中国主粮作物生物炭产量效应的Meta分析

为定量评估生物炭对主粮作物产量的影响,收集了公开发表的116篇相关文献,共866对数据,采用Meta分析法定量分析了生物炭对我国主粮作物产量的影响及其影响因子,同时构建结构方程模型(SEM)进一步解释了因子间的交互关系.结果表明,与不施用生物炭相比,生物炭施用后可改善主粮田土壤理化性质,提高主粮作物产量,平均增产率为8.77%.其中,当生物炭pH为7～8时,平均增产率最大,可达26.49%;其C/N<60时,平均增产率为13.73%,显著高于C/N≥60的平均增产率.将生物炭施入酸性或中性土壤中,更能发挥其增产效应.当施炭量为10～20 t·hm^-2时,小麦和玉米的平均增产率最大;施炭量为15～25 t·hm^-2时,水稻平均增产率最大.但是,不同施炭水平的水稻增产率相近,可考虑损失部分产量,适当减施以兼顾经济效益.此外,生物炭增产效应会随施用年限增加而不断减弱,一般3 a后增产不显著.SEM表明生物炭施用量不仅直接影响主粮作物产量,还通过改善土壤肥力间接影响主粮作物产量,而生物炭C/N和pH仅通过改善土壤肥力影响主粮作物产量.因此,今后...     

控氧热解过程中污染稻草生物炭的组分特性及其重金属累积特征

热解是实现重金属污染生物质无害化资源化的重要手段之一.以重金属污染稻草为原料,研究了控氧热解生物炭的组分特性及其重金属的累积特征.结果表明,低氧热解可有效利用污染稻草制备生物炭,提高重金属在生物炭中的稳定性.氮气氛条件下,稻草生物炭产率为29.4%～34.9%;可溶性有机质(DOM)以类腐殖酸物质为主,其芳香化指数(SUVA₂₅₄)随热解温度升高呈先升后降趋势;生物炭中Ca主要以CaCO₃形式存在.与氮气氛相比,10%和20%(体积分数,下同)氧气氛条件下生物炭(热解残渣)的产率分别降低5.6%～13.5%和14.9%～15.7%,但pH值提高0.5个单位以上;有氧气氛加速了热解过程中木质素组分的降解,生物炭中DOM的SUVA₂₅₄值随热解温度升高逐渐降低.随热解气氛中氧体积分数提高,DOM中类腐殖酸物质向类富里酸物质转化;生物炭中Ca以CaO形式存在,这可能是导致生物炭pH值升高的原因之一.与氮气氛相比,10%氧气氛和400℃条件下,生物炭中Cu、 Cd、 Pb、 Ni和As的可交换形态占比降低了5.2%、 3.7%、...     

锰氧化物改性生物炭基质材料对典型喹诺酮类抗生素的吸附及其在人工湿地的应用

以废弃花生壳为原料,制备锰氧化物改性生物炭球（MBCB）用于去除水中的环丙沙星（CIP）和恩诺沙星（ENR）,探究MBCB对CIP和ENR的吸附特性及在人工湿地中的应用效果.结果表明,负载锰氧化物的MBCB对CIP和ENR的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,混合吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir和Freundlich等温模型都可以较好地拟合MBCB对CIP和ENR的吸附过程,在25℃条件下,通过Langmuir模型拟合出的对CIP和ENR的最大吸附量分别为3.84 mg·g^-1和2.01 mg·g^-1.MBCB对CIP和ENR的吸附过程主要受到内扩散和边界层扩散的控制,是自发的吸热过程,氢键和静电相互作用参与到吸附过程当中.添加MBCB作为基质的人工湿地对CIP和ENR的平均去除率达70.7%和62.9%,分别为对照组的1.625倍和1.719倍.同时,添加MBCB的湿地微生物丰度和多样性所受影响相对较小,这说明MBCB能缓解人工湿地中CIP和ENR的毒性,保证人工湿地对抗生素的去除效果.     

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.     

