生物炭對中國北方酸化土壤的改性研究.pdf

1、自20世紀80年代以來，我國就形成以氮(N)肥的大量施用來換取作物高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。由于多年來N肥持續(xù)大量施用以及不合理的農(nóng)業(yè)耕種、施肥制度和管理措施，導致我國北方土壤酸化日趨嚴重。近些年來興起的生物炭技術為環(huán)保、高效改良酸化土壤提供了新途徑。本研究針對我國北方N肥大量施用引起的土壤酸化問題，選取山東省招遠市典型果園酸化土為研究對象，以我國北方典型的生物質(zhì)棉花秸稈和花生殼為原料制備生物炭，研究了不同熱解時間和熱解溫度等工藝參數(shù)對生物炭

2、物理化學性質(zhì)的影響;選擇兩種熱解溫度下制備的花生殼生物炭為供試材料，以2.5％和5％兩種比例添加到酸化土壤中，研究了其對酸化土壤理化性質(zhì)的影響;通過研究生物炭對酸化土壤N素轉(zhuǎn)化過程的影響，初步揭示了生物炭改性酸化土壤的內(nèi)在機制;通過研究生物炭對玉米植株根際效應及氮素利用有效性的影響，評價生物炭改性酸化土壤的效果，并對生物炭減少肥料施用的經(jīng)濟效益進行了分析和估算。本研究為建立北方酸化土壤改良的生物炭技術，最終構建生物炭的新型產(chǎn)業(yè)模式提供了

3、重要的理論依據(jù)。主要研究結果如下:
　　(1)選取我國北方典型的農(nóng)業(yè)殘留物棉花稈和花生殼為原料，利用慢速熱解方式制備生物炭。在2h內(nèi)，隨著熱解時間的延長，生物炭物理化學特性變化顯著，當熱解時間大于2h時，這種變化趨于平緩;隨著熱解溫度的升高，生物炭產(chǎn)率降低，陽離子交換量(CEC)下降，表面官能團的種類及數(shù)量逐漸降低，而其灰分含量、pH、比表面積、K、Ca、Mg含量逐漸增加。
　　(2)通過對制備生物炭的pH及CEC、產(chǎn)率、比

4、表面積等特征的綜合分析，當熱解溫度高于300℃時，花生殼生物炭的pH才表現(xiàn)為堿性，但高于400℃生物炭CEC值只有2.86 cmol kg-1甚至更低，不宜用于酸化土壤改良，因此選擇了300℃和400℃下熱解花生殼制備的生物炭（H300和H400）作為酸化土壤改性研究的供試材料。
　　(3)生物炭添加量為2.5％時，H300和H400分別使土壤容重降低了5.1％和7.1％，土壤pH分別提高了0.58和0.80個單位，有機質(zhì)含量分別

5、增加了65％和35％，CEC值分別提高了5.5％和9.0％;生物炭添加量為5％時，土壤各理化性質(zhì)指標改善效果更好。
　　(4)通過生物炭對NH4+和NO3-吸附試驗，表明H300和H400對NH4+有很強的吸附作用，并且當NH4+的濃度高于10 mg L-1，H400的吸附能力明顯高于H300;但對NO3-均未表現(xiàn)出明顯的吸附作用。
　　(5) H300和H400一方面通過吸附作用降低NH4+可利用性，減少硝化反應底物，另一

6、方面通過減少氨氧化細菌數(shù)量，抑制了土壤中的硝化作用，進而減少了土壤中的H+釋放量而提高土壤pH值，另外還可以減少土壤N素以NO3-的形式而流失。
　　(6)兩種生物炭均明顯促進了玉米植株的生長，以2.5％和5％添加H400后，植株干物重分別提高了30.3％和32.7％;同時玉米根系形態(tài)變化明顯，根長、根尖數(shù)、根比表面積及根體積分別提高了44％和91％、51％和117％、60％和99％以及79％和108％。
　　(7)兩種生物