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不同热解温度茶渣生物质炭对土壤氮素固持转化的影响研究

林婉嫔  
【摘要】:生物质炭作为一种在完全或部分缺氧的情况下经高温热解炭化产生的炭,对土壤的改良具有重要作用,受到了国内外广泛关注。由于生物质原材料和热解条件的差异,生物质炭基本理化性质不同,其施入土壤后,对土壤环境的影响也不同。近年来,不同原材料和热解条件下制备的生物质炭对环境的影响主要集中于作物秸秆炭化后施用于农田的研究,而对于茶渣生物质炭施入茶园土壤的研究较少涉及。因此,本文以茶渣为生物质原材料,分别在300℃、400℃、500℃、600℃条件下热解炭化成茶渣生物质炭,运用生物质材料现代分析技术研究其基本理化性质,如扫描电镜、红外光谱等。在此基础上,通过室内培养试验,研究茶渣生物质炭输入土壤后,对土壤氮素的吸附解吸特性、土壤氮素的转化以及土壤氮素淋失的影响。主要结论如下:(1)茶渣生物质炭的灰分、pH值、C含量随热解温度升高而升高,产率、H、N、O含量、CEC含量、比表面积和孔隙容积等则不断降低。(2)茶渣生物质炭输入土壤后能够增强土壤对NH_4~+-N的吸附能力,添加2.8%BC400的混合茶园土壤对NH_4~+-N的吸附量最大。生物质炭的CEC含量是影响土壤吸附NH_4~+-N能力的主要因素,而比表面积、微孔结构等影响较弱。茶渣生物质炭输入土壤后,能够有效降低土壤对NH_4~+-N的解吸。4种温度下制备的茶渣生物质炭均不具备吸附溶液中NO_3~--N的能力,其输入土壤后,降低了土壤对NO_3~--N的吸附。(3)茶渣生物质炭输入土壤后,在一定时间范围内能够提高土壤的pH值和全氮含量,并随生物质炭添加量的增加而增加。不同热解温度制备的生物质炭间,随着热解温度的升高,土壤全氮含量表现为降低的趋势,其中BC300作用下,土壤全氮含量最高。生物质炭施入土壤后,培养前期(D1-D40,培养天数)土壤对NH_4~+-N的吸附能力增强,土壤NH_4~+-N含量上升,后逐渐降低。不同热解温度生物质炭处理间,培养前期,低温生物质炭处理土壤NH_4~+-N含量增幅低于高温,而后期高温处理降幅高于低温处理。培养初期(D1-D3)所有生物质炭处理土壤NO_3~--N的含量皆高于对照处理,培养后期所有生物质炭处理的土壤NO_3~--N含量均低于对照处理,土壤硝化速率均低于C K,生物质炭对土壤硝化反应有抑制作用。不同热解温度生物质炭处理间,热解温度越高,生物质炭对硝化反应的抑制作用更强。添加生物质炭,土壤氮转化速率在无机氮释放高峰后出现明显降低,且均低于CK处理,能够在一定程度上抑制土壤氮矿化作用。(4)茶渣生物质炭输入土壤后能够增强土壤的持水能力,减少土壤淋溶液体积,同时淋溶液体积随生物质炭添加量的增加而减少。不同热解温度生物质炭处理间,随着热解温度的升高,生物质炭孔隙结构越丰富,对水分的吸持能力越强。茶渣生物质炭施入土壤后,能够有效减少土壤NH_4~+-N、NO_3~--N的淋失。综上,不同热解温度下制备的茶渣生物质炭理化性质、结构表征等存在较大差异,对土壤氮的固持效果不同。4种热解温度制备的茶渣生物质炭相比,400℃下制备的茶渣生物质炭对土壤NH_4~+-N的吸附效果最优,还能抑制土壤硝化作用,增强土壤持水能力,减少土壤无机氮的淋失。因此,400℃茶渣生物质炭可用作茶园土壤调理剂,最佳用量为2.80%,施入土壤后能够有效减少氮素淋失,提升氮素利用效率。


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