生物炭的理化性質及其在作物生產上的應用
本文關鍵詞：生物炭的理化性質及其在作物生產上的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
生物炭的理化性質及其在作物生產上的應用
【摘要】 長期以來，化學肥料的大量施用，使土壤酸化板結、耕地質量持續(xù)下降。重金屬污染和農業(yè)廢棄物被焚燒或丟棄對土壤與環(huán)境也造成了嚴重危害，已成為制約作物生產可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。生物炭是生物質在缺氧條件下熱解而形成的富碳產物，可能是有效解決上述問題，實現(xiàn)農業(yè)特別是耕地可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。為此本研究以花生殼和不同農作物秸稈為原料制備生物炭，研究生物炭的理化性質及其對作物生長發(fā)育、土壤生態(tài)以及重金屬污染農田修復的效應。主要研究結果如下：1.不同材料在炭化以后基本保留了原有生物質的孔隙結構，比表面積平均提高了3.7倍�？兹莘e發(fā)生了明顯變化，總孔體積平均提高了4倍，微孔體積平均提高了3倍。固定碳量提高了6～12.6倍，灰分含量提高了1.3～4.1倍。不同材料生物炭的平均孔徑在10～30nm之間，pH值7.9～9.8，陽離子交換量9.1～19cmol/kg，含有作物生長所需的氮、磷、鉀、硫等營養(yǎng)元素和礦質元素，適于在作物生產上應用。2.生物炭對土壤理化性質的影響研究結果表明，施炭以后土壤容重降低，最高降幅為12.94%，總孔隙度提高了9%～13%，通氣孔隙度提高了0.2～2.7倍。土壤耕層含水量與溫度、陽離子交換量、堿解氮、速效磷均有所提高。生物炭優(yōu)化了土壤水、肥、氣、熱條件。3.采用盆栽與大田試驗方法，研究了生物炭對作物生長發(fā)育的影響。結果表明生物炭明顯提高了作物葉片凈光合速率，促進了干物質積累，提高了產量和品質。其中，水稻產量比對照平均提高了21.89%，每千克干土加10g生物炭處理最高。糙米率、精米率、整精米率提高，堊白粒率、堊白度下降。研究結果表明施用生物炭明顯提高了大豆單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和產量，以3000kg/hm2和6000kg/hm2施用生物炭的產量比對照平均提高了10.98%。在降低施肥量條件下增施生物炭對作物生長發(fā)育的研究表明，炭/肥互作提高了大豆葉片凈光合速率，增強了地上部植株對氮、磷養(yǎng)分的吸收量，促進了干物質積累，肥料表觀利用率與產量明顯提高。其中，在常規(guī)施肥施用量降低15%、30%、60%基礎上施用生物炭，肥料表觀利用率與產量分別比單施等量未加炭的肥料提高了327.87%和15.99%，比常規(guī)施肥的肥料利用率提高了95.09%，產量提高了10.51%，施炭效果明顯。無論單施生物炭或炭/肥互作,對作物生長均起到了一定促進效應，產量和品質提高。4.生物炭對重金屬鎘污染農田的修復研究表明，土壤有效態(tài)鎘離子含量在水稻生長前期有所提高，對有效態(tài)鎘離子有一定的“活化”增促作用。但隨著時間延長，土壤有效態(tài)鎘離子逐漸降低，生物炭對有效態(tài)鎘離子有“鈍化”效應，并趨于穩(wěn)定。地上部植株鎘積累量表現(xiàn)為：莖稈>葉片>籽粒，生物炭處理的稻米鎘含量比對照平均降低了33%，產量比對照平均提高了10.66%，降低了污染物生物有效性，提高了產量。
【關鍵詞】 生物炭； 大豆； 水稻； 作物生產； 土壤性質； 炭肥互作； 鎘污染修復；
摘要 9-11
Abstract 11-12
第一章 生物炭研究概述 13-32
1.1 生物炭的定義與性質 13-14
1.1.1 生物炭的定義 13
1.1.2 生物炭的性質 13-14
1.2 生物炭在土壤環(huán)境系統(tǒng)中的來源及穩(wěn)定性 14-16
1.2.1 生物炭在土壤環(huán)境系統(tǒng)中的來源 14
1.2.2 生物炭在土壤環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性 14-16
1.3 生物炭在土壤-作物-環(huán)境系統(tǒng)中的作用 16-24
