【摘要】：生物炭已在多種作物的栽培上應(yīng)用,其正向作用已經(jīng)明確,但在甘蔗應(yīng)用上研究不多。本研究針對目前廣西農(nóng)林廢棄物利用低,甘蔗氮肥施用過量,甘蔗氮素利用率低等問題,擬通過利用這些廢棄物制備生物炭,系統(tǒng)分析各生物炭品質(zhì),篩選品質(zhì)優(yōu)良的生物炭應(yīng)用到到甘蔗生產(chǎn)上,研究生物炭對甘蔗生長及氮素利用率的影響及機制,為實現(xiàn)高產(chǎn)、高糖、高效提供理論依據(jù)。本研究選用香蕉(葉、葉柄和果莖)、甘蔗(葉片和梢部)、桑枝、木薯莖和速生桉枝條等8種材料在350℃,500℃,650℃條件下制備獲得24種炭材料,通過分析其理化性質(zhì)和對硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)的吸附能力,以期篩選出適合甘蔗生長的生物炭。通過15N示蹤方法研究木薯生物炭對桶栽甘蔗生長、氮素累積、分配、利用和對土壤理化性質(zhì)的影響;通過15N示蹤方法研究木薯生物炭和氮肥互作對兩個氮利用率高低差異品種(GT11和B8)生長和氮素利用影響,通過大田試驗研究生物炭和氮肥互作對兩個甘蔗品種新植一年的農(nóng)藝性狀和氮素利用效應(yīng)影響。主要研究結(jié)果如下:1.24種生物炭均呈堿性,pH在8.33-10.02之間,炭含量在34.28%-72.55%之間。不同制備方法所獲得的生物炭的得率在24.74-60.49%之間。生物炭原料種類和熱解溫度均顯著影響各生物炭的物理品質(zhì),各生物炭的化學(xué)品質(zhì)主要受熱解溫度的影響。熱解溫度越高,制備所得生物炭的比表面積,孔容越大,但得率、孔徑越低,而pH、陽離子交量(CEC)、C含量、C/H比和C/N比越高,H、N、P、K、有機質(zhì)含量越低。各生物炭NH4+-N和NO3--N的吸附能力不受熱解溫度的顯著影響,但受生物質(zhì)材料顯著影響。各生物炭對NH4+-N的吸附能力大于對NO3--N的,香蕉葉、葉柄和果莖對NH4+-N和NO3--N均有很好的吸附作用。2.影響生物炭品質(zhì)最重要的因子是化學(xué)性質(zhì)因子、物理性質(zhì)因子、活化能量因子、營養(yǎng)因子和銨態(tài)氮吸附能力因子等5個因子。綜合品質(zhì)最佳的幾個生物炭材料為Y24(桉樹枝650℃)、Y6(香蕉莖650℃)、Y23(桉樹枝 500℃)、Y17(木薯莖 500℃)、Y18(木薯莖 650℃)、Y15(甘蔗梢 650℃)、Y3(香蕉葉650℃)和Y20(桑枝500℃),可以作為土壤改良助劑應(yīng)用于作物生產(chǎn)。3.生物炭對甘蔗生長的促進作用因品種、生育期和器官不同而異。生物炭顯著促進甘蔗ROC22葉片和根系的生長,但對莖生長的促進作用效果不明顯。生物炭和氮素互作在低氮條件下,促進了 GT11的根、莖和綠葉的生長,但對B8主要促進莖的生長,對根和綠葉僅在分蘗期有促進作用。4.生物炭可以顯著促進甘蔗的氮累積量,促進甘蔗從肥料或是土壤吸收更多氮。生物炭顯著促進了 ROC22苗期和伸長期的葉和莖的氮素累積,顯著增加成熟期根中的氮累積。