炭还田对团聚体有机碳含量、分布、稳定性以及相对贡献率的影响,有利于明确秸秆与生物炭还田下土壤碳库的稳定性及其保护机制.采用田间试验方法研究了油菜/玉米轮作模式下,秸秆与生物炭还田对土壤团聚体及固碳特征的影响.结果表明:(1)秸秆与生物炭还田各处理均能提高土壤有机碳含量,其中生物炭还田(BC、16.88 g·kg~(-1))、秸秆+生物炭还田(CSBC、17.37 g·kg~(-1))效果优于秸秆还田(CS、13.76 g·kg~(-1))和秸秆+速腐剂还田(CSD、14.68 g·kg~(-1)).(2)与对照(CK)处理相比,CS、CSD处理能显著地提高大团聚体(2 mm)含量,增加率为94.00%~117.78%,同时显著提高了水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、R0.25,降低了分形维数(D),提高了团聚体稳定性(P0.05).(3)随着团聚体粒径的增大,团聚体有机碳含量呈现先降低再增高然后再降低,且粉黏粒(0.053 mm)对土壤有机碳贡献率最高(29.61%~42.18%),大团聚体有机碳贡献率最低(9.19%~17.81%).除CSD处理外,CS、BC、CSBC处理降低了较大团聚体(2~0.25 mm)和微团聚体(0.25~0.053 mm)有机碳贡献率.秸秆还田促进土壤团聚作用效果优于生物炭还田,而生物炭还田提高团聚体有机碳含量效果优于秸秆还田,秸秆新碳主要向大团聚体内分配,秸秆+速腐剂还田还能促进较大团聚体内不同组分结合新碳,生物炭、秸秆+生物炭还田主要向微团聚体中富集.     

生物炭和秸秆还田对紫色土旱坡地土壤团聚体与有机碳的影响

明确生物炭和秸秆还田对未利用的新垦紫色土旱坡地土壤团聚体和有机碳的影响,为三峡库区土壤改良提供科学依据.采用田间试验方法,分析不施肥(CK)、常规施肥(NPK)、优化施肥(GNPK)、化肥减量配施秸秆(RSD)和化肥减量配施生物炭(BC)处理对不同粒径土壤团聚体含量及其有机碳贡献率的影响.结果表明,施肥可提高土壤养分含量水平,尤以RSD和BC处理最为显著;各处理以<0.25 mm粒级团聚体为优势粒级,施肥能显著增加5～0.5 mm粒级团聚体含量,提高平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和R_0.25(> 0.25 mm团聚体含量)值,降低分形维数(D)和土壤结构体破坏率(PAD_0.25)值(P <0.05);施肥能显著提高土壤有机碳含量,其中BC(6.73 g·kg^-1)和RSD(5.45 g·kg^-1)效果显著优于NPK(5.05g·kg^-1)和GNPK(3.63 g·kg^-1);<0.25 mm团聚体有机碳贡献率最高(3...