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生物炭基复合肥特性及增效机理研究

刘长涛  
【摘要】:化肥做为一种重要的农业生产资料,对农作物增产起着重要作用,在农业生产活动中被大量使用。由于人类追求作物生产,盲目过量的使用化肥,带来一系列农业污染问题,为我国绿色农业发展敲响警钟。生物炭是将农作物秸秆和林业废料经过高温无氧炭化制成的一种养分丰富、疏松多孔的物质,对土壤结构具有改善作用,同时还可以有效吸附养分。将生物炭与化肥颗粒有效结合制备成为生物炭基肥料,既可以利用生物炭特性改良土壤质量,也可以弥补化肥养分利用率低这一缺陷。本研究以生物炭和化肥为原材料制备生物炭基肥料,探明生物炭基肥料基本特性,评价生物炭基肥料养分释放效果,以牧草紫花苜蓿为供试作物,研究生物炭基肥的土壤—作物的效应,为生物炭基肥料在农业生产中的应用提供基础理论和技术依据。研究主要结果如下:(1)生物炭具有丰富的孔隙结构,可以作为生物炭基肥料的载体。化肥颗粒与生物炭的结合使得生物炭基肥料的结构出现无序性,但随着生物炭添加量的增加,生物炭基肥料的无序性结构有所改善,而且孔容孔径有所增加。生物炭基肥料含有的官能团与生物炭表面官能团相似,且受化肥添加量影响较小。生物炭基肥中,随着生物炭添加量增加,H/C、O/C和(N+O)/C增大,削弱了生物炭基肥料的芳香性,而增强了生物炭基肥料的亲水性和极性。(2)生物炭基肥料当中的生物炭对养分离子具有吸附作用,与化肥相比,生物炭基肥料养分释放持续时间更长,缓释效果较为明显;生物炭基肥料处理中NH_4~+、P和K的释放速率与释放量均低于化肥处理。(3)模拟不同土壤环境生物炭基肥料养分释放结果表明,土壤田间持水量较高时生物炭基肥料缓释效果显著下降,各处理间未见明显差异;随着土壤温度升高会显著破坏生物炭基肥的缓释效果,当温度达到30℃时,缓释效果最差;在中性和酸性土壤中,生物炭基肥料养分释放效果理想,释放速率和释放量较为稳定且好于化肥。在碱性土壤中,生物炭基肥释放效果不如化肥。(4)生物炭基肥可以有效补充土壤当中速效养分和有机质的含量,减少土壤养分流失。生物炭基肥料对提高土壤酶活性具有促进作用。与化肥相比,生物炭基肥料对土壤脲酶活性可以提高5.56%~33.33%;对土壤中磷酸酶活性提高6.38%;对过氧化酶活性影响不显著;对蔗糖酶的活性提高9.09%~26.08%。(5)施入生物炭基肥对作物综合生长性状促进效果优于化肥处理,而且生物生物炭基肥料可以改善根际周围的土壤状况,有利于作物根系生长,促进作物养分吸收。(6)在相同化学等养分投入量下,生物炭基复混肥与化肥相比,能够改善作物品质。综合考虑对品质的作用效果,生物炭比例为40%的炭基复混肥是比较适宜的比例。(7)土壤中施加生物炭可以改善生物多样性,在同时添加化肥的情况下可以减少生物多样性的破坏。根据不同的生物炭的添加量,30%含炭量的生物炭基肥拥有理想的平衡状态和50%纯生物炭添加有相似的生物多样性效果。


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