秸秆生物炭对河套灌区膜下滴灌玉米农田生态系统碳足迹的影响

为探究生物炭对干旱地区膜下滴灌玉米农田生态系统温室气体排放和碳足迹的影响.设置不同施用量的生物炭处理［0（CK）、15（C15）、30（C30）和45 t ·hm^-2（C45）］,连续2 a监测覆膜滴灌条件下一次性施用秸秆生物炭后玉米农田生态系统土壤温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）排放的季节变化及其综合增温潜势,利用生命周期评估法估算农业生产活动引起的碳排放量,并进行碳足迹的分析.施用生物炭当年的作物生长季土壤CO₂累积排放量比CK下降17.6%~24.7%,N₂O累积排放量下降71.1%~110.4%,综合增温潜势降低19.5%~25.9%.生物炭施用后第2 a作物生长季的CO₂累积排放量比CK减少19.2%~40.6%,N₂O累积排放量减少38.7%~46.7%,综合增温潜势减少19.7%~40.5%.连续2 a处理C15和C30均不同程度增加了CH₄累积吸收量,而处理C45显著降低了CH₄累积吸收量.C15和C45分别为生物炭施用当年和翌年单位产量碳足迹最少的处理,其单位产量碳足迹较CK分别降低10.1%和26.2%.土壤温室气体排放量对玉米农田生态系统碳足迹贡献率最大（38.1%~59.2%）,其次为氮肥生产（19.8%~33.4%）,而后为电能生产（6.7%~8.8%）和地膜覆盖（4.4%~7.4%）.生物炭对生态系统碳足迹贡献率为5.7%~13.8%.施用30 t ·hm^-2生物炭对农田生态系统减排固碳增产效果更好.改善生物炭制作工艺及运输途径、提高氮肥利用效率和发展节水节能灌溉技术,是减少旱区农田生态系统碳足迹的重要途径.     

生物炭与土壤调理剂对滨海荒芜重盐碱地的改良效应

以土壤改良剂对荒芜重盐碱地生物改良和开发利用为研究目标,在华北低平原区滨海荒芜重盐碱地开展了施用生物炭（B）和调理剂（C）种植先锋作物油葵的大田试验.生物炭用量设2个水平（0和1.25 kg ·m^-2）调理剂施用量设3个水平,分别为0、0.83和1.66 kg ·m^-2,共6个处理.油葵收获后按照每30 cm一层采至90 cm搜集土样.结果表明,施用生物炭提高0~30 cm和60~90 cm土层含盐量,而土壤调理剂则显著降低0~30 cm土壤含盐量.没有发现生物炭或调理剂对土壤pH有显著影响.生物炭处理显著抑制土壤硝化作用,导致0~90 cm土层NO₃^--N含量显著下降,NH₄⁺-N含量提高,对有机质（SOM）含量没有显著影响.施用土壤调理剂提高0~30 cm土壤SOM含量,调理剂施用量为1.66 kg ·m^-2时0~90 cm土层的NO₃^--N含量显著增加.单施生物炭与调理剂或者二者组合均显著增加0~90 cm土壤NH₄⁺-N含量、有效磷（Olsen-P）含量和有效钾（K_ex）含量,但生物炭对这3种养分含量的提升效果更显著,土壤调理剂则在增加0~30 cm土壤有机质和降盐方面更有效.施用高量调理剂促进土壤硝化作用,而施用生物炭恰恰起到硝化抑制剂的作用,因此,将生物炭与土壤调理剂结合施用,是滨海荒芜重盐碱地防止NO₃^--N淋失、减少环境污染、增肥降盐并保障耐盐先锋作物高肥低盐生长环境的有效措施.     

