生物炭介导的连作大豆光合生理代谢及产量响应

为明确生物炭长期存在条件下对连作大豆光合生理和产量的调控效应及作用关系,探讨其应用可行性,采用大田长期定位试验方法,设置CK(施肥,不施炭)、B1(生物炭12 t·hm^(-2))、B2(生物炭24 t·hm^(-2))和B3(生物炭48 t·hm^(-2))4个处理,研究了施用生物炭(9年)对连作大豆进行光合作用的物质基础、生理功能、产物积累以及产量等方面的影响。施用生物炭可提升连作大豆叶绿素含量(Chla、Chlb)、叶面积及叶面积指数,明显增强连作大豆的光合作用能力,其净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)明显提高,胞间CO_(2)浓度(Ci)降低,其中B3处理的Pn、Tr和Gs分别比CK处理提高15.44%、14.98%和117.73%。同时,生物炭介导的连作大豆PSⅡ反应中心内禀光能转换效率(Fv/Fm)、潜在光化学效率(Fv/Fo)及热耗散量子比率(Fo/Fm)提高,进行光合的植物效率提升。生物炭处理的连作大豆可溶性蛋白、可溶性糖、蔗糖含量及叶片干物质量均有不同程度提高,光合产物积累增加,且最终产量表现为生物炭处理均高于CK处理,其中B2、B3处理的大豆产量分别比CK处理提高7.69%、15.38%。相关分析表明,生物炭长期介导的连作大豆产量响应与Chla、Pn、Tr、Gs以及叶片可溶性糖含量密切相关,是促进连作大豆产量提升的重要因素。施用生物炭可增强大豆光合生理功能,促进光合产物积累,提高连作大豆产量。

生物质炭化技术研究进展

针对生物质炭化技术相对滞后的现状,从生物质特性研究入手,在分析炭化机理的基础上,重点评述了生物质炭化影响因素和工艺装置的研究进展。指出原料、预处理方式和工艺参数是影响生物炭产量的3个主要因素,并对比了窑炭化、固定床炭化、螺旋炭化、微波炭化和流化床炭化的优缺点,为后续生物质炭化技术发展指明方向。

生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响

为明确生物炭对水稻根系与产量的效应,探明生物炭在水稻生产上应用的潜力与价值。采用盆栽试验研究了生物炭对超级粳稻不同生育期根系生长、形态特征及生理特性的影响。结果表明,土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根长、根体积和根鲜重,提高水稻根系总吸收面积和活跃吸收面积。在水稻生育后期,生物炭在一定程度上延缓了根系衰老。根系伤流速率与根系活力在整个生育期内均高于对照,同时维持了较为适宜的根冠比,根系生理功能增强;生物炭处理的水稻产量增加,表现为每穴穗数、每穗粒数、结实率提高,比对照平均增产25.28%。以每千克干土加20 g生物炭处理的产量最高,比对照提高了33.21%。生物炭处理对水稻根系形态特征的优化与生理功能的增强具有一定的促进作用。

农林废弃物炭化还田技术的发展与前景

炭化还田是农林废弃物资源化循环利用的有效技术手段之一,也是土壤改良的新途径,对促进农业低碳、循环、可持续发展具有重要意义。以生物炭为核心,从其改良土壤的理论基础分析入手,综合评述了炭化还田技术的由来、发展与技术内涵,着重介绍了炭化还田技术的产业化发展现状和前景,明确了炭基肥料和炭基土壤改良剂是炭化还田的有效技术载体,国家应在炭基多元化产品开发方面给予高度重视。

生物炭与化学肥料互作的大豆生物学效应

以大豆品种铁丰40为试材,在2010—2011年的大田试验中调查生物炭与不同用量化肥配施对大豆生长发育、光合作用、产量与品质及肥料表观利用率的影响。结果表明,炭/肥互作在不同程度上提高了大豆株高、叶片净光合速率与蒸腾速率,增加了叶、茎干物重。炭/肥互作对大豆生长前期的氮、磷吸收影响不明显,但随着生育期的推进,叶、茎对氮、磷吸收逐步增加,单株氮、磷积累量明显提高。炭/肥互作提高了单株荚数、单株粒数、单株粒重和产量,平均比单施化肥增产13.2%。其中,在常规施肥量减少15%、30%和60%基础上增施生物炭,2年平均产量分别比常规施肥提高11.20%、11.00%和8.17%,平均增产10.1%。并且炭/肥配施处理的蛋白质与脂肪总量明显优于单施化肥处理,表现为配施化肥量越少效应越明显。生物炭与化肥配施"减量增效"作用明显,可应用于大豆生产。

