生物炭基产品及其对土壤培肥改良效应的研究进展 被引量：4

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作者 兰宇 孟军 +1 位作者 韩晓日 陈温福 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1396-1412,共17页

生物炭疏松多孔,具有很强的吸附和抗分解能力,其在农业中的应用不仅实现了秸秆资源的有效利用,还对改良土壤、减少化肥使用、增强土壤固碳能力和降低温室气体排放具有重要意义。然而,生物炭直接用作肥料时,由于其养分含量相对较低,运输... 生物炭疏松多孔,具有很强的吸附和抗分解能力,其在农业中的应用不仅实现了秸秆资源的有效利用,还对改良土壤、减少化肥使用、增强土壤固碳能力和降低温室气体排放具有重要意义。然而,生物炭直接用作肥料时,由于其养分含量相对较低,运输和储存成本较高,加之易引起粉尘污染等问题,限制了其在农业中的广泛应用。近年来,将生物炭作为载体或特定功能组分,开发新型土壤培肥改良产品及配套技术,成为推动可持续农业发展的重要方向。通过养分合理组配和控制释放,生物炭基产品不仅能改善土壤结构、提高养分利用率,还能缓解土壤障碍、改善作物生长条件,已成为当前本领域研究热点。本文综述了生物炭基产品的类型、制备工艺、性能评价和在土壤改良与培肥中的应用,指出其对提升土壤质量、促进作物增产和环境保护具有显著效果,未来需加强新材料和技术研发,完善检测标准,加快示范推广,并关注其长期应用的生态环境效应。 展开更多

关键词 炭基肥 炭基调理剂 制备工艺 评价体系 长期环境效应

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生物炭和丛枝菌根真菌协同促进稻田土壤有机磷向无机磷的转化和水稻磷素吸收

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作者 文中华 陈义轩 +3 位作者 史永佳 朱晓琳 刘赛男 孟军 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1064-1074,共11页

【目的】明确生物炭和丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)及其协同作用对土壤磷素赋存形态和水稻磷吸收的影响,为提高稻田土壤磷素有效性提供科学依据。【方法】水稻(Oryza sativa L.)盆栽试验在温室内进行,以正常施肥管... 【目的】明确生物炭和丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)及其协同作用对土壤磷素赋存形态和水稻磷吸收的影响,为提高稻田土壤磷素有效性提供科学依据。【方法】水稻(Oryza sativa L.)盆栽试验在温室内进行,以正常施肥管理为对照(CK),在此基础上设置接种AMF处理(A)、施用生物炭处理(10 g/kg土,B)、同时接种AMF和施用生物炭处理(10 g/kg土,AB)。水稻收获时采样测定土壤pH、电导率(EC)、微生物生物量、磷酸酶活性以及不同形态磷的含量,分析了水稻根系菌根浸染率。【结果】与CK处理相比,生物炭、接种AMF及其联合添加处理(AB)土壤pH值分别显著增加了0.16、0.17和0.23个单位;生物炭处理土壤EC增加了7.4%,而接种AMF处理降低了6.4%;AB处理土壤微生物量碳和磷含量分别增加了39.1%和139.7%。稻田土壤中最主要的磷素赋存形态为稳态磷(HCl-Pi和Res-P),占全磷的75%~77%,其次是中度活性磷(NaOH-Pi和NaOH-Po),占全磷的16%~18%,而活性磷(H2O-P、NaHCO3-Po和NaHCO3-Pi)含量仅占全磷的7%~8%。生物炭、接种AMF及二者联合添加处理(AB)显著增加了土壤活性磷和中度活性磷中无机态磷组分(H2O-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi)的含量,降低了有机态磷组分(NaHCO3-Po、NaOH-Po)含量,且AB处理对活性和中度活性无机磷组分的提升幅度显著高于接种AMF处理。与CK相比,生物炭、接种AMF及AB处理均显著增加了土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性(P<0.05),AB处理的增幅最高,分别为25.1%和25.5%,且显著高于单独接种AMF处理。AB处理显著增加了水稻根系菌丝和丛枝侵染率,较接种AMF处理分别增加了7.04(P<0.001)和2.37(P<0.05)个百分点。生物炭和接种AMF处理对水稻地上部和地下部磷吸收量均无显著影响,而AB处理显著增加了地下部磷吸收量,相较于CK增加了200.0%。【结论】生物炭和AMF联用提高了土壤pH、酸性和碱性磷酸酶活性,促进了活性和中度活性磷中有机态磷向无机态磷的转化,进而优化了土壤磷素的赋存形态,提高了磷素有效性。生物炭与AMF联用显著增加了水稻根系的菌丝和丛枝侵染率,促进了水稻的磷素吸收。因此,生物炭与AMF联用可更有效地改善土壤磷素有效性,提高水稻对磷的吸收利用。 展开更多

关键词 生物炭 丛枝菌根真菌 土壤pH Hedley磷组分 菌根侵染率 磷吸收量

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减氮施炭对温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态损失的影响 被引量：3

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作者 陈涛涛 刘晓晗 +2 位作者 孟凡超 张妮子 迟道才 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期9-20,共12页