生物炭施用5 a后对桂北桉树人工林土壤有机氮组分和活性氮的影响

研究施用不同量生物炭5 a后桉树人工林土壤有机氮组分和活性氮特征,探讨土壤有机氮组分和活性氮之间的关系,明确生物炭不同施用量下土壤的供氮潜力,为桉树林业废弃物生物炭的实践应用提供科学依据.利用开始于2017年的桉树人工林生物炭中长期定位试验,选取CK(0%)、 T1(0.5%)、 T2(1.0%)、 T3(2%)、 T4(4%)和T5(6%)这6个处理,一次性施用生物炭5 a后测定不同处理下有机氮组分、微生物生物量氮和溶解性有机氮含量.结果表明：(1)与对照相比,随着生物炭施用量的增加,不同土层全氮、酸解总氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮、微生物生物量氮、溶解性有机氮和氮储量含量均呈递增趋势,增幅分别为45.48%～156.32%、 44.31%～171.31%、 38.06%～223.37%、 39.42%～163.32%、 36.72%～109%、 23.27%～113.51%和29.45%～62.37%,在T5处理最大;未知态氮和非酸解态氮含量总体亦呈增加的趋势,增幅分别为88.41%～158.71%和50.24%～139.01%;酸解氨基糖态氮含量趋于降低,降幅为7.72%～32...     

载镧磁性水热生物炭的制备及其除磷性能

将小麦秸秆在水热条件下(220℃)炭化2 h得到水热生物炭(HTC),以HTC为载体,通过一步共沉淀法制备了一种吸附容量高、易于磁分离回收的载镧磁性水热生物炭复合材料(La-MHTC).通过等温线和动力学等吸附实验方法,研究了该材料对磷酸根的吸附特性,考察了载镧量、初始pH和共存离子等因素对磷酸根吸附过程的影响.结果表明La~(3+)∶Fe~(3+)为2∶1时,材料(2-La-MHTC)具有良好的吸附磷酸根的能力;在吸附剂投加量为0. 1 g·L~(-1),pH为7时,对磷酸盐吸附量达到100. 25mg·g~(-1);吸附符合Langmuir等温模型,吸附动力学过程遵循准二级动力学,并且吸附不受其它离子的影响(在Cl~-、NO_3~-和SO_4~(2-)等共存离子体系磷酸盐去除率达到98%),在较广的pH(3～10)范围都具有良好的吸磷能力.吸附的磷酸根可用NaOH溶液解吸,5次吸附-脱附循环实验中磷酸盐去除率均能达到90%以上,脱附效率为65%左右,说明该吸附剂具有良好的脱附和重复利用能力.应用其处理实际含磷污水,可将磷酸盐浓度从0. 87 mg·L~(-1)降低到0. 05 mg·L~(-1).吸附机制主要为静电吸附作用和La(OH)_3与磷酸盐通过配体交换形成内层络合物.     

炉渣与生物炭施加对福州平原水稻田温室气体排放的后续影响

为了探讨炉渣与生物炭施加对稻田温室气体的排放是否具有后续效应,于2015年早、晚稻秧苗移栽前对稻田进行施加生物炭(B)、炉渣(S)和生物炭+炉渣(混施)处理(BS),以不施加处理作为对照(CK). 2 a后(2017年)在早、晚稻生长期,分别测定了不同试验组稻田温室气体CO_2、CH_4和N_2O的排放通量.结果表明,在水稻生长期,对照、生物炭、炉渣和混施处理CO_2的平均排放通量分别为(1 723. 66±194. 56)、(1 245. 52±155. 05)、(1 140. 29±79. 68)和(1 055. 83±62. 13) mg·(m~2·h)~(-1),生物炭、炉渣和混施这3种施加处理CO_2的排放通量均比对照组有显著降低(P 0. 05),降低比例分别达27. 74%、33. 84%和38. 75%. CH_4的平均排放通量为(0. 45±0. 03)、(0. 40±0. 05)、(0. 36±0. 10)和(0. 25±0. 04) mg·(m~2·h)~(-1),各处理组与对照相比均降低了CH_4的排放通量,降低比例分别为11. 11%、20. 00%和44. 44%,但未到达显著差异(P 0. 05). N_2O在不同处理组的平均排放通量为(62. 47±27. 00)、(115. 09±30. 94)、(79. 75±24. 98)和(112. 68±23. 59)μg·(m~2·h)~(-1).与对照相比,各处理组均增加了N_2O的排放通量,升高比例分别达84. 23%、27. 66%和80. 37%.全球综合增温潜势表明,施加处理增加了早、晚稻稻田生态系统的综合增温潜势.说明,炉渣和生物炭施加处理2 a之后,对减排作用效果不明显.     

