收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

生物炭改良白浆土的初步研究

殷大伟  
【摘要】:白浆土的亚表层-白浆层结构致密,易导致表旱表涝和严重的耕层水土流失,是我国典型的低产田。生物炭孔隙结构丰富、容重低,可通过改善土壤水肥气热条件等多方面功能发挥改土增产作用。为探讨生物炭在我国东北地区广泛分布的白浆土改良工作中的应用潜力,本研究采用盆栽实验,通过向白浆土白浆层施入不同用量的生物炭(0、10、30、50t.hm-2),重点研究了生物炭对白浆层孔隙结构、持水能力等理化性质的影响,分析了生物炭对白浆土大豆根系生长和产量的作用规律,提出了改良白浆土白浆层的适宜生物炭用量,旨在为使用生物炭技术改良白浆土提供理论依据。主要研究结果如下: 1.生物炭可有效降低白浆层容重,改善其塑性及各级孔隙分布 当生物炭用量为10t·hm-2时,白浆层的容重为1.00g·cm-3,接近适宜的容重标准(1.1-1.3g·cm-3),若继续增加生物炭用量,白浆层的容重值过低,不利于植物根系的固定。随着生物炭用量的增加,白浆层的比重同样呈现下降趋势。当生物炭用量为10、30t·hm-2时,白浆层的塑性指数分别为24.37、28.64%,接近于适宜机械耕作的土壤塑性指数。尤其在生物炭用量为10t-hm-2时,白浆层总孔隙度达62.27%,接近适宜作物生长的孔隙度(50~60%)。生物炭还增加了通气孔隙度和毛管孔隙度,有效改善了白浆层的三相比例,当生物炭用量为10t·hm-2时,固相率:液相率:气相率=37.72%:38.81%:23.47%。综合看来,当生物炭用量为10t·hm-2时,白浆层的容重、塑性指数、总孔隙度接近适宜水平,可以作为大型机械作业的参考标准。 2.生物炭通过改善白浆层孔隙结构提高了其水分渗透性能 生物炭可显著降低白浆层粗孔隙数、粗孔隙度(p0.05),增加了白浆层的大孔隙数、大孔隙度、总孔隙度,并在各个层次上均表现出随生物炭用量增加而递增的趋势。白浆层的总孔隙度在生物炭用量为50t·hm-2时达到最大值27.58%,较CK增加539.91%。生物炭显著降低了白浆层孔隙的成圆率,但增加了孔隙周长。当生物炭用量为50t·hm-2时,成圆率最小,仅为0.80,但孔隙周长达到最大值,为17.72mm。白浆层的水分入渗性能也表现为50t·hm-230t·hm-210t·hm-2CK。当生物炭用量为50t-hm-2时,初渗率、平均渗透率、稳渗率、100min渗透总量、饱和渗透系数分别为CK的17.8、12.08、13.12、12.76、12.76倍。使用Kostiakov模型可以较好地模拟生物炭添加后白浆层的水分入渗过程,但对CK的拟合效果差,说明生物炭添加形成的孔隙与白浆层原始孔隙的存在形式是有差异的。 3.生物炭对白浆层的持水、释水能力均有正向作用 生物炭处理增加了白浆层各级土壤吸力下的质量含水量,且均表现为50t·hm-230t·hm-210t·hm-2CK。模拟结果表明,生物炭增加了Gardner的幂函数经验公式SWC=Aψ-B中A、B的值,也增加了白浆层的各级土壤当量孔径,说明生物炭可以增加白浆层的持水能力。同时,生物炭还增加了各级吸力下的比水容量,表现为50t·hm-230t·hm-210t·hm-2CK,说明生物炭可以有效的增强白浆层的释水能力。综合分析结果表明,生物炭同时提高了毛管持水量、饱和持水量、田间持水量和永久萎蔫系数,但由于田间持水量的增幅大于永久萎蔫系数,故有效含水量大幅提高,进一步说明了生物炭添加对白浆层理化性质改良的正向效果。 4.生物炭增加了白浆层的微生物数量并提高了土壤酶活性 细菌数量在30、50t·hm-2生物炭添加量时达到最大值,为CK的6.20倍。氨化细菌、固氮菌、放线菌、微生物总数量均在50t·hm-2时达到最大值,分别为CK的24.29倍、12.09倍、7.83倍、7.10倍。真菌在30t·hm-2时达到最大值,为CK的8.33倍。白浆层中的脲酶、过氧化氢酶、蛋白酶、纤维素酶的含量也随之提高,但蔗糖酶含量有所下降。不同种类微生物的数量与白浆层中的各种酶活性存在复杂的相关关系。其中均蔗糖酶含量与白浆层微生物数量呈极显著负相关,脲酶与真菌、放线菌数量呈极显著正相关,过氧化氢酶与细菌、真菌、放线菌呈数量显著正相关,蛋白酶含量与放线菌数量呈显著正相关,纤维素酶与氨化细菌、细菌、真菌、放线菌数量呈显著正相关。 5.生物炭对白浆层养分状况有显著影响并促进了大豆对养分的吸收 生物炭增加了分枝期、开花期的白浆层的全N量,增加了各时期白浆层的全P、全S量,均表现为50t·hm-230t·hm-210t·hm-2CK。生物炭也增加了白浆层中速效磷、速效钾的含量,但对白浆层的碱解氮含量有所抑制。生物炭对EC、pH的影响未呈现明显规律性,但可能间接促进了大豆对N、P、K、Ca、S等养分的吸收,大豆单株对的吸收总量均表现为50t·hm-230t·hm-210t·hmCK。