促進ROC22從土壤中吸收氮的含量增加4.84--10.68%。生物炭和氮肥互作對GT11和B8枯葉和綠葉氮累積有顯著的促進作用,對氮素利用率較低的品種GT11,生物炭主要促進了伸長期的根和莖的氮累積,對氮素利用率較高的品種B8,生物炭僅在高氮條件下才對莖的氮累積起到促進作用。生物炭促進了 GT11和B8的根、莖、綠葉和枯葉從肥料中獲得氮的比例,與純氮處理相比,GT11和B8根、莖、綠葉和枯葉經(jīng)生物炭處理后從肥料中獲得的氮增加了 25.12-40.79%。5.生物炭處理在一定程度上促進了甘蔗的氮素利用率。生物炭主要促進了 ROC22伸長期和成熟期葉和根的氮素理論產(chǎn)量(PE)和氮素偏肥生產(chǎn)力(PFP),對莖的促進作用不明顯。生物炭和氮肥互作在低氮條件下主要促進了 GT11伸長期根、莖、分蘗期綠葉的PFP,促進B8分蘗期根、分蘗期和成熟期綠葉的PFP;生物炭促進了 GT11分蘗期莖、低氮條件下成熟期根的PE,而抑制了 B8根、莖、葉的PE。6.生物炭影響甘蔗體內(nèi)N、P、K的累積分配,改善土壤營養(yǎng)狀態(tài)。生物炭促進了 N在伸長期的甘蔗葉片、苗期和伸長期的莖以及苗期和成熟期的根中累積,促進了 P在苗期和成熟期的葉、根中以及成熟期的莖中的累積,促進了 K在成熟期的葉、莖以及伸長期的根中累積;顯著提高了土壤中N、P、OM的含量和pH,但減少了 K的含量,對土壤電導(dǎo)率(EC)無影響。7.生物炭可以促進低氮條件下低氮利用率甘蔗品種的生長,提高其氮累積和氮利用效率。生物炭略增加新植一年甘蔗GT11和B8的出苗率,對株高、莖徑、有效莖影響不大。生物炭略提高了低氮條件下GT11的產(chǎn)糖量,但對GT11和B8的產(chǎn)量無顯著影響。生物炭抑制了 GT11莖的氮素累積量,特別是高氮條件下顯著受抑制,但綠葉的氮累積略到得促進。生物炭對B8莖氮的累積量略有促進,但抑制了綠葉的氮累積。生物炭對GT11莖的PFP影響不大,綠葉的PFP得到促進,生物炭對B8的PFP影響與GT11相反。生物炭在低氮條件下可促進GT11莖的PE,而抑制綠葉的PE,而B8莖、綠葉和枯葉的PE均受生物炭抑制。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S566.1
【圖文】：

２．邋２結(jié)果與分析逡逑２．邋２．１不同生物質(zhì)來源制備生物炭的得率分析逡逑從圖２－１看，不同生物質(zhì)材料制備生物炭得率不同，桉樹枝得率最高，在５４．２３邋％逡逑－６０．４９％之間，其次是香蕉果莖，在３７．６６邋％－４１．２１邋％之間，桑枝得率最低，在２４．７４％逡逑－２９．６０邋％之間，各材料的得率大小如下：桉樹枝＞香蕉果莖〉香蕉葉柄＞香蕉葉、木逡逑薯蓮、甘蔗葉＞甘蔗梢〉桑枝。桉樹枝類生物炭得率最高，為５４．２３－６０．４９％之間，說明逡逑木質(zhì)化程度較高的的材料得率較高。但有意思的是草本的材料如香蕉（２５．７９－３４．２９％）逡逑和甘蔗（３４．６７－３８．８９％）得率卻不低，與木質(zhì)化程度較高的木薯莖（２７．４３－３１．２９％）相逡逑當(dāng)，反而是桑枝材料（２４．７４－２９．６０％）得率最低，這可能是桑枝材料為空心莖桿，且組逡逑織結(jié)構(gòu)較為疏松有關(guān)，這也說明香蕉和甘蔗制備生物炭有較好前景。溫度對生物炭得率逡逑有顯著差異，溫度越低得率越高。逡逑１