化肥减量有机替代对紫色土旱坡地土壤氮磷养分及作物产量的影响

化肥减量配施有机肥是实现环境友好,保持耕地质量的国家战略,对防治土壤污染和实现农业可持续发展具有重要意义.以三峡库区紫色土旱坡地为研究对象,通过田间试验研究了在油菜/玉米轮作模式下,对照处理、常规施肥、优化施肥、生物炭（化肥减量配施生物炭）及秸秆还田（化肥减量配施秸秆还田）这5个处理对土壤氮、磷形态、作物氮磷含量、肥料利用率及作物产量的影响.结果表明,土壤铵态氮含量在油菜季的秸秆处理最高,为4.51 mg·kg^-1.各处理玉米季的土壤铵态氮和碱解氮含量均明显高于油菜季.化肥减量配施有机肥可以保障并提高土壤全氮的含量.其中,秸秆处理的油菜季和玉米季土壤全氮含量均最高,分别为0.56 g·kg^-1和0.60 g·kg^-1.秸秆处理的油菜季土壤有效磷含量最高（0.76 mg·kg^-1）.化肥减量配施有机肥的土壤全磷含量较常规处理没有显著差异（P>0.05）.化肥减量配施有机肥表现出略有增产的趋势,其中生物炭处理的油菜产量最高（2328 kg·hm^-2）;常规处理的玉米产量最高（5838 kg·hm^-2）.无论油菜季还是玉米季,各化肥减量处理较常规处理都普遍提高了氮肥和磷肥的农学利用率.在紫色土地区中,化肥减量配施生物炭和秸秆还田均有利于改善土壤养分、提高化肥利用率,达到减少氮肥、磷肥施用量和提高作物产量的效果.     

向日葵秸秆生物炭强化Fe(Ⅲ)/S2O82-体系降解苯甲酸

二价铁离子活化过硫酸盐(PS)产生自由基可降解有机污染物,但体系中Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环速率较慢,成为制约降解效率的关键因素之一.为提高反应体系效率,制备向日葵秸秆生物炭(SFBC),以苯甲酸(BA)为目标污染物,探究SFBC强化Fe(Ⅲ)/S_2O~(2-)_8体系降解BA的效果.SFBC表征结果说明其具有孔隙结构,由无定形炭组成,表面有丰富的官能团及持久性自由基(PFRs).考察了反应条件(pH、PS浓度和SFBC投加量)对降解的影响,结果表明,SFBC/Fe(Ⅲ)/S_2O~(2-)_8体系对BA降解效率明显高于Fe(Ⅲ)/S_2O~(2-)_8及SFBC体系,在SFBC=2.0 g·L~(-1)、BA=10.0mg·L~(-1)、PS=2.0mmol·L~(-1)、Fe(Ⅲ)=1.0mmol·L~(-1)和pH=3.0条件下, 90 min时BA降解率达100.00%;自由基猝灭实验及电子顺磁共振光谱(EPR)实验表明,SO~-_4·和·OH共同参与BA降解并以SO~-_4·为主导;循环实验及实际水体影响说明SFBC具有较好地循环稳定性及实际应用性.机制分析阐明PFRs和—OH给出电子还原Fe(Ⅲ)生成Fe(Ⅱ),进而由Fe(Ⅱ)活化PS高效降解BA.     