随着生物炭用量的增加,大豆植株中N、P、K、Ca、S元素在根系中分配的比例逐渐增加。 6.生物炭不同程度地促进了大豆根系的形态建成和产量形成 生物炭增加了大豆各生育时期的根干重、根长、根体积、根直径、根表面积、根尖数。成熟期的根干重、根长、根体积在30t·hm-2达到最大值,分别较CK增加164.10%、51.50%、120.95%。虽然在成熟期时耕层的根干重密度、根长密度、根体积密度、根表面积、根尖数在50t·hm-2达到最大值,但主成分分析结果表明,当生物炭用量为30t.hm2时,根系的生长状况最好。生物炭还增加了大豆比吸收表面、比活跃吸收表面和根系还原强度等生理性状,并对大豆的株高、单株粒数、单株粒重、生物产量表现出显著的促进作用,表现为30t·hm-210t·hm-250t·hm-2CK,30t·hm-2处理的单株粒重较CK增加21.89%。上述结果表明,对当季作物而言,生物炭的用量的最适范围在30t·hm-2上下。 7.生物炭可提高白浆层质量评级 进一步对白浆层质量进行了评价,结果表现为50t·hm-230t·hm-210t·hm-2CK。其中,白浆层(CK)的质量指数为0.06,属于低(Ⅵ)级;生物炭用量为10t·hm-2的质量指数为0.50,属于中(Ⅲ)级,生物炭用量为30t·hm-2的质量指数为0.75,属于较高(Ⅱ)级,生物炭用量为50t·hm-2的质量指数为0.84,属于高(Ⅰ)级。通过综合质量指标的敏感度分级、各评价指标相关性分析和主成分分析,确定白浆层质量评价指标最小数据集为有效水含量、速效P、速效K、氨化细菌、细菌、真菌、放线菌、纤维素酶、稳定渗透速率、固氮菌。该数据集和综合指标评价结果相关性达0.95,具有较高的代表性。 综上所述,生物炭还入白浆土白浆层,可通过对孔隙结构的改善提高土壤通透性,提高土壤有效含水量,并通过丰富土壤微生物群系、提高养分供给能力等促进作物根系形态建成,乃至促进作物产量提高。因此,使用向白浆层混入生物炭的方式改良白浆土具有较高的可行性。但同时也发现,生物炭还田后作物当季产量水平与土壤质量级别并非一一对应,其原因有待进一步探讨。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 黄少鹏;;启动生物炭碳汇工程 开辟节能减排新途径[J];科技导报;2009年15期
2 郭振修;培养勾体的无蛋白和低蛋白培养基[J];微生物学免疫学进展;1981年03期
3 张忠河;林振衡;付娅琦;王宏海;康全德;尤希凤;;生物炭在农业上的应用[J];安徽农业科学;2010年22期
4 ;农林废弃物就地一“焖”变成宝[J];发明与创新(综合科技);2011年05期
5 侯艳伟;曾月芬;安增莉;;生物炭施用对污染红壤中重金属化学形态的影响[J];内蒙古大学学报(自然科学版);2011年04期
6 陈红霞;杜章留;郭伟;张庆忠;;施用生物炭对华北平原农田土壤容重、阳离子交换量和颗粒有机质含量的影响[J];应用生态学报;2011年11期
7 张晗芝;黄云;刘钢;许燕萍;刘金山;卑其诚;蔺兴武;朱建国;谢祖彬;;生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响[J];生态环境学报;2010年11期
8 丁文川;朱庆祥;曾晓岚;吴丹;田秀美;;不同热解温度生物炭改良铅和镉污染土壤的研究[J];科技导报;2011年14期
9 ;技术市场[J];科技信息;1998年06期
10 王研;;坎昆迷局[J];中国新闻周刊;2010年46期
11 周志红;李心清;邢英;房彬;张立科;彭艳;;生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用[J];地球与环境;2011年02期
12 ;十大环保技术拯救地球[J];科学之友(A版);2009年02期
13 ;科技动态[J];大众科技;2011年05期
14 郭振修;培养构体的无蛋白和低蛋白的培养基(续完)[J];微生物学免疫学进展;1981年04期
15 ;用科学的力量应对气候变化[J];初中生学习(高);2010年05期
16 汪蓓蕾,吴信亮;苯偶氮吡啶·单盐酸盐生产过程的废水治理设计[J];安徽科技;1999年10期
17 朱震峰;印染废水传统处理工艺的改进[J];广东科技;2004年08期
18 莉莉莲·艾伊加登;尼尔斯·瓦格斯达德;刘继红·克拉克;夏建宏;;气候变,农业也变——挪威农业应对气候变化带来的挑战[J];自然与科技;2011年02期
19 段诗福,孟国良,李新正,王云峰,段瑞芳;利用多效微生态制剂治理酒店废水[J];河南科技;1998年06期
20 钟哲科;李伟成;刘玉学;杨阿三;沈勤;;竹炭的土壤环境修复功能[J];竹子研究汇刊;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨丹;刘限;刘鸣达;张玉龙;;生物炭对农业可持续发展和环境改良作用的研究进展[A];发展低碳农业 应对气候变化——低碳农业研讨会论文集[C];2010年