1.3.1 生物炭在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用 17-20
1.3.2 生物炭的作物學效應 20-21
1.3.3 生物炭在環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中的作用 21-24
1.4 生物炭應用 24-28
1.4.1 生物炭在農業(yè)中的應用 25-26
1.4.2 生物炭在環(huán)境中的應用 26-28
1.5 生物炭研究展望 28-29
1.6 研究內容和目的與意義 29-32
第二章 生物炭基本理化性質的研究 32-44
2.1 材料與方法 32-33
2.1.1 試驗材料 32-33
2.1.2 測定方法 33
2.2 結果與分析 33-42
2.2.1 生物炭微觀結構與形態(tài)特征 33-35
2.2.2 生物炭比表面積與孔容、孔徑表征 35-37
2.2.3 生物炭主要元素組成 37-38
2.2.4 生物炭基本理化性質 38-41
2.2.5 生物炭吸附性能 41-42
2.3 小結 42-44
第三章 生物炭對不同作物生長發(fā)育的影響 44-65
3.1 材料與方法 44-47
3.1.1 試驗材料與試驗設計 44-46
3.1.2 測定內容與方法 46-47
3.2 結果與分析 47-63
3.2.1 生物炭對作物株高的影響 47-48
3.2.2 生物炭對作物地上部植株干物質積累的影響 48-50
3.2.3 生物炭對作物生理特性的影響 50-55
3.2.4 生物炭對作物產量及其構成因素的影響 55-57
3.2.5 生物炭對作物品質的影響 57-58
3.2.6 生物炭對作物養(yǎng)分吸收特性的影響 58-63
3.5 小結 63-65
第四章 生物炭對土壤理化性質的影響 65-75
4.1 材料與方法 65-66
4.1.1 試驗材料與試驗設計 65
4.1.2 測定內容與方法 65-66
4.2 結果與分析 66-74
4.2.1 生物炭對土壤容重的影響 66
4.2.2 生物炭對土壤孔隙度的影響 66-69
4.2.3 生物炭對土壤耕層水分與溫度的影響 69-70
4.2.4 生物炭對土壤 pH 值的影響 70-71
4.2.5 生物炭對土壤陽離子交換量的影響 71-72
4.2.6 生物炭對土壤有效養(yǎng)分的影響 72-74
4.3 小結 74-75
第五章 炭/肥互作對大豆生長發(fā)育和產量與品質的影響 75-92
5.1 材料與方法 75-77
5.1.1 試驗材料與試驗設計 75-76
5.1.2 測定內容與方法 76-77
5.2 結果與分析 77-90
5.2.1 炭/肥互作對大豆株高的影響 77-78
5.2.2 炭/肥互作對大豆地上部植株干物質積累的影響 78-80
5.2.3 炭/肥互作對大豆光合生理特性的影響 80-81
5.2.4 炭/肥互作對大豆農藝性狀與產量的影響 81-83
5.2.5 炭/肥互作對大豆品質的影響 83-84
5.2.6 炭/肥互作對大豆植株養(yǎng)分吸收特性的影響 84-89
5.2.7 炭/肥互作對肥料表觀利用率的影響 89-90
5.3 小結 90-92
第六章 生物炭對重金屬污染農田修復的初步研究 92-105
6.1 材料與方法 92-94
6.1.1 試驗材料與試驗設計 92-93
6.1.2 測定內容與方法 93-94
6.2 結果與分析 94-103
6.2.1 生物炭對鎘污染土壤生物有效性的影響 94-98
6.2.2 生物炭對鎘污染土壤理化性質的影響 98-101
6.2.3 生物炭對土壤有效態(tài)鎘離子與植株鎘吸收的影響 101-103
6.3 小結 103-105
第七章 綜合討論與結論 105-114
7.1 生物炭結構與性質 105-106
7.2 生物炭與土壤生態(tài) 106-108
7.3 生物炭與作物生長發(fā)育 108-109
7.4 生物炭與化學肥料 109-111
7.5 生物炭與重金屬污染 111-114
參考文獻 114-121
致謝 121-122
攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文 122-123
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