生物炭对玉米根系生长和氮素吸收及产量的影响

为了评估生物炭在玉米生产上的应用潜力与价值,探究生物炭对玉米根系生长、氮素吸收及产量的影响。采用田间试验,设置单施氮肥处理(N)和生物炭与氮肥配施处理(NS),以不施氮肥不施生物炭处理为对照(CK),分析施炭条件下,土壤理化性质,玉米根系生长、氮素吸收及产量的变化规律。结果表明:生物炭与氮肥配施显著降低土壤的容重,增加土壤的全氮和有机碳含量,促进灌浆期根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累;增加玉米灌浆期的总根长、根表面积及根系活跃吸收面积;与单施氮肥相比,生物炭与氮肥配施显著增加玉米的百粒重6.03%,提高玉米产量9.06%。相关分析表明,施用生物炭对玉米根系特征有显著正效应,从而促进根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累。可见,与单施氮肥相比,生物炭与氮肥配施可促进玉米根系生长和对氮素的吸收利用,提高玉米的产量。

生物炭对棕壤NH_3挥发、N_2O排放及氮肥利用效率的影响

通过田间试验,采用封闭式酸吸收法和静态箱法,研究秸秆生物炭对棕壤玉米旱田NH_3挥发和N_2O排放以及氮肥利用效率的影响。试验设不施氮肥(对照CK)、单施氮肥(NB0)、施氮基础增施20 t·hm^(-2)生物炭(NB20)、施氮基础增施40 t·hm^(-2)生物炭(NB40)4个处理。结果表明,各施肥处理的NH3挥发量差异显著,表现为NB0>NB20>NB40,NB20和NB40分别比NB0降低24.07%和37.62%。NB20和NB40可显著降低N_2O排放量,分别比NB0降低21.76%和19.57%,而NB20和NB40之间差异不显著。NB20和NB40显著增加了土壤的p H、全氮和有机碳含量,降低了土壤的容重。相关分析表明,NH_3挥发量与土壤容重和铵态氮含量均呈极显著正相关,与土壤有机碳含量呈显著负相关;N_2O排放量与土壤容重呈显著正相关,与土壤硝态氮含量和有机碳含量呈显著负相关。与NB0相比,NB20提高了氮肥利用效率,玉米产量显著提高6.07%,而NB40降低了氮肥利用效率,玉米产量显著降低了13.88%。

农用生物炭研究进展与前景

生物炭以其良好的解剖结构和理化性质,广泛的材料来源和广阔的产业化发展前景,成为当今农业、能源与环境等领域的研究热点。本文综合分析、评述了生物炭在土壤、作物、农田生态系统等领域应用的主要研究进展及其未来保障中国粮食安全的重要意义,从低碳、循环、可持续视角,客观、辩证地探讨了生物炭在农业上的应用价值及其产业化发展前景。生物炭在修复土壤障碍,提升耕地生产性能和作物生产能力,促进农业可持续发展和保障国家粮食安全等方面具有重要现实意义和应用价值,本文结合中国国情,提出了进一步深入研究与开发生物炭产业的方向与建议,旨在为中国生物炭产业的健康发展提供参考。

生物炭及炭基肥改良棕壤理化性状及提高花生产量的作用

【目的】炭基复合肥是生物炭农用的另一种方式,生物炭作为土壤改良剂对土壤改良研究的报道较多,但大多为短期培养或模拟试验。目前更缺乏生物炭与传统土壤培肥方式的比较研究。本研究旨在通过4年的田间微区定位试验,开展生物炭及炭基复合肥对棕壤理化性质及花生产量的影响研究,以期为生物炭的培肥改土及合理农用提供理论依据。【方法】定位试验于2009年开始连续4年进行了花生微区田间试验(2 m^2)。试验设4个处理分别为秸秆还田+NPK(CS)、施用猪厩肥+NPK(PMC)、生物炭+NPK(BIO)和基于生物炭的炭基复合肥(BF)所有处理均为等氮磷钾养分,BIO处理与PMC处理为等碳量,BIO处理相当于CS处理所施用的玉米秸秆量制备得到的生物炭量,BF处理碳含量低于BIO碳含量每个处理重复3次,随机排列。分析试验前和2012年收获后土壤理化性质,比较各处理4年的花生产量。【结果】连续施用4年后,与试验前相比,BIO处理的土壤有机碳提高了27.6%全氮含量提高了75.6%,显著高于其他各处理,土壤pH提高了0.14个单位,显著高于CS处理,与PMC处理相近;土壤碱解氮、速效磷、速效钾和CEC值与CS或PMC处理相近;BIO处理的土壤毛管孔隙度和田间持水量显著高于其他处理容重和土壤总孔隙度与CS和PMC处理差异不显著;4年中花生产量均居首位,从3198.5 kg/hm^2提高到4818.0 kg/hm^2,但与PMC处理差异不显著。连续施用4年后,BF处理土壤pH较试验前提高了0.57个单位显著高于其他各处理,优势显著;土壤有机碳和全氮含量较试验前分别提高了4.4%和27.9%显著低于BIO处理对土壤物理性质的调节作用也不及BIO处理其他指标差异不显著但总体上与CS或PMC处理相近;BF处理的花生产量在试验的前3年与BIO处理差异不显著,第4年较BIO处理降低了317.1 kg/hm2,差异显著介于PMC和CS处理之间。【结论】各处理作物产量随施用年限增加而提高。生物炭和炭基复合肥对土壤的理化性质的改良作用与秸秆还田和施用猪厩肥相近,生物炭在提高土壤有机碳和全氮含量方面,炭基复合肥在改善土壤pH方面优势突出对作物具有持续增产作用。