为降低温室蔬菜过量施氮的不利影响,明确减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,以不覆膜不施炭(CK)为对照,设置覆膜(M)、覆膜施炭(MB)、覆膜施炭减氮(MBN_(80%))共4个处理,对覆膜条件下减氮施炭处理对黄瓜产量、... 为降低温室蔬菜过量施氮的不利影响,明确减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,以不覆膜不施炭(CK)为对照,设置覆膜(M)、覆膜施炭(MB)、覆膜施炭减氮(MBN_(80%))共4个处理,对覆膜条件下减氮施炭处理对黄瓜产量、耗水量、土壤养分动态、土壤呼吸、N_(2)O排放和氨挥发的影响进行探讨。结果表明:与CK相比,M可降低温室膜下滴灌黄瓜全生育期耗水量20.95%,提高水分利用效率41.03%,降低0~20 cm表层土铵态氮48.12%,降低全生育期氨挥发32.35%、N_(2)O排放量14.34%和CO_(2)排放量12.68%(<0.05)。施炭后,与CK相比,MB可降低耗水量28.37%,提高水分利用效率55.60%,降低表层土铵态氮30.0%,提升硝态氮12.37%,有机质56.28%,降低氨挥发36.68%、N_(2)O排放18.64%,但却显著增大了CO_(2)排放4.66%(p<0.05)。同M对比,MB可在M基础上,进一步提升表层土有机质和铵态氮含量,降低氨挥发,但促进了CO_(2)排放。覆膜施炭减氮20%后,与CK相比,MBN_(80%)可增产25.47%,降低耗水量32.43%,提升水分生产率72.67%,降低表层土铵态氮56.33%,增加有机质51.72%,降低氨挥发40.48%、N_(2)O排放20.79%(p<0.05)。CK全生育期全球增温潜势(global warming potential,GWP)和活性氮排放分别为13.57 t·CO_(2)-eq·hm^(-2)和6.54 kg·hm^(-2),M可显著降低GWP(14.15%)和活性氮排放(27.37%);在M基础上施炭,将进一步降低活性氮排放,但导致GWP显著增大;而在MB基础上减氮20%,可同时显著降低GWP和活性氮排放(p<0.05)。与CK相比,MBN80%在通过施炭20 t·hm^(-2),减氮20%条件下,实现增产25.47%,降低耗水量32.43%,增加有机质51.72%,增加收入17.52%,降低活性氮排放35.32%和GWP 2.28%,也可在MB的基础上,进一步实现增产,降低氨挥发,并破解M和MB处理CO_(2)排放增大的问题(p<0.05)。研究揭示了减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,为实现温室蔬菜节水增产固碳减排提供理论依据和技术支撑。 展开更多

关键词 温室 生物炭 氨挥发 氧化亚氮 土壤呼吸 膜下滴灌

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不同改性生物炭对稻田氮素损失及产量的影响 被引量：1

4

作者 衣本骥 刘畅 +4 位作者 韩宏伟 张丰 陈涛涛 孟军 迟道才 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期5122-5133,共12页

为进一步挖掘稻田生态系统生物炭增效、节肥和减排潜力,以无生物炭为对照(CK),设置玉米秸秆生物炭(B)、酸化生物炭(B_(pH))、氮负载生物炭(B_(NH_(4)))、铁改性生物炭(B_(Fe))和钙改性生物炭(B_(Ca))6个处理,通过2a试验,对生物炭阳离子... 为进一步挖掘稻田生态系统生物炭增效、节肥和减排潜力,以无生物炭为对照(CK),设置玉米秸秆生物炭(B)、酸化生物炭(B_(pH))、氮负载生物炭(B_(NH_(4)))、铁改性生物炭(B_(Fe))和钙改性生物炭(B_(Ca))6个处理,通过2a试验,对生物炭阳离子交换量(CEC)、含氧官能团以及其处理下水稻产量、氮素提取、氨挥发、氮素淋失和土壤氮残余等进行了研究.结果表明:与B相比,B_(pH)、B_(NH_(4))和B_(Fe)分别显著提升生物炭CEC(53.9%、29.6%和28.2%),且4种改性处理均可显著提升生物炭-COOH、-OH、C=O、O-H等含氧官能团浓度,增强生物炭吸氮能力.全生育期累积氨挥发在9.1~19.9kg/hm^(2)(2021)和8.5~13.7kg/hm^(2)(2022)之间,除B_(NH_(4))降氨效果明显(44.6%)外,其他处理第1年对氨挥发无显著影响;而B_(Ca)、B_(NH_(4))和B_(Fe)在第2a均显著降低氨挥发,较CK分别降低33.5%、37.5%和37.8%.4种改性生物炭连续2a,较CK降低氮素淋失19.0%和35.2%(B_(pH))、15.0%和21.0%(B_(Ca))、11.3%和28.7%(B_(NH_(4)))、12.6%和29.0%(B_(Fe)).B在第1年对产量无显著影响,但老化1年后增产显著(8.8%);B_(pH)和B_(NH_(4))连续2a分别增产19.7%和12.2%(2021年),11.5%和5.8%(2022年).B_(pH)、B_(Ca)和B_(NH_(4))在2a均显著降低了活性氮排放,降幅为23.4%、21.8%和42.3%(2021年)和23.5%、30.5%和35.5%(2022年).不同生物炭处理第1a土壤矿化氮残余无显著差异;但B_(Ca)、B_(NH_(4))和B_(Fe)第2a增效显著.同时考虑增产、活性氮减排和矿化氮可持续性,B_(NH_(4))综合效果最佳,同CK相比,2021和2022年分别可降低氨挥发42.3%和35.5%,铵态氮淋失10.6%和29.0%,硝态氮淋失14.7%和23.4%,氮素积累提高13.4%和4.3%以及矿化氮残余提高15.0%和17.9%,最终增产19.7%和5.7%. 展开更多

