稻秆炭还田对红壤双季稻田土壤碳氮磷钾生态化学计量学特征及其综合肥力的影响

为探究稻秆炭对红壤双季稻田土壤碳氮磷钾生态化学计量学特征及其综合肥力的影响,本研究采用大田定位试验,设置不施氮肥和生物炭(CK)、单施稻秆生物炭(B)、100%氮肥(N_(100))和100%氮肥+稻秆生物炭(N_(100)B)4个处理,分析不同处理稻田土壤碳、氮、磷、钾生态化学计量学特征及其综合肥力的变化情况。结果表明,与CK相比,B和N_(100)B处理土壤pH值分别提高0.05和0.13个单位。与N_(100)相比,N_(100)B处理不仅使土壤有机质、全氮、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、微生物生物量碳和氮含量增加5.13%、3.47%、11.7%、14.91%、60.89%、30.75%,还使土壤C/N、C/P、C/K、N/P、N/K化学计量比提升1.88%、2.10%、2.84%、3.62%、5.41%,并提升土壤综合肥力指数(IFI)2.97%。综上,稻秆炭还田有利于改善双季稻田土壤碳氮磷钾生态化学计量学特征及其综合肥力。本研究结果为合理高效利用南方红壤双季稻区稻秆资源提供了实践指导。

不同稻秆炭和竹炭施用水平对小青菜产量、品质以及土壤理化性质的影响

为探明不同添加水平的两种生物炭对小青菜产量、品质及土壤理化性质的影响,为生物炭在蔬菜生产中的有效利用提供依据,开展田间种植试验,在配施氮肥情况下分别添加0、5、10、20、40 t/hm2稻秆炭和竹炭,结果表明,高水平施加稻秆炭和竹炭(20 t/hm2、40 t/hm2)均能显著降低菜地土壤容重,提高土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量,但对土壤有效磷和阳离子交换量未产生显著性影响;两种生物炭对小青菜增产均具有促进作用;当添加量为40 t/hm2时,稻秆炭和竹炭使小青菜维生素C含量有所升高,总糖含量分别升高31.2%和19.5%,硝酸盐含量分别降低15.0%和16.4%,综合效果稻秆炭优于竹炭,而对小青菜粗纤维和蛋白质的作用不明显。施加生物炭有利于增加土壤孔隙度,提升土壤肥力,改善小青菜品质。生物炭可作为土壤改良剂施用于蔬菜,但具体施用量需根据生物炭和蔬菜种类来确定。

稻秆炭与巨菌草联合对铜镉污染土壤的修复

通过野外小区试验施加不同用量(0、5000、10000、15000、20000 kg·hm^-2)的稻秆生物炭(稻秆炭),探究施用稻秆炭对巨菌草修复铜镉复合(Cu-Cd)污染土壤的影响,并评价稻秆炭与巨菌草联合修复重金属污染土壤的潜力和优势。结果表明,稻秆炭施用可明显提高巨菌草在Cu-Cd污染土壤中的成活率,提高其地上生物量;稻秆炭的施用降低了土壤有效态Cu、Cd和全量Cd含量,在一定程度上降低了巨菌草对Cu的富集,但同时促进了巨菌草对Cd的富集,于5000 kg·hm^-2处理下增幅最大,其根、茎、叶的Cd吸收量分别增加60.75%、230.31%和83.34%;稻秆炭施用显著增加了巨菌草地上部重金属绝对富集量,Cu最高达3741.04 g·hm^-2(用量为10000 kg·hm^-2),Cd最高达167.81 g·hm^-2(用量为5000 kg·hm^-2);各处理的修复边际效率显示,5000 kg·hm^-2稻秆炭施用量更经济、有效。研究表明,稻秆炭施用提升了巨菌草地上部对Cu、Cd的富集水平,其联合修复潜力巨大。

稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH_(4)和CO_(2)累积排放量的影响

为明确稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH_(4)和CO_(2)累积排放量的影响过程与机制,本研究以稻田红壤为对象,通过室内培养试验,按土壤质量的1%等碳添加量设置对照(CK)、稻秆(RS)及300、400℃和500℃下制备的稻秆生物炭(RSB300、RSB400、RSB500)5个处理,对比分析了稻秆及稻秆生物炭添加0、30 d与120 d时,稻田红壤中可溶性有机碳(DOC)、总有机碳(TOC)、游离态粗颗粒有机碳(fcPOC)、游离态细颗粒有机碳(ffPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)、游离态矿物结合态有机碳(fMOC)及闭蓄态矿物结合态有机碳(oMOC)的变化差异,并探讨了稻田红壤CH_(4)和CO_(2)累积排放量与各有机碳组分含量的相关关系。结果表明:稻秆生物炭添加后稻田红壤中DOC、TOC、fcPOC、ffPOC、oPOC和fMOC含量均显著增加;其中,oPOC与oMOC含量随着培养时间的增加而显著增加,但fcPOC与fMOC含量则显著降低(P<0.05)。与CK处理相比,RS处理的稻田红壤中CH_(4)和CO_(2)的累积排放量均显著且持续增加;RSB各处理的稻田红壤中CO_(2)的累积排放量显著降低;只有RSB300和RSB400处理的稻田红壤中CH_(4)的累积排放量显著增加,且在培养120 d时分别增加了188.5%和32.7%(P<0.05)。相关性分析表明,添加稻秆及稻秆生物炭的稻田红壤中CH_(4)和CO_(2)累积排放量虽与DOC、ffPOC和fcPOC含量均呈极显著正相关关系,但其中DOC和fcPOC含量起主导作用(P<0.01)。研究表明,添加稻秆生物炭可以有效提高稻田红壤中各有机碳组分的含量与稳定性,且500℃热解制备的稻秆生物炭添加对稻田红壤中CH_(4)、CO_(2)累积排放量抑制效果最好。

