本文關(guān)鍵詞：生物炭對(duì)農(nóng)田土壤氮素遷移及氨氧化作用的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為了取得更高的糧食產(chǎn)量,氮素肥料被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,但是也相應(yīng)帶來了許多負(fù)面效應(yīng)。氮肥利用率低導(dǎo)致的營養(yǎng)物質(zhì)淋失,進(jìn)而污染地表地下水資源是最主要的表現(xiàn)形式,對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境造成了巨大威脅。因此,尋求一種能吸附固持土壤中氮素的高效、經(jīng)濟(jì)的處理方法,最大限度的減少土壤氮素?fù)p失、提高氮肥利用率以及治理無機(jī)氮污染是目前迫切需要解決的問題之一。近年來,生物炭作為一種土壤改良劑越來越受到人們的關(guān)注。生物炭主要是以植物或其他農(nóng)業(yè)廢棄物為原材料,在限氧或無氧、高溫條件下形成的富含碳的物質(zhì),其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、多孔、比表面積大,對(duì)NO3-和NH4+具有較強(qiáng)的吸附能力。因此,本課題考慮采用農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈、玉米芯以及小麥秸稈作為生物炭制備材料,首先開展了玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)水溶液中無機(jī)氮的吸附性能研究,研究了其對(duì)NH4+-N、NO3--N 和 NO2--N的吸附動(dòng)力學(xué)過程;并用等溫吸附模型對(duì)NH4+-N和NO3--N的吸附過程進(jìn)行擬合,探討制得生物炭對(duì)無機(jī)氮的吸附機(jī)理。結(jié)果表明,400℃和600℃制得玉米秸稈和玉米芯生物炭均呈堿性,表現(xiàn)為400℃600℃;同種原材料,與400℃制得生物炭相比,600℃制得生物炭堿性含氧官能團(tuán)數(shù)量較多,而酸性含氧官能團(tuán)數(shù)量較少。400℃制得生物炭對(duì)NH4+-N的吸附能力較強(qiáng)(玉米秸稈和玉米芯生物炭的平衡吸附量分別為4.22和4.09mg/g);而600℃制得生物炭對(duì)NO3--N和NO2--N的吸附能力較強(qiáng)(玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)NO3--N的平衡吸附量分別為0.73和0.63mg/g;對(duì)NO2--N的平衡吸附量分別為0.55和0.35mg/g)。與NO3--N和NO2--N相比,玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)NH4+-N的吸附能力更強(qiáng),4種生物炭對(duì)NH4+-N的平衡吸附量是NO3--N/NO2--N的4.29~20.2倍。4種生物炭對(duì)NH4+-N 和 NO3--N的吸附均符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型,以化學(xué)吸附為主。等溫吸附模型擬合研究表明,玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)水溶液中NH4+-N和NO3--N的吸附過程均可用Freundlich模型描述,其在生物炭表面的吸附是多分子層吸附。為了深入研究玉米秸稈生物炭及其老化對(duì)農(nóng)田土壤氮素遷移的影響,開展了柱狀淋濾實(shí)驗(yàn)。研究表明:生物炭能減少土壤無機(jī)氮的淋失;在淋濾過程中,無機(jī)氮淋失量和淋濾液p H均呈單峰形式變化,呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);與對(duì)照相比,添加新鮮和老化生物炭均使土柱銨態(tài)氮淋失量達(dá)到峰值的時(shí)間推遲,起到了緩釋作用;而老化生物炭的這一作用表現(xiàn)較新鮮生物炭更顯著。對(duì)于硝態(tài)氮而言,添加老化生物炭土柱淋失量達(dá)到峰值的時(shí)間,與對(duì)照相同;而添加新鮮生物炭土柱淋失量達(dá)到峰值的時(shí)間,較對(duì)照提前。老化生物炭對(duì)提高氮肥利用率和減少氮肥淋失具有更加積極的作用;40天的淋濾實(shí)驗(yàn)后,在土柱表層土壤中,添加老化生物炭處理的氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量和脲酶活性都較添加新鮮生物炭處理大;而在深層土壤中(5cm以下),則相反;其原因?yàn)榕c新鮮生物炭相比,老化生物炭對(duì)銨態(tài)氮具有更強(qiáng)的吸附能力,更能抑制其遷移;土柱各分層氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量和脲酶活性的分布特征可能與銨態(tài)氮的縱向遷移及其分布有關(guān)。為了探索小麥秸稈生物炭對(duì)農(nóng)田土壤氨氧化作用的影響,將小麥秸稈生物炭按0%、2%、5%和10%的比例與土壤室內(nèi)混合培養(yǎng),定期采集土樣,并測(cè)定其氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量、脲酶活性、無機(jī)氮含量及p H變化,進(jìn)一步揭示添加生物炭條件下,土壤氨氧化作用變化的機(jī)理。研究表明:小麥秸稈生物炭顯著促進(jìn)了該堿性農(nóng)田土壤的氨氧化速率,且隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而增大;添加小麥秸稈生物炭后,除銨態(tài)氮含量外,氨氧化細(xì)菌數(shù)量、脲酶活性、p H、硝態(tài)氮含量均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而增大;相關(guān)性分析表明,土壤氨氧化速率與氨氧化細(xì)菌數(shù)量、脲酶活性、p H、NO3--N含量均顯著正相關(guān)(r0.709,P0.01),與NH4+-N含量顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.413,P0.01);小麥秸稈生物炭促進(jìn)了堿性農(nóng)田土壤的氨氧化作用,可能加速土壤NO3--N的生成,降低NH4+-N的生物有效性。
【關(guān)鍵詞】：生物炭 氨氧化作用 氨氧化細(xì)菌 脲酶活性 柱狀淋濾
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S156.2;X53
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 生物炭的概念、來源及理化特性14-15
• 1.1.1 生物炭的概念及來源14
• 1.1.2 生物炭的理化特性14-15
• 1.2 土壤氮污染的來源、危害及常見處理方法15-17
• 1.2.1 土壤氮污染的來源15-16
• 1.2.2 土壤氮污染的危害16