关键词 不同改性生物炭 田面水 氨挥发 淋溶 水稻产量 氮素去向

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长期施用生物炭对棕壤养分及腐殖质组分的影响 被引量：2

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作者 王庆阳 曹殿云 +5 位作者 王迪 詹增意 贺婉莹 孙强 陈温福 兰宇 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第13期2612-2622,共11页

【目的】研究长期施用生物炭对棕壤养分含量及腐殖质组分含量的影响,为评价生物炭在提高土壤肥力水平和调控土壤腐殖质组成及稳定性方面的长效作用提供科学依据。【方法】以生物炭田间定位试验为基础,采用随机区组设计,设置4个施炭量处... 【目的】研究长期施用生物炭对棕壤养分含量及腐殖质组分含量的影响,为评价生物炭在提高土壤肥力水平和调控土壤腐殖质组成及稳定性方面的长效作用提供科学依据。【方法】以生物炭田间定位试验为基础,采用随机区组设计,设置4个施炭量处理:0(CK)、15.75 t·hm^(-2)(BC1)、31.50 t·hm^(-2)(BC2)和47.25 t·hm^(-2)(BC3),分别测定生物炭施用4年和8年后土壤有机碳(SOC)、氮磷钾速效养分、氮磷钾全量养分以及土壤富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)含量。【结果】施用生物炭可提高SOC含量,BC1、BC2、BC3处理SOC含量较CK处理提高了37.35%—72.97%。施用生物炭显著提高了土壤速效钾(AK)含量,与CK处理相比,BC1、BC2和BC3处理土壤AK含量较CK处理分别提高了11.67—14.00、19.33—22.33和12.33—35.33 mg·kg-1。施用生物炭对土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)、全磷(TP)、速效磷(AP)和全钾(TK)含量影响不大(除个别处理)。施用生物炭显著提高了土壤HA、可溶性腐殖质(HE)和HM含量。与CK处理相比,BC1、BC2和BC3处理土壤HA含量分别提高了39.68%—40.91%、30.91%—50.79%和34.55%—57.14%。BC1、BC2和BC3处理土壤HE含量较CK处理分别提高18.02%—29.74%、16.81%—30.48%和15.92%—24.91%。与CK处理相比,BC1、BC2和BC3处理土壤HM含量分别提高了48.39%—58.94%、13.57%—89.23%和82.36%—105.82%。施用生物炭4年后对土壤FA含量无显著影响,但施用生物炭8年后显著提高了土壤FA含量,BC1、BC2和BC3处理较CK处理分别提高了22.01%、30.19%和18.24%。在2016年,各施炭处理提高了土壤HA/HE和HA/FA,但降低了HE/HM,但在2020年,仅BC1处理显著提高了土壤HA/FA,BC3处理显著降低了HE/HM。通过冗余和相关分析表明,SOC、TK、AK、TP和AP与腐殖质组分含量存在显著的正相关关系;SOC和TK与土壤腐殖质的稳定性呈显著正相关关系,但土壤SOC、AK、TP和AP与土壤腐殖质的活性呈显著负相关关系。【结论】长期施用生物炭可改善土壤养分状况,主要表现在提高SOC和AK含量;长期施用生物炭可提高土壤腐殖质组分的含量,主要表现在提高土壤HA和HM含量,但对土壤腐殖质稳定性的影响会随时间推移被减弱;土壤养分含量与土壤腐殖质组分含量及稳定性存在显著正相关关系。 展开更多

关键词 生物炭 棕壤 富里酸 胡敏酸 胡敏素 土壤养分

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施用生物炭对东北大豆草甸土理化性质及腐殖质组分的影响

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作者 詹增意 郝丽伟 +5 位作者 岳岐 刘帅 曹殿云 陈温福 兰宇 钱创建 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第17期7797-7806,共10页

为评价生物炭添加对土壤理化性质、腐殖质及其腐殖化程度的改良效果,以生物炭田间定位试验为基础,设置4个处理:空白对照(CK)、常规施肥(NPK)、单施生物炭(B1)和化肥配施生物炭(NPK+B1),通过连续2年的田间试验,研究了生物炭添加对土壤理... 为评价生物炭添加对土壤理化性质、腐殖质及其腐殖化程度的改良效果,以生物炭田间定位试验为基础,设置4个处理:空白对照(CK)、常规施肥(NPK)、单施生物炭(B1)和化肥配施生物炭(NPK+B1),通过连续2年的田间试验,研究了生物炭添加对土壤理化性质和土壤胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)以及大豆产量的影响。结果表明:施用生物炭可短期内有效提高土壤养分,增加土壤中腐殖物质含量,提高稳定性,并改善土壤质地,提高大豆产量。其中与CK相比,B1和NPK+B1处理的土壤理化性质提升效果较为明显,电导率(EC)提高3.50%—98.99%、有机碳(OC)含量提高18.01%—23.18%、碱解氮(AN)含量提高23.48%—37.15%、全氮(TN)含量提高14.93%—25.37%、有效磷(AP)含量提高8.33%—110.16%、全磷(TP)含量提高10.00%—45.00%、速效钾(AK)含量提高6.61%—20.76%、全钾(TK)含量提高13.24%—30.74%、大豆产量提高了54.34%—90.36%。与NPK处理相比,NPK+B1处理土壤HA、FA和HM含量分别提高了38.62%、26.76%和16.45%。且通过相关性分析和主成分分析表明,土壤pH、EC、AK、TK、TP、AN、TN、OC和大豆产量与腐殖质存在显著的正相关关系。因此,化肥配施生物炭处理可有效改善土壤理化特性,提高土壤腐殖质组分含量,为克服大豆连作障碍,提高大豆生产能力提供理论和技术支撑。 展开更多