邐ｕ邋ｉ逡逑圖２－２不同材料不同溫度制備生物炭的ｐＨ逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋ｐＨ邋ｏｆ邋ｂｉｏｃｈａｒｓ邋ｄｅｒｉｖｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｂｉｏｍａｓｓ邋ａｎｄ邋ｐｙｒｏｌｙｓｅｄ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑不同原料不同溫度制備的生物炭的陽離子交換量（ＣＥＣ）見圖２－３，各生物炭的ＣＥＣ逡逑在３．４５－１３．７９邋ｃｍｏｌ邋ｇ—１之間，各材料ＣＥＣ大小如下：香蕉葉柄、桑枝＞甘蔗梢、甘蔗葉逡逑＞木薯莖、按樹枝＞香蕉果莖＞香蕉葉，溫度越ShＣＥＣ越高。逡逑１６．００逡逑１４．００邐１邐ａ邐ａ逡逑一邐１２．００邐，門門邐ａ逡逑ｒＨ邐ｄ逡逑00邐ｍ邐ｂ邋門邐ａ逡逑１邋二邋１０邋００邐ｂ邐Ａ邋ｂ邋門邋Ａ邋ｎ逡逑°邋＾邐８．００邐廣門邋ｂ邐ｕ邋ｂ邋ｂ邐ｃ邋ｎ逡逑一邋ｇ邐ａ邐Ｓ．邐Ｉ邐ｎ邋ｆｉ邋ｃ邋ｆｔ邐ｃ邐ｂ逡逑＊邋ｕ邋６．00邋ｆｔ邋ａ邋ｔｂＳ邋ｎ邐ｎ邋ｎ逡逑門逡逑識匕４．００邋ｂ逡逑ｕ邐ｎ逡逑？邐２．００逡逑０．００逡逑ｌｐｔｐ；ｐ：ｐ；ｐｉｐ邋ｐ；ｐ：ｐ：ｐ；ｐ邋ｐｉｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋Ｐ：Ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ逡逑ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ逡逑Ｌｎ0ＬｎＬｒ）0Ｌｒ）ｔｎ0ＬＤＬｎ0ＬｎＬｎ0ＬｎＬｎ0Ｌｒ＞Ｌｎ0Ｌ0Ｌｎ0Ｌｎ逡逑＾ｔＬｎ＜＾５＾ｔＬｎ；？Ｄ＾Ｌ0ｖＤ＾ｆＬｎＪＸ）＾Ｌｎｉ＾＾ｔＬｎｖＤ＾－ＬｎｋｉＤ＾ｊ－邋ｌｄｖｄ逡逑香蕉葉香蕉莖香蕉葉柄甘蔗葉｜甘蔗梢木薯莖邋

（見表２－２），不同材料Ｎ含量大小如下：香蕉葉＞桉樹枝、桑枝＞木薯儢、香蕉葉柄、逡逑甘蔗梢＞甘蔗葉、香蕉果莖，溫度越高含量越低。逡逑圖２－４為生物炭的Ｐ含量情況，各生物炭的ＴＰ含量在１．８１邋ｇ邋ｋｇ夂７．２６邋ｇ邋ｋｇ邋°之間，逡逑不同材料ＴＰ含量大小如下：甘蔗梢＞甘蔗葉、木薯莖、香蕉葉、桑枝、桉樹枝、香蕉逡逑果莖＞香蕉葉柄，以５００°Ｃ制備的含量最高。逡逑８．００逡逑７．００邐｜邐「逡逑ｂ邋ａ邐ａ逡逑６．００邐Ａ邋ａ邋ｎ邋ｎ邐ｆｉ逡逑￣邐ａ邐ａ邋＂逡逑＇？ｐ邋＾邋ｃ：邋ｎｎ邋＊邋３邋Ｓ邐ｂ邐ｎ邐ｂ邐，逡逑５邋００邐￡邐＾邐ｃ邋Ｒ邐ｂ逡逑ｒ邐ｎ邐ｎ邋ｂ邐？邐＊逡逑＿邋Ｓ邋４．００邋ｊ邐ｂ邐Ｒ邐ｃ邐＾邋ｂ逡逑§邐Ｒ邐Ｓ邐４邐Ｒ邋￡逡逑整邋0■邐３．００邐ｃ邐Ｃ逡逑＾邋？邐Ｘ邐ａ逡逑°邋２．００邋＾逡逑１．００逡逑０．００

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