生物炭和秸秆还田对微咸水滴灌棉田土壤真菌群落结构多样性的影响

微咸水灌溉增加土壤盐分,改变土壤环境,进而影响土壤真菌的结构和多样性.在长期微咸水灌溉的基础上,分别添加生物炭和秸秆（采用等碳量设计,分别为3.7 t·hm^-2和6 t·hm^-2）,探究生物炭和秸秆对土壤理化性质和真菌群落结构多样性的影响.结果表明：与不施生物炭和秸秆（对照）相比,生物炭施用显著增加土壤的pH、全碳、速效钾和速效磷含量,但显著降低土壤电导率,降低幅度为20.71%;秸秆处理显著增加土壤的速效钾和速效磷含量,但显著降低土壤容重和电导率,降低幅度为4.17%和64.50%.生物炭和秸秆处理对真菌群落Chao1指数和ACE指数有增加趋势,对Shannon指数和Simpson指数有降低趋势.土壤优势真菌门类为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门和球囊菌门;优势真菌属为毛壳菌属、赤霉菌属、镰刀菌属、Idriella和被孢霉属.施加生物炭和秸秆提高子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、球囊菌门和毛壳菌属的相对丰度;但降低壶菌门、赤霉菌属和Idriella的相对丰度.LEfSe分析表明,施用生物炭和秸秆还田降低真菌群落潜在生物标志物数量.RDA结果显示,土壤真菌群落结构与EC_1：5和TN显著相关.微咸水灌溉给土壤带来了不利影响,其中EC_1：5和TN是驱动土壤真菌群落结构变化的主要因子,土壤真菌群落通过生物炭和秸秆对土壤的改良作用来适应盐胁迫环境.     

秸秆还田下氮肥用量对玉米产量及土壤无机氮的影响

研究连续2年秸秆还田下氮肥用量对玉米产量、氮肥利用率及土壤硝态氮的影响,结果表明,玉米产量随着施氮量的增加逐渐增加,施氮量达到216 kg·hm^-2时,产量最高,施氮量超过216 kg·hm^-2时产量有降低的趋势。相同施氮处理玉米产量年际变化明显,2010年较2009年产量提高0.69％~4.75％。氮肥利用率、氮肥农学利用率和氮收获指数随着秸秆还田年限的增加,均有不同程度的增加。2年0~100 cm土层土壤硝态氮含量均以施氮240 kg·hm^-2最高,且有向土壤深层迁移的趋势,对浅层地下水构成潜在的威胁。与施氮240 kg·hm^-2相比,施氮168、192 kg·hm^-2和216 kg·hm^-2处理0~100 cm土壤无机氮残留量2年平均减少39.87％、35.84％和29.38％。相同施氮处理,0~100 cm土壤无机氮累积量2010年较2009年略有降低。综合考虑玉米产量、氮肥利用率与生态环境效益,该地区最适施氮量200 kg·hm^-2左右。     

三峡库区典型退耕还林模式土壤养分流失控制

选择三峡库区典型退耕还林模式,包括园地(茶园)及林地(板栗)与原有坡耕地对照,观测并分析其土壤养分(氮磷)输出途径及数量情况,以评估实施退耕还林工程对流域土壤养分输出的影响.结果表明:1退耕后土壤养分氮磷年流失量(包括随泥沙和地表径流流失的量)减少;总氮(TN)年输出量从大到小依次为坡耕地(2 444.27 g·hm-2)茶园地(998.70g·hm-2)板栗林地(532.61 g·hm-2);总磷(TP)为坡耕地(1 690.48 g·hm-2)茶园地(488.06 g·hm-2)板栗林地(129.00 g·hm-2);与坡耕地比较,退耕还林模式(园地、林地)总氮、总磷年输出载荷分别减少了68.68%和81.75%.2茶园地、板栗林地与坡耕地相比,土壤养分速效态氮流失量明显减少,硝态氮(NO-3-N)输出总量依次为坡耕地(113.79g·hm-2)茶园地(73.75 g·hm-2)板栗林地(56.06 g·hm-2);铵态氮(NH+4-N)养分输出次序为茶园最大(69.34 g·hm-2),坡耕地次之(52.45 g·hm-2),板栗林地最小(47.23 g·hm-2).3硝态氮、铵态氮主要通过地表径流输出,所占总量比例分别为91.4%和92.2%;总氮和总磷主要通过泥沙输出,所占总量比例分别为86.6%和98.4%.通过退耕还林等措施,该地区地表径流以及土壤侵蚀输出明显减少,土壤养分流失得到有效控制.     