• 1.2.3 土壤氮污染的常見處理方法16-17
• 1.3 生物炭的應(yīng)用研究17-18
• 1.3.1 生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響研究17
• 1.3.2 生物炭對(duì)無機(jī)氮的吸附性能研究17-18
• 1.3.3 生物炭對(duì)土壤硝化作用的影響研究18
• 1.4 研究意義與目標(biāo)18-20
• 1.4.1 研究意義18-19
• 1.4.2 研究目標(biāo)19-20
• 1.5 研究內(nèi)容與思路20-22
• 1.5.1 研究內(nèi)容20
• 1.5.2 研究思路20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法22-30
• 2.1 酸堿性含氧官能團(tuán)的測(cè)定—Boehm滴定法22-24
• 2.1.1 主要試劑22
• 2.1.2 主要儀器22
• 2.1.3 操作方法22-23
• 2.1.4 結(jié)果表示23-24
• 2.2 零電荷點(diǎn)（pH_(pzc)）的測(cè)定方法—質(zhì)量滴定法24
• 2.2.1 主要試劑24
• 2.2.2 主要儀器24
• 2.2.3 基本原理24
• 2.2.4 操作方法24
• 2.3 無機(jī)氮的測(cè)定方法24-25
• 2.3.1 水溶液中無機(jī)氮的測(cè)定方法24-25
• 2.3.2 土壤中無機(jī)氮的測(cè)定方法25
• 2.4 脲酶活性的測(cè)定25-27
• 2.4.1 主要試劑25-26
• 2.4.2 脲酶活性的測(cè)定26
• 2.4.3 結(jié)果計(jì)算26-27
• 2.5 氨氧化速率的測(cè)定27-28
• 2.5.1 主要試劑27
• 2.5.2 操作方法27
• 2.5.3 結(jié)果表示27-28
• 2.6 氨氧化細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定—平板計(jì)數(shù)法28-29
• 2.6.1 基本原理28
• 2.6.2 主要儀器28
• 2.6.3 培養(yǎng)基主要成分28
• 2.6.4 實(shí)驗(yàn)操作28-29
• 2.6.5 結(jié)果計(jì)算29
• 2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法29-30
• 第三章 玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)水溶液中無機(jī)氮的吸附特性30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 玉米秸稈和玉米芯生物炭的制備及其特性表征方法30-31
• 3.2.1 玉米秸稈和玉米芯生物炭的制備30-31
• 3.2.2 玉米秸稈和玉米芯生物炭的特性表征31
• 3.3 生物炭對(duì)水溶液中無機(jī)氮的吸附動(dòng)力學(xué)研究及吸附等溫線測(cè)定方法31-33
• 3.3.1 生物炭對(duì)水溶液中無機(jī)氮的吸附動(dòng)力學(xué)研究31-32
• 3.3.2 生物炭對(duì)水溶液中無機(jī)氮的吸附等溫線測(cè)定32-33
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果33-44
• 3.4.1 不同溫度條件下玉米秸稈和玉米芯生物炭的基本特性33
• 3.4.2 不同溫度條件下玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)無機(jī)氮的吸附動(dòng)力學(xué)33-40
• 3.4.3 不同溫度條件下玉米秸稈和玉米芯生物炭對(duì)無機(jī)氮的吸附等溫線40-44
• 3.5 討論44-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第四章 玉米秸稈生物炭及其老化對(duì)農(nóng)田土壤氮素遷移的影響48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 樣品采集與柱狀淋濾實(shí)驗(yàn)48-50
• 4.2.1 土壤樣品的采集48-49
• 4.2.2 玉米秸稈生物炭的制備及老化49-50
• 4.2.3 柱狀淋濾實(shí)驗(yàn)50
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-56
• 4.3.1 淋濾液中無機(jī)氮含量及pH的動(dòng)態(tài)變化50-53
• 4.3.2 玉米秸稈生物炭及其老化對(duì)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮累積淋失量的影響53-54
• 4.3.3 玉米秸稈生物炭及其老化對(duì)土柱不同分層土壤氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量及脲酶活性的影響54-56
• 4.4 討論56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 第五章 小麥秸稈生物炭對(duì)農(nóng)田土壤氨氧化作用的影響60-68
• 5.1 引言60-61
• 5.2 樣品采集與室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)61
• 5.2.1 土壤樣品采集61
• 5.2.2 小麥秸稈生物炭61
• 5.2.3 土壤-生物炭的室內(nèi)培養(yǎng)61
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果61-66
• 5.3.1 小麥秸稈生物炭對(duì)土壤氨氧化速率的影響61-62
• 5.3.2 小麥秸稈生物炭對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌數(shù)量的影響62-63
• 5.3.3 小麥秸稈生物炭對(duì)土壤脲酶活性的影響63
• 5.3.4 小麥秸稈生物炭對(duì)土壤無機(jī)氮含量的影響63-64
• 5.3.5 小麥秸稈生物炭對(duì)土壤pH的影響64-65
• 5.3.6 相關(guān)性分析65-66
• 5.4 討論66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 結(jié)論與展望68-72
• 6.1 主要結(jié)論68-69
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)69
• 6.3 研究展望69-72
• 參考文獻(xiàn)72-82
• 致謝82-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

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  本文關(guān)鍵詞：生物炭對(duì)農(nóng)田土壤氮素遷移及氨氧化作用的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：502174