关键词 生物炭 草甸土 理化性质 腐殖质

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壳聚糖-生物炭对典型抗生素在单一和复合溶液中的吸附行为与机理

7

作者 苏旭 王宣茗 +6 位作者 王思宇 葛紫怡 文中华 王江南 袁鹤翀 杨雯 孟军 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2080-2092,共13页

本研究选择壳聚糖作为改性剂对水稻秸秆生物炭进行改性,通过批量吸附试验探究了原始生物炭(BC)和壳聚糖-生物炭复合材料(CHBC)对溶液中单一或复合存在的典型抗生素四环素(TC)或磺胺甲噁唑(SMX)的吸附性能,并结合多种表征技术探究其对抗... 本研究选择壳聚糖作为改性剂对水稻秸秆生物炭进行改性,通过批量吸附试验探究了原始生物炭(BC)和壳聚糖-生物炭复合材料(CHBC)对溶液中单一或复合存在的典型抗生素四环素(TC)或磺胺甲噁唑(SMX)的吸附性能,并结合多种表征技术探究其对抗生素的吸附机理。结果表明:壳聚糖增加了生物炭表面氨基(-NH_(2))、羟基(-OH)和羧基(-COOH)等活性官能团,显著提升了生物炭对抗生素的吸附能力,其中CH_(1)BC(即壳聚糖与生物炭初始质量比为1∶1)展现出最佳的吸附性能,它对TC和SMX的最大吸附量较BC提升了2.63倍和3.74倍。随着溶液pH的增加,生物炭对抗生素的吸附量逐渐下降,这是由于随pH增加,生物炭和抗生素表面负电荷增多,使它们之间的静电排斥作用增大所导致的。此外,随着溶液温度的升高,生物炭对抗生素的吸附量也增加,热力学分析表明CH_(1)BC吸附抗生素的过程是自发吸热易发生的。生物炭对抗生素复合溶液的吸附试验结果表明,BC和CH_(1)BC对复合溶液中TC与SMX的吸附量较单一溶液中有所下降,其中,TC的吸附量下降较少,而SMX的吸附量下降尤为显著,说明TC与SMX在生物炭上的吸附存在竞争关系,且TC的吸附优先级更高,这主要是TC与SMX自身的分子结构、pKa和溶解性不同造成的。通过对吸附后的生物炭再次表征证明了氢键作用和π-π作用是壳聚糖生物炭吸附抗生素的主要机理。 展开更多

关键词 生物炭改性 抗生素吸附 多元溶液 废水治理

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生物炭对棕壤团聚体空间分布及有机碳的影响 被引量：11

8

作者 孙强 杨旭 +2 位作者 孟军 兰宇 韩晓日 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2515-2524,共10页

为研究一次性施入玉米秸秆生物炭对棕壤团聚体的空间分布和有机碳含量的影响,于2013年在辽宁沈阳棕壤区建立长期定位试验,试验共设置4个处理,分别为C0(不施炭),C1(一次性施入玉米秸秆生物炭15.75 t·hm^(-2)),C2(一次性施入玉米秸... 为研究一次性施入玉米秸秆生物炭对棕壤团聚体的空间分布和有机碳含量的影响,于2013年在辽宁沈阳棕壤区建立长期定位试验,试验共设置4个处理,分别为C0(不施炭),C1(一次性施入玉米秸秆生物炭15.75 t·hm^(-2)),C2(一次性施入玉米秸秆生物炭31.50 t·hm^(-2)),C3(一次性施入玉米秸秆生物炭47.25 t·hm^(-2)),分析土壤团聚体的空间分布及有机碳含量变化情况。结果表明:与C0相比,生物炭显著提高了耕层(0~20 cm)土壤有机碳含量,随着生物炭施用量的增加,C1、C2和C3处理耕层有机碳含量分别提高了6.81%、11.06%和41.62%。耕层土壤团聚体稳定性随着生物炭施用量的增加,呈现出先增加后降低的趋势,但C3处理仍然显著高于C0处理。20~40 cm土层的土壤有机碳含量随生物炭施用的增加而显著提高,与C0相比较,C1、C2和C3处理分别提高了92.36%、111.63%和123.25%,该土层微团聚体含量随着生物炭施用量的增加而显著降低,C3处理的粉黏粒含量也显著降低,大团聚体含量随着生物炭施用量的增加而显著提高。C3处理平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均显著高于其他处理。40~60 cm土层中仅C3处理显著提高了土壤有机碳含量,与C0相比较,其提高幅度为4.67%,C3处理也相应地提高了大团聚体含量和GMD。研究表明,一次性施用生物炭不仅提高了耕层土壤有机碳含量、大团聚体含量和团聚体稳定性,也会相应地提高耕层以下土层有机碳含量和团聚体稳定性。对土壤耕层而言,生物炭作为土壤改良剂有其最适宜施用量,在本研究中,最适宜的施用量为31.50 t·hm^(-2)(C2处理)。生物炭对耕层以下土壤有机碳含量和团聚体稳定性的提高受生物炭施用量的影响,生物炭施用量越高,其对耕层以下土层的影响越大。 展开更多