生物炭的结构及其理化特性研究回顾与展望

作为新兴技术,生物炭技术及其应用在近年发展迅速,但由于来源、材质、炭化工艺等存在较大差异,导致生物炭特性及应用效果千差万别,研究结果难以比对甚至相悖,在一定程度上阻碍了生物炭研究与应用的发展。为此,本文从制约生物炭功效发挥的关键因素,即生物炭的结构及理化特性入手,系统梳理了近年有关生物炭的定义、形成、结构、元素及其主要理化特性和调控技术等方面的研究进展,总结分析了生物炭结构及其理化特性的共性、差异性特征及规律,厘清了有关生物炭特性及功能的基本观点、现状和共识。认为,生物炭的结构及其理化特性是影响生物炭作用、功能及效果的最主要因素,决定了生物炭的应用领域、范围、量级、目标和方向,采用改性或优化调控技术是发挥生物炭功效优势、潜力与价值的关键。并从资源与环境的"循环、可持续"发展角度,结合生物炭研究与应用实际,探讨了未来有关生物炭理化特性研究的基本原则和方向,旨在为生物炭基础科学研究与应用技术发展提供基础和参考。

东北地区秸秆生物炭利用潜力、产业模式及发展战略研究

东北地区耕地广袤、秸秆资源量巨大,作为战略性新兴产业,生物炭技术及其产业化有助于系统综合解决东北地区存在的秸秆焚烧、利用及土壤退化等突出问题,是当今研究领域热点。本文在系统分析近20年东北秸秆资源动态变化、可利用资源量及发展趋势基础上,探讨了东北地区秸秆生物炭利用的资源基础、技术途径及发展潜力,从产业化视角综合分析评述了东北秸秆生物炭产业发展的基础、条件与优势、市场及开发潜力等,认为东北地区秸秆生物炭利用的资源丰富,产业化条件成熟,发展潜力与空间巨大,对促进东北秸秆资源化高效利用、耕地质量提升及农业可持续发展具有重要意义和价值,并结合农业、经济和社会发展实际,构建了基于全产业链的东北秸秆生物炭产业模式,提出了东北生物炭产业发展建议,旨在为解决东北地区秸秆处理和农业生产现实问题,促进生物炭产业健康、稳定发展提供参考。

生物炭与农业环境研究回顾与展望

本文综合分析、评述了生物炭在农业环境领域应用的主要研究进展,从生态安全和可持续发展视角,探讨了生物炭对农业生态环境系统的重要影响和潜在价值,并对其应用前景进行了客观、深入、综合的分析。认为生物炭在治理农业面源污染、提升耕地质量、修复重金属污染农田、应对气候变化、维持和稳定农业生态系统功能及保障农业环境安全等方面具有重要意义和应用价值。结合我国农业发展现状,提出了未来生物炭在农业环境领域的研究方向和发展重点,旨在为生物炭的应用及产业化发展提供参考。

玉米芯生物炭对大豆的生物学效应

以玉米芯为原材料,采用新型炭化技术制备生物炭,研究了玉米芯炭的结构及理化特性,并通过大田试验研究了玉米芯生物炭对大豆的生物学效应。结果表明,玉米芯在炭化后总孔体积、比表面积、p H、固定碳含量、灰分含量分别提高了5.54、3.74、1、5.03、0.26倍,具有丰富的微孔结构和元素种类。施用玉米芯炭后,大豆株高、地上部干物质积累提高,光合作用、营养生理以及氮、磷、钾养分吸收功能增强,产量与品质明显提高。较高施炭量(1500、3000 kg·hm-2)平均比对照增产10.98%。该玉米芯生物炭结构与理化特性良好,是一种理想的农用生物炭材料,可应用于东北大豆生产。