3种土壤改良剂对河套灌区玉米田温室气体排放的影响

为研究膨润土、生物炭和聚丙烯酸钾等土壤改良剂对农田温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法研究了5种不同施肥处理(不施肥、常规施肥、常规施肥+膨润土、常规施肥+生物炭、常规施肥+聚丙烯酸钾,分别标记为NF、CK、B、C和PAM)下河套灌区2015、2016两年玉米田温室气体排放动态变化.结果表明,玉米生育期内,河套灌区农田N_2O呈双峰型排放规律,各处理于追肥灌水后5~7 d出现N_2O排放峰值;农田CH_4排放无明显规律,个别处理于追肥灌水后6 d左右出现CH_4排放峰值,其余时期均表现为土壤对CH_4的吸收作用;CO_2呈单峰型排放规律,于玉米拔节期出现排放峰值.相关性分析表明,土壤温度的升高,可显著增加土壤N_2O和CO_2的排放速率.与CK相比,B和PAM处理可显著降低N_2O累计排放量(P0.05),降幅分别为38.59%和45.35%;B、C处理可显著增强土壤对CH_4的吸收作用(P0.05),累计吸收量分别增加144.44%和172.22%;B、C处理CO_2累计排放量与CK差异显著(P0.05),与CK相比分别降低25.40%和22.21%.总体来说,B、C和PAM处理下综合增温潜势较CK分别降低27.77%、19.61%和12.16%,温室气体排放强度降低35.20%、26.65%和13.36%.与CK相比,B、C处理下玉米产量显著提高11.33%和9.59%,净生态系统经济预算显著增加16.15%和12.65%(P0.05).综上所述,对河套灌区玉米种植体系而言,常规施肥基础上添加膨润土、生物炭是提高作物产量、降低增温潜势的有效农业措施.     

生物炭和草酸活化磷矿粉对镉镍复合污染土壤的应用效果

采用室内培养实验,利用生物炭和草酸活化磷矿粉对镉镍复合污染土壤进行修复,比较两者不同配比对土壤重金属镉镍的修复效果及对土壤无机氮和微生物量氮(MBN)转化的影响.结果表明,随着草酸活化磷矿粉和生物炭施用量的增加,土壤p H逐渐增加,镉和镍均由弱酸提取态逐渐向可还原态、可氧化态和残渣态转化,生物有效性降低.其中,C50P3(50 g·kg~(-1)生物炭与3 g·kg~(-1)草酸活化磷矿粉)配施的修复效果最好,弱酸提取态Ni占全量的质量分数降低了37.0%,残渣态Ni增加了14.8%,弱酸提取态Cd含量占全量的质量分数降低了40.2%,残渣态增加了35.2%.施用修复剂40 d后,相较于C0P0(空白对照)处理,C50P0(单施50 g·kg~(-1)生物炭)处理与C0P3(单施3 g·kg~(-1)草酸活化磷矿粉)处理微生物量氮含量均分别增加了1.5倍和1倍;铵态氮含量分别减少了12.5%和6.4%,硝态氮含量分别降低了11.6%和10.2%.综合比较可知,生物炭和草酸活化磷矿粉配施对土壤重金属镉镍复合污染的修复效果要优于单施,且50 g·kg~(-1)生物炭与3 g·kg~(-1)草酸活化磷矿粉(C50P3)配施的修复效果最好,修复剂的加入促进了土壤无机氮向有机氮的转化.     

柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)减少重载柴油机烟度排放的试验研究

在一台满足国三排放法规要求的重载车用增压中冷电控单体泵柴油机上,将其改造成柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)发动机并进行台架试验.利用电控单元控制向进气歧管喷射的甲醇量及其喷射时刻,原柴油机供油系统保持不变.试验主要研究在稳定工况时,不同的负荷以及不同的甲醇对柴油的比例情况下,经催化转化后发动机干炭烟烟度(415烟度)和不透光烟度(439烟度)排放的情况.试验结果表明,在燃用现有市售的燃油条件下,与原机相比,相同工况下采用DMCC的干炭烟烟度和不透光烟度都有大幅度的减少.干炭烟的最大降幅达95%,平均降幅达到50%以上.在柴油喷射量不变的情况下,增加甲醇喷射量,干炭烟烟度会持续减小,而不透光烟度呈先减少后增加的趋势.同负荷时的甲醇对柴油替代率为44.88%到56.73%时,不透光烟度存在最低点,并且发动机的烟度排放存在最优值.在同一工况下,随着柴油对甲醇的比例增加,发动机的干炭烟烟度和不透光烟度排放都逐渐增加.