关键词 生物炭施用量 土壤团聚体 团聚体稳定性 土壤有机碳

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生物炭基肥离散元模型参数标定与试验 被引量：3

9

作者 任德志 张露籍 +2 位作者 宫元娟 孟军 赫天一 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期447-455,共9页

生物炭基肥料是近年来新兴的一种农业投入品,然而生物炭基肥料还田施用的机械化程度尚属较低水平。为促进生物炭基肥料机械化还田的理论和实践发展,寻求最优生物炭基肥离散元模型接触参数组合,指导生物炭及炭基肥料还田机械的设计和试制... 生物炭基肥料是近年来新兴的一种农业投入品,然而生物炭基肥料还田施用的机械化程度尚属较低水平。为促进生物炭基肥料机械化还田的理论和实践发展,寻求最优生物炭基肥离散元模型接触参数组合,指导生物炭及炭基肥料还田机械的设计和试制,提出了一种真实试验与仿真试验结合的方法,对生物炭基肥颗粒数学模型开展研究,验证数值方法的适用性和准确性。以生物炭颗粒堆积角的实际测量值为目标值,通过物料特性研究了创建法向力、切向力和附着力接触模型,利用离散元仿真软件ESSS Rocky DEM对生物炭基肥颗粒离散元参数进行标定,设计Placket-Burman试验获取对堆积角有显著影响的参数,通过最陡爬坡试验得到显著因素参数区间,最后通过Box-Behnken试验优化参数组合。结果表明:生物炭基肥料颗粒粒径占比2mm为35%,3 mm颗粒占比为42%,4 mm颗粒占比为23%,颗粒平均含水率为5%,测得炭颗粒堆积角实际值为23.65°;对炭基肥颗粒接触参数有显著影响的因素为炭—炭滚动摩擦系数、炭颗粒表面能JKR以及炭—钢滚动摩擦系数,最优化参数组合为炭—炭滚动摩擦系数0.36、炭颗粒表面能0.30、炭-钢滚动摩擦系数0.20,仿真堆积角试验值与真实试验值的平均相对误差仅为0.72%,验证了仿真参数及试验的可行性和适用性。研究结果为生物炭基肥料离散元模型参数选取提供了新的参考。 展开更多

关键词 生物炭基肥 Rocky 离散元模型 参数标定

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生物炭处理下干湿交替灌溉稻田活性氮气体排放特性 被引量：1

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作者 祝宏远 陈涛涛 +3 位作者 张琬婷 于建明 迟道才 孟军 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期76-85,共10页

干湿交替灌溉具有节水稳产等优势,但也存在促进NH_(3)挥发和增加N_(2)O排放的风险。而生物炭具有改善土壤、蓄水保肥、降低温室气体排放等诸多正效应。为探究干湿交替灌溉条件下稻田活性氮气体排放(主要为NH_(3)和N_(2)O)对添加生物炭... 干湿交替灌溉具有节水稳产等优势,但也存在促进NH_(3)挥发和增加N_(2)O排放的风险。而生物炭具有改善土壤、蓄水保肥、降低温室气体排放等诸多正效应。为探究干湿交替灌溉条件下稻田活性氮气体排放(主要为NH_(3)和N_(2)O)对添加生物炭的响应机制,设置不同灌溉模式(淹灌和干湿交替灌溉)和生物炭用量(0和20 t/hm^(2))2个因素4个处理,通过2020和2021年大田原位试验,对稻田土壤环境、NH3挥发、N_(2)O排放、植物氮素吸收和产量等进行了研究。结果表明,2 a间,干湿交替灌溉对水稻产量均未产生显著影响(P>0.05),但却显著增加了NH3挥发(仅2020年)和N_(2)O排放(P<0.05),增幅分别达到8.9%和105.0%~115.0%;而添加生物炭显著降低了NH_(3)挥发(8.7%~20.5%)和N_(2)O排放(21.6%~24.2%)(P<0.05),减少9.0%~20.6%的活性氮气体排放(P<0.05)。较之无炭常规淹灌对照处理,干湿交替灌溉结合生物炭处理,可在实现增产0.2%~12.5%的同时,降低活性氮气体排放6.1%~11.7%。干湿交替灌溉促进N_(2)O排放的主要原因是频繁灌水-落干条件下稻田土壤NO_(3)^(−)-N浓度和氧化还原电位均得到了显著提升;而生物炭增产降氨的主要原因是无机氮固持量得到了显著提升,进而降低了NH3挥发损失,增加了水稻氮素吸收,最终实现增产。研究揭示了生物炭在干湿交替稻田的应用潜力,为实现稻田节水增产,增汇减排及降低活性氮排放带来的环境代价提供理论依据。 展开更多