2 王震宇;郑浩;李锋民;;湿地植物芦竹生物炭的制备及特性表征研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
3 孟静静;刘静宇;黄少鹏;;土壤碳汇能力衰退的生物炭修复[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
4 沈国清;;生物炭影响土壤生态系统功能的生物学机制[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
5 闫智培;李十中;;生物质热解生产生物炭研究进展[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
6 徐义亮;陈宝梁;;生物质限氧裂解制备生物炭的热动力学特性研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
7 陈宝梁;陈再明;陈文远;周丹丹;方远;;有机污染物与生物炭的相互作用:吸附模型、机理和热力学[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
8 盛奎川;沈莹莹;钱湘群;;生物质炭化及资源化利用研究进展[A];中国农业工程学会2011年学术年会(CSAE 2011)论文摘要集[C];2011年
9 孟静静;刘静宇;黄少鹏;;低碳经济下的生物炭研究[A];低碳陕西学术研讨会论文集[C];2010年
10 续晓云;曹心德;于宏然;;稻壳和牛粪基生物炭对水中重金属Pb、Cu、Zn、Cd的吸附研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 殷大伟;生物炭改良白浆土的初步研究[D];沈阳农业大学;2013年
2 韩光明;生物炭对不同类型土壤理化性质和微生物多样性的影响[D];沈阳农业大学;2013年
3 张伟明;生物炭的理化性质及其在作物生产上的应用[D];沈阳农业大学;2012年
4 张振宇;生物炭对稻田土壤镉生物有效性的影响研究[D];沈阳农业大学;2013年
5 刘祥宏;生物炭在黄土高原典型土壤中的改良作用[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2013年
6 段蕾;臭氧—炭砂滤池对滦河水深度处理中试研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晗芝;生物炭对土壤肥力、作物生长及养分吸收的影响[D];西南大学;2011年
2 解钰;王草产量、品质和土壤性状对生物炭浓度梯度的响应[D];海南大学;2012年
3 吴鹏豹;生物炭对土壤质量及王草产量、品质的影响[D];海南大学;2012年
4 张明月;生物炭对土壤性质及作物生长的影响研究[D];山东农业大学;2012年
5 吕伟波;生物炭对土壤微生物生态特征的影响[D];浙江大学;2012年
6 高海英;一种生物炭基氮肥的特征及其对土壤作物的效应研究[D];西北农林科技大学;2012年
7 张千丰;作物残体生物炭基本特征及对白浆土、黑土改良效果的研究[D];中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所);2013年
8 唐华;生物炭对沼液养分淋溶的影响研究[D];西南大学;2012年
9 邓霞;湿地植物生物炭的制备及其对土壤氮素生物有效性的影响[D];中国海洋大学;2012年
10 游东海;秸秆直接还田效果及秸秆热解制成生物炭还田模拟研究[D];西北农林科技大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘霞;生物炭能否给地球降降温?[N];科技日报;2009年
2 罗冰;生物炭渐火 农林废弃物就地一“焖”变成宝[N];粮油市场报;2011年
3 记者 耿建扩 通讯员 常云亮 王小胜;农民王有权将秸秆变成“香饽饽”提取生物炭和焦油新技术获国家专利[N];光明日报;2009年
4 鄢祖海 金涛;武汉大学城治污达标[N];中国环境报;2006年
5 记者 罗冰;农林废弃物就地一“焖”变成宝[N];科技日报;2011年
6 李文涛;小镇里走出的“中国名牌”[N];中国经营报;2005年
7 特约记者 邓国军 通讯员 刘成汉;湖北建成新型污水处理厂[N];中国化工报;2005年
8 驻江苏记者 杜小卫;洁净型煤与秸秆炭化生产基地将在全国建设[N];中国建材报;2008年
9 记者 熊艺 通讯员 宋朝阳 徐立安;我省建成首家秸秆气化站[N];长江日报;2005年
10 记者郑春波;湖北首家新型污水处理厂在汉建成调试[N];中国建设报;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978