不同原料生物炭对水稻幼苗发育的影响评估

[目的]研究不同原料生物炭对水稻幼苗生长发育的影响,为生物炭田间施用提供理论支持.[方法]采用竹炭、稻秆炭和烟秆炭,通过不同添加量对水稻幼苗进行培养并测定幼苗长度和干重,以探究不同生物炭对水稻发育的潜在影响.[结果]3种生物炭在添加量小于10％时为安全用量,竹炭和稻秆炭的最适添加量为5％左右,烟秆炭最适添加量在0.5％ ～1.0％;3种生物炭添加量超过50％时均会抑制水稻幼苗生长,其中烟秆炭抑制效果最强.[结论]适量添加生物炭有益于水稻幼苗生长,烟秆炭可能会对作物产生不良作用,应严格控制施用量和施用方法.

不同温度生物炭酸化前后的表面特性及镉溶液吸附能力比较

以稻秆为原料,在不同温度(300,400,500,600,700℃)条件下采用限氧控温炭化制备生物炭,用HCl和HF对其进行酸化处理,利用傅立叶变换红外光谱仪、比表面积和孔径测定仪现代分析手段对生物炭酸化前后的表面官能团、比表面积、孔径等特性进行比较,分析制备温度和生物炭表面特性之间的关系,探究制备所需生物炭的最佳温度条件。通过生物炭酸化处理和镉吸附实验结果,研究酸可溶矿物在生物炭吸附镉的贡献及制备温度对生物炭吸附镉能力的影响,为生物炭吸附水体中重金属镉提供科学依据。傅里叶红外分析表明,不同温度生物炭表面官能团存在一定的差异,主要表现为随制备温度升高,烷烃基缺失,甲基-CH3和亚甲基-CH2逐渐消失,形成了芳香环且芳香化程度增加。生物炭酸化后无机矿物Si O2吸收峰逐渐消失,官能团种类并没有发生变化,不同官能团随制备温度变化规律仍与酸化前生物炭一致。表面积及孔径分析结果表明,生物炭孔结构主要为中孔,随着热解温度的升高,比表面积和总孔容有所增大,在600℃达到最大;平均孔径随着制备温度升高而变小。生物炭酸化处理可以显著增大生物炭比表面积,总孔容也有所增加。生物炭酸化后充分去除了矿物质,孔隙结构未发生变化,孔结构仍为中孔,微孔表面积减小。镉吸附实验表明生物炭对镉具有较强的吸附能力,不同温度条件下镉吸附率均高于75%,且随温度升高而上升。生物炭经酸化处理后,镉吸附能力显著下降,这说明生物炭中的酸可溶矿物质在镉溶液的吸附过程中有重要作用。

不同裂解温度稻秆生物炭对土壤CH_4、N_2O排放影响分析

生物炭能有效减少稻田温室气体(CH_4、N_2O)排放,不同裂解温度下生物炭对稻田土壤CH_4、N_2O排放的影响及机制需进一步探究。本研究利用两个原料产地(哈尔滨、丹阳)水稻秸秆生物炭,以江苏省丹阳典型稻麦轮作田为研究区,研究施加不同裂解温度水稻秸秆生物炭对土壤CH_4、N_2O排放的影响。结果表明:(1)相比常规施肥,施加300℃、500℃、700℃裂解的丹阳和哈尔滨水稻秸秆生物炭CH_4累积排放量分别减少10.38%、21.09%、13.28%和42.83%、65.29%、55.44%,N_2O累积排放量分别减少42.77%、53.54%、51.19%和45.34%、48.51%、48.40%;(2)通过温室气体排放强度公式计算得出,施加500℃裂解的丹阳和哈尔滨水稻秸秆生物炭分别比300℃、700℃减少27.09%、25.85%和40.54%、8.09%;(3)分析得出500℃裂解温度的生物炭减排效果优于300℃、700℃,主要原因是施加三种裂解生物炭后,土壤产甲烷古菌丰度值降低,且500℃低于300℃、700℃生物炭,平均降低48.33%、29.35%。同时施加500℃生物炭土壤硝化细菌丰度低于施加300℃、700℃生物炭。