关键词 水稻 生物炭 NH3挥发 N2O排放 活性氮排放 干湿交替灌溉

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壳聚糖、铁锰改性稻壳生物炭的表征及其Cd^(2+)吸附性能研究 被引量：7

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作者 王江南 孙晓雪 +4 位作者 杨玲辉 姜楠 张淼 刘遵奇 赫天一 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1964-1973,共10页

为改善稻壳炭对Cd^(2+)的吸附能力,分别选用壳聚糖、硝酸铁与高锰酸钾对稻壳生物炭进行改性,成功制备了壳聚糖改性稻壳炭(C-BC)和铁锰改性稻壳炭(FM-BC),表征了各稻壳炭的基础理化性质,包括比表面积分析(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)... 为改善稻壳炭对Cd^(2+)的吸附能力,分别选用壳聚糖、硝酸铁与高锰酸钾对稻壳生物炭进行改性,成功制备了壳聚糖改性稻壳炭(C-BC)和铁锰改性稻壳炭(FM-BC),表征了各稻壳炭的基础理化性质,包括比表面积分析(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射表征(XRD),进行了动力学吸附实验和等温吸附实验,并在不同pH和投加量条件下,研究了改性生物炭对Cd^(2+)的吸附量和去除率。结果表明:两种改性方式均减小了稻壳炭的比表面积和总孔隙体积;FM-BC含有Mn-O、Fe-O的特征官能团,此外改性前后稻壳炭的官能团类型基本不变;两种改性方式均使稻壳炭产生了对应的晶体结构变化。两种改性炭对Cd^(2+)动力学吸附特征均符合准二级动力学模型,颗粒内扩散模型均分为3个阶段,对Cd^(2+)等温吸附特征均符合Langmuir模型;C-BC和FM-BC的最大吸附量分别为25.51 mg·g^(-1)和16.25 mg·g^(-1),是BC(14.97 mg·g^(-1))的1.7倍和1.08倍。随着溶液pH增加,C-BC和FMBC的吸附量和去除率逐渐增加,且始终高于BC;随着投加量的增加,C-BC和FM-BC的Cd^(2+)去除率逐渐增加,而吸附量逐渐降低。两种改性方式均能够在一定程度上提高稻壳炭对Cd^(2+)的吸附能力,均以单分子层化学吸附占主导,C-BC的最大吸附量明显高于FM-BC,适度调整溶液pH和投加量可改善改性稻壳炭的Cd^(2+)吸附效果。 展开更多

关键词 生物炭 改性 壳聚糖 铁锰 吸附 Cd^(2+)

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生物炭对植物土传病害的影响与作用机制研究进展 被引量：5

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作者 王思宇 刘赛男 +3 位作者 黄玉威 兰宇 鄂洋 孟军 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期611-619,共9页

生物炭是生物质在缺氧环境下热解而得到的富碳固体材料,具有发达的孔隙结构、较强的吸附能力及丰富的官能团,其作为一种绿色、可再生的新型功能材料,在土壤改良、污染修复和碳封存等方面具有巨大潜力。近年来,有关生物炭应用于农田土壤... 生物炭是生物质在缺氧环境下热解而得到的富碳固体材料,具有发达的孔隙结构、较强的吸附能力及丰富的官能团,其作为一种绿色、可再生的新型功能材料,在土壤改良、污染修复和碳封存等方面具有巨大潜力。近年来,有关生物炭应用于农田土壤改良的研究中发现,植物土传病害的发生情况受生物炭影响显著,生物炭对植物土传病害的影响研究逐渐成为农用生物炭研究的热点方向。由土壤病原真菌和细菌引起的土传病害经常给农作物生产造成无可挽回的损失,以往的化学防治方法又常常给生态环境带来沉重负担,且随着病原微生物的不断演化,常规化学药剂防治效果越来越难以令人满意。植物土传病害严重威胁土壤-植物系统健康和农业可持续发展,过量使用化学药品防控病害存在污染风险,也是病原体产生耐药性的主要原因。本研究从生物炭影响病原微生物的数量和生长代谢、诱导增强植物全系统防御能力以及改善土壤环境等方面,探讨了生物炭抑制土传病害病原微生物的机理。生物炭能够增强植物养分吸收,提高寄主系统抗性,改变土壤微生物群落和功能,减少对抗性和植物毒性化合物,建立健康的植物根际-土壤防御系统,进而减少病原体种群,降低土传病害发病率。生物炭与土壤、植物和病原微生物之间相互作用,很难确定一个单独的因子来解释生物炭对土传病害的影响,还需要更多的实验数据支撑。上述生物炭抗病机制间是否相互独立或者存在协同效应,亟待进一步研究。 展开更多

关键词 生物炭 病原微生物 植物土传病害 植物系统防御

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炭基复混药肥(噻虫嗪)中噻虫嗪含量的测定

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作者 张一 付时丰 +2 位作者 黄玉威 杨沫 崔鑫 《河南化工》 CAS 2024年第7期53-55,共3页