玉米秸秆生物炭压制成型特性研究

制取生物炭是农作物秸秆资源化利用的途径之一，秸秆生物炭松散,不便于处理、运输和储存,压制成型是提髙生物炭容重的有效措施.为确定生物炭压制成型较优的原料含水率、成型压力、保压时间等工艺参数,以玉米秸秆烧制的生物炭为原料,利用与WDW-200型微机控制电子液压万能试验机配套的压制成型试验装置,以压制后生物炭块的抗破坏强度和尺寸稳定性为成型质量检测指标,通过单因素试验分别研究各因素对生物炭压制成型特性的影响及其较优范围.根据预试验,确定试验生物炭原料含水率分别为12%,14%,16%,18%,20%,22%,24%,成型压力分别为30,40,50,60,70,80,90MPa,保压时间分别为2,5,8,11,14,17,20s.对某一因素进行试验时,将另外两个因素设定在预试验及前一因素试验的较优水平.压制成型后密封保存72h,测定生物炭成型块的尺寸稳定性,并利用压力机测定生物炭块的抗破坏强度.结果表明：含水率、成型压力和保压时间对压制成型生物炭块的抗破坏强度、尺寸稳定性影响极显著.通过对2个成型质量检测指标综合分析,确定压制生物炭较优的含水率范围为18%-22%,成型压力范围为60-80MPa,保压时间范围为5-11s.该结果对生物炭压制成型工艺及装置研制具有参考意义.

生物炭对大白菜幼苗生长的影响

以2个大白菜品种为试材,在常规育苗基质中添加不同比例的花生壳生物炭或玉米秸秆生物炭,研究生物炭对大白菜幼苗生长的影响。试验结果表明,生物炭添加有助于提升基质的通气性,与常规育苗基质相比增幅为2.1%~42.1%,显著提升了C/N和速效钾含量,增幅分别为23.9%~131.2%和48.8%~297.2%,同时,生物炭添加降低了基质碱解氮与有效磷含量,降幅分别为10.4%~44.8%和7.1%~20.8%,基质毛管孔隙度降幅为14.0%~19.6%。在花生壳生物炭与常规育苗基质等体积比混合处理中,大白菜幼苗株高、茎粗、叶绿素含量、植株鲜干重及壮苗指数等最高,长势最佳,但出苗率最低。

生物炭对东北冷凉区水稻秧苗根系形态建成与解剖结构的影响

在黑龙江省早春水稻旱育苗背景下,研究了稻田土壤育苗基质中添加生物炭对秧苗根系形态建成与解剖结构的影响,以明确生物炭在东北冷凉地区水稻生产上的应用潜力和价值。以东北稻田土壤为育苗基质,添加0、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%(w/w)的生物炭,进行保护地旱育水稻秧苗。出苗后30 d测定秧苗根系形态建成和解剖结构等性状,分析生物炭对水稻秧苗根系发育的影响。结果表明,在稻田土壤育苗基质中添加5.0%生物炭时,水稻秧苗根系长度、根系表面积和根系体积等明显增加;生物炭添加量为10.0%时,各项根系形态指标达到最高值;生物炭添加量超过10.0%时,根系形态指标下降。根长、根表面积和根体积增加的原因主要是细根增加。同时,添加5.0%生物炭时,根半径、根截面积、根表皮厚度、根皮层厚度、皮层腔面积、根导管数量及导管面积等性状指标也相应增加。生物炭添加量为5.0%~10.0%时,根解剖结构各项性状指标达到最大值。当生物炭添加量超过10.0%时,根系解剖结构性状指标也有下降趋势。根系增粗主要源于根表皮及皮层发育良好。在东北冷凉地区进行保护地水稻旱育苗,基质中添加适量生物炭(5.0%~10.0%)有利于秧苗根系的伸长及增粗,形成发达根系,提高秧苗素质。