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.     

青霉菌与生物炭复合修复土壤砷污染的研究

采用随机区组设计,分别对添加不同量的青霉菌和生物炭的砷污染土壤进行培养,通过测定土壤中的As~(3+)、As~(5+)及总砷含量,探究了青霉菌与生物碳复合修复对砷污染土壤中有效砷的钝化率及土壤中砷的价态转化的影响,同时对土壤中的微生物数量进行区系分析,建立了微生物数量与有效砷含量之间的关系.结果显示,随着青霉菌接菌量与生物炭施用量的增加,土壤中总砷含量不会发生变化,有效砷含量从17.74 mg·kg~(-1)下降到12.69 mg·kg~(-1),有效砷的钝化率可达到27.6%左右.而两种价态的砷(As~(5+)、As~(3+))之间没有发生转化,约27%的As~(5+)会被青霉菌与生物炭固定,但As~(3+)在土壤中的含量基本保持不变.在有效砷含量下降的同时,土壤中放线菌的含量基本不变,但土壤中细菌的总量有所上升.结果表明,青霉菌与生物碳复合修复可以降低有效砷的含量,并使砷污染土壤中的微生物环境有所改善,对砷污染土壤显示出较好的修复性能.     

柑橘/大球盖菇套作下土壤CO2排放及其效率对秸秆还田量的响应

以柑橘/大球盖菇套作模式为研究对象,利用秸秆作为大球盖菇的培养基原料,通过原位试验,连续监测大球盖菇生长期内,不同秸秆还田量(半量、全量和倍量)下土壤CO_2排放规律,并进一步对比栽培大球盖菇(HSM、ASM和DSM)和未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)处理下土壤CO_2排放量变化及其影响因素,结合大球盖菇产量及土壤碳排放效率,分析不同秸秆还田量所产生的环境及经济效益,为合理利用柑橘园林下土地提供理论依据.结果表明:①秸秆还田处理的土壤CO_2累积排放量均高于常规种植(CK),随着秸秆还田量的增加呈增加趋势;且栽培大球盖菇处理的土壤CO_2累积排放量大于未栽培大球盖菇,表现为:DSM(52. 09 t·hm-2) ASM(41. 10 t·hm-2) HSM(33. 20 t·hm-2) DS(27. 15 t·hm-2) AS(25. 34t·hm-2) HS(18. 94 t·hm-2) CK(12. 16 t·hm-2);其中,倍量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(DSM)处理的土壤CO_2累积排放量增加最为显著,较CK增加了328. 37%;②对于栽培了大球盖菇的处理,土壤CO_2排放量最大时段均集中在大球盖菇菌丝生长期,其次为出菇后和出菇期;其中DSM处理在菌丝生长期的土壤CO_2累积排放量占其总累积排放量的43. 27%,其次为全量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(ASM,42. 63%)和半量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(HSM,40. 57%);③栽培大球盖菇处理降低了温度敏感系数Q10; 5cm土壤温度能解释27%～71%的土壤CO_2排放速率变化(P 0. 01),而土壤体积含水量单因子对土壤CO_2排放速率不存在显著影响;但双因子拟合发现,5 cm土壤温度和体积含水量可以解释土壤CO_2排放速率变化的36%～82%;④对于栽培了大球盖菇的处理,各处理产量分别为:DSM(49. 7 t·hm-2) ASM(47. 0 t·hm-2) HSM(23. 3 t·hm-2),其中ASM的土壤碳排放效率最高(CEE=1. 14).综上,柑橘/大球盖菇套作模式短期内会显著促进土壤CO_2排放,但同时也提高了柑橘园综合经济效益,其中全量秸秆还田能较好地协调其产生的经济及环境效益.