采用超高效液相色谱法,以乙腈-0.1%磷酸水溶液(体积比30∶70)为流动相,使用C18色谱柱,在检测波长为254 nm的条件下对炭基复混药肥(噻虫嗪)中的噻虫嗪进行超高效液相色谱定量分析。结果表明,噻虫嗪的线性相关系数为0.9997。在0.5、1.0、... 采用超高效液相色谱法,以乙腈-0.1%磷酸水溶液(体积比30∶70)为流动相,使用C18色谱柱,在检测波长为254 nm的条件下对炭基复混药肥(噻虫嗪)中的噻虫嗪进行超高效液相色谱定量分析。结果表明,噻虫嗪的线性相关系数为0.9997。在0.5、1.0、1.5、2.0 mg的添加水平下,平均回收率为98.4%~99.5%,变异系数为0.116%~0.474%。该方法操作快速、简单、准确,可用于炭基有机无机复混药肥(噻虫嗪)中噻虫嗪有效成分的测定。 展开更多

关键词 炭基复混药肥 噻虫嗪 超高效液相色谱仪

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碳质材料载体对微生物的固定化作用及其在环境污染控制中的应用 被引量：3

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作者 韩杰 蔡元奇 +3 位作者 李欣 翟旻 黄明华 孟军 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期121-128,共8页

微生物的生物吸附和生物降解作用因具有高效低毒、特异性强、环境友好、价格低廉、易于工业化生产等特点而成为治理环境污染物的重要发展方向。然而,在实际生产中直接应用游离微生物常常受限于环境因素导致的微生物活性下降以及由此造... 微生物的生物吸附和生物降解作用因具有高效低毒、特异性强、环境友好、价格低廉、易于工业化生产等特点而成为治理环境污染物的重要发展方向。然而,在实际生产中直接应用游离微生物常常受限于环境因素导致的微生物活性下降以及由此造成的生物修复效率降低的难题。微生物固定化技术通过吸附、包埋和交联等方式将微生物限定在适宜的载体空间内,可以有效提高微生物的环境抵抗力和代谢活性。载体作为影响固定化微生物活性和生物量,进而制约微生物固定化技术成功实施的关键因素,加强碳质材料包括生物炭、活性炭、碳纳米管和石墨烯及其衍生物等的微生物固定化载体的开发成为具有广阔前景的研究方向。相比于其他载体材料,碳质材料载体具有高稳定性、不溶性、高机械强度、良好的孔隙度、较大的比表面积和可以修饰调节的表面功能,有利于微生物在材料表面附着和生长以及在其内部繁殖和发育,为承载微生物奠定了良好的基础,已被广泛应用于环境保护、生物制药、农业生产、食品工程等领域的环境污染物去除和以促进生产为目的的实践应用中。综述了生物炭、活性炭、碳纳米管和石墨烯及其衍生物作为固定化微生物载体的实践中的应用效果,分析了碳质材料在固定化微生物中的优点与不足,指出了碳质材料作为固定化微生物载体应用的未来潜在的研究方向,以期为在微生物固定化技术中全面了解和使用碳质材料提供参考。 展开更多

关键词 微生物固定化体 生物炭 碳质材料 载体

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生物炭对棕壤团聚体稳定性及磷组分分布的影响

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作者 曹玉凤 佟师师 +4 位作者 岳岐 郝丽伟 曹殿云 兰宇 陈温福 《中国生态农业学报(中英文)》 2025年第3期520-530,共11页

土壤团聚体是调节土壤中磷储存和周转的重要因素。为评价生物炭介导土壤团聚体对土壤磷素形态、转化及分布的调控作用,本研究基于生物炭长期田间定位试验,选取不施肥(CK)、施生物炭(BC)、施NPK肥(NPK)、NPK肥配施生物炭(NPK+BC)4个处理,... 土壤团聚体是调节土壤中磷储存和周转的重要因素。为评价生物炭介导土壤团聚体对土壤磷素形态、转化及分布的调控作用,本研究基于生物炭长期田间定位试验,选取不施肥(CK)、施生物炭(BC)、施NPK肥(NPK)、NPK肥配施生物炭(NPK+BC)4个处理,于2021年玉米收获后取0~20 cm土壤样品,研究生物炭对土壤团聚体组成、稳定性和各粒级团聚体内各磷组分含量的影响,明确土壤团聚体中磷组分的分布及不同粒级土壤团聚体对不同形态磷组分的相对贡献率。结果表明:1)施用生物炭显著提高了土壤团聚体中粗大团聚体(>2 mm)的比例,降低了粉黏粒(<0.053 mm)的比例,土壤团聚体的平均重量直径和平均几何直径分别提高9.6%和22.2%;2)施用生物炭提高了粒径>0.25 mm团聚体中总无机磷的含量,主要表现在NaHCO_(3)-Pi和NaOH-Pi含量的提高,也提高了细大团聚体(0.25~2 mm)中总有机磷含量,主要表现在NaOH-Po和Residual-P含量的提高;3)施用生物炭减少了粉黏粒(<0.053 mm)对不同磷组分的相对贡献率,增加了粗大团聚体(>2 mm)对不同磷组分的相对贡献率。总之,施用生物炭是改善土壤结构,促进土壤磷素持留和降低土壤磷素流失风险的重要措施。 展开更多

关键词 生物炭 土壤团聚体 无机磷 有机磷 相对贡献率

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微波消解法在生物炭基有机肥料氮、磷、钾含量测定中的应用

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作者 崔鑫 杨旭 《中国土壤与肥料》 2025年第2期273-280,共8页