施用生物炭和零价铁粉对土壤中镉形态变化的影响

通过施用生物碳和还原性铁粉,研究其对土壤镉形态变化的影响。结果表明:生物碳或还原性铁粉单施及二者配施均极显著改变土壤镉形态。其中生物炭、还原性铁粉二者配施效果优于单施;单施生物炭主要对交换态镉的降低效果显著,同时对碳酸盐结合态镉、有机结合态镉及残渣态镉的形成起显著作用;而单施还原性铁粉对铁锰氧化结合态镉的形成起显著作用。另外,镉的活性指数从4.36降到0.97,不同形态镉含量的最大变化为,交换态镉比例从81.04%降到49.16%;碳酸盐结合态镉从9.44%升到17.93%;铁锰氧化结合态镉从2.95%升到10.88%;有机结合态镉从2.66%升到11.33%;残渣态镉从3.91%升到14.42%。在16个处理中,I3B2(铁粉0.045g/kg土和生物炭3.0g/kg土)处理为最佳组合。

连续施用农用玉米芯炭的马铃薯生物学响应

为进一步探明不同材质生物炭在马铃薯生产上的应用效果及潜力,利用玉米芯制备生物炭,测定其结构及主要理化特性变化,并采用大田试验方法,研究该玉米芯炭对马铃薯生长发育、产量、品质及病害发生等生物学特征的影响。结果表明:玉米芯炭具有富碳、多微孔特征,含有多种养分元素及阳离子交换量(CEC),总孔体积、比表面积分别比炭化前提高了4.37倍和3.89倍,适于农业应用。在连作砂质土壤施用玉米芯炭后,马铃薯株高及叶、茎干物质积累明显提高,利于促进马铃薯早发快长,连续2 a施炭的马铃薯中、大薯比例和小区产量分别比对照平均提高44.67%和29.01%,其中以C2处理(按4500 kg·hm-2标准施用生物炭)的产量最高。同时,马铃薯块茎干物质、淀粉、可溶性蛋白、还原糖含量分别比对照平均提高7.78%、14.59%、19.53%、15.38%,商品、食用及营养品质有一定提升。此外,玉米芯炭处理的马铃薯疮痂病、晚疫病发生率显著降低,分别比对照平均降低93.43%和87.77%,抑制效应明显。研究表明,玉米芯生物炭对马铃薯具有"促长、增产、提质、抗病"的生物学作用特征,适于马铃薯生产应用。

生物炭对水稻秧苗生长及内源激素的影响

以超级粳稻品种沈农265为试材,采用大棚旱育毯苗试验,在常规营养土中添加不同比例生物炭,研究生物炭对水稻秧苗生长及内源吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA_3)、细胞分裂素(CTK)和脱落酸(ABA)的影响。结果表明,添加生物炭明显增加了营养土中阳离子交换量和电导率,降低了容重,显著提升了通气和持水性能。与对照相比,生物炭可显著提高秧苗地上部(叶龄、叶长、叶宽、株高、假茎宽和根冠比)和根系(总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数和根分支数)生长能力。同时,随施炭水平的增加,叶片、假茎和根系中的内源激素(IAA、GA_3、CTK)含量呈先升后降趋势,而ABA则相反。相关分析表明,水稻植株内源IAA含量与假茎宽、百株干重和根冠比呈显著正相关(p<0.05);植株内源GA_3含量与叶宽、假茎宽和根尖数呈显著正相关,且与叶长、株高、根冠比、百株干重、根总长、根体积、根表面积和根分支数的相关性达极显著水平(p<0.01);植株内源CTK含量与叶宽和根尖数呈显著正相关(p<0.05),且与叶长、株高、百株干重、根冠比、总根长、根体积、根表面积和根分支数的相关性达极显著水平。相反,植株内源ABA含量与根平均直径呈极显著负相关(p<0.01)。综合分析表明,适量添加生物炭有利于改善营养土理化性质,进而提高秧苗综合素质,其中以添加生物炭30%~40%效果最为明显。

生物炭对镉胁迫下水稻生长及光合产量的影响

选用辽宁地区水稻主推品种沈农9816,采用盆栽试验,研究了生物炭对镉胁迫下水稻农艺性状以及光合产量的影响。结果表明,水稻农艺性状以及产量指标均呈现Cd1(1 mg/kg)>Cd2(2 mg/kg)>Cd0(0 mg/kg)>Cd4(4 mg/kg)的趋势,添加生物炭后,水稻的生物量、光合参数、产量等指标均呈现C21(4 t/hm2)>C0(0 t/hm2)>C210(40 t/hm2)的趋势。另外,在各镉处理下,添加生物炭C21、C210与C0相比,C21处理各指标增幅均大于对照,且在Cd2浓度下增幅最大。说明生物炭可减轻镉胁迫、促进水稻生长以及提高光合作用,并且最佳用量为C21处理,在Cd2浓度下效果最好。