为了提升生物炭基有机肥料中氮、磷、钾元素测定的准确性与适用性,通过对比评估两种主流的样品前处理方法:NY/T 3618—2020《生物炭基有机肥料》标准采用的硫酸-过氧化氢消煮法,以及微波消解技术。通过响应面试验设计对微波消解过程中... 为了提升生物炭基有机肥料中氮、磷、钾元素测定的准确性与适用性,通过对比评估两种主流的样品前处理方法:NY/T 3618—2020《生物炭基有机肥料》标准采用的硫酸-过氧化氢消煮法,以及微波消解技术。通过响应面试验设计对微波消解过程中的酸体系配比进行了精细优化,得到生物炭基有机肥样品最佳消煮酸系配比为:5 mL硫酸+1 mL高氯酸+2.5 mL氢氟酸,进而研发出一种适合于生物炭及其衍生制品中氮、磷、钾元素测定的微波消解新方法。对比标准方法的验证结果显示,对于生物炭基有机肥料样本,微波消解法测得的样品相对标准偏差为0.04%~0.37%,低于标准方法,其消解效率较高,检测结果的重现性更佳,测定时间上具有显著优势。 展开更多

关键词 生物炭基有机肥 响应面试验 微波消煮 养分含量

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斜发沸石对干湿交替条件下水稻产量和氮素累积的影响

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作者 赵清 沙炎 +2 位作者 王术 陈涛涛 迟道才 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期922-933,共12页

【目的】斜发沸石作为一种优良的土壤改良剂,因其具有改善土壤养分、提高水稻产量、减少氮素流失等积极作用而广泛用于水稻生产中。通过田间定位试验,探究干湿交替灌溉条件下斜发沸石对水稻氮素吸收利用和产量的长期影响。【方法】在201... 【目的】斜发沸石作为一种优良的土壤改良剂,因其具有改善土壤养分、提高水稻产量、减少氮素流失等积极作用而广泛用于水稻生产中。通过田间定位试验,探究干湿交替灌溉条件下斜发沸石对水稻氮素吸收利用和产量的长期影响。【方法】在2017—2021年连续5年进行原位大田试验。试验设计为随机区组试验,设置常规淹灌条件下不施斜发沸石(I_(CF)Z_(0)),干湿交替灌溉下不施斜发沸石(I_(AWD)Z_(0))和干湿交替灌溉下施加10 t/hm^(2)斜发沸石(I_(AWD)Z_(10))3个处理,斜发沸石于2017年施入土壤,之后4年(2018—2021)不再施用。水稻生育期内定期取0—30 cm土壤样品用于测定无机氮含量,每年水稻成熟期,调查籽粒产量量及主要产量构成因子,计算地上部氮累积量、氮肥偏生产力。【结果】I_(CF)Z_(0)和I_(AWD)Z_(0)处理的水稻产量、地上部氮累积量和氮肥偏生产力差异均不显著。与I_(CF)Z_(0)和I_(AWD)Z_(0)处理相比,I_(AWD)Z_(10)处理连续5年均显著提高了地上部氮累积量和产量,但增长率随定位试验的延长有所下降。I_(AWD)Z_(10)处理氮肥偏生产力较I_(CF)Z_(0)和I_(AWD)Z_(0)处理分别增加了9.67~13.44和5.53~9.55 kg/kg,产量分别增加了1.26~2.42和1.00~1.72 t/hm^(2)。与I_(AWD)Z_(0)相比,I_(AWD)Z_(10)处理地上部干物质累积量在拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期和成熟期分别增加了20.96%~31.24%、16.89%~30.44%、17.87%~25.45%和13.43%~21.12%,地上部氮累积量分别增加了19.92%~47.14%、14.90%~43.88%、21.68%~31.37%和7.18%~30.27%。I_(AWD)Z_(0)与I_(CF)Z_(0)处理土壤无机氮含量差异不显著,I_(AWD)Z_(10)处理土壤无机氮含量最高,较I_(AWD)Z_(0)处理增加了19.88%~40.96%。在分蘖—穗肥阶段,5年间I_(AWD)Z_(10)处理的土壤NH_(4)^(+)-N含量较I_(CF)Z_(0)和I_(AWD)Z_(0)处理分别增加了31.83%~48.84%和28.35%~52.80%。I_(AWD)Z_(0)和I_(CF)Z_(0)处理收获后土壤全氮含量差异不显著,I_(AWD)Z_(10)较I_(CF)Z_(0)处理显著提高了收获期土壤全氮含量,提升幅度为9.27%~11.41%,这表明随着时间的延长,斜发沸石并不会对土壤养分产生负面影响,反而对土壤养分具有长期改善的作用。【结论】在干湿交替灌溉条件下,一次性施用斜发沸石可连续多年提高水稻生育期土壤铵态氮含量、增加土壤全氮,进而促进水稻氮吸收,提高氮肥偏生产力和产量。因此,斜发沸石可用于新型灌溉技术下提高水稻产量,实现稻田可持续利用。 展开更多

关键词 斜发沸石 氮 干湿交替灌溉 水稻 产量

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利用TOC/TN分析仪对复合肥料中氮素含量测定的方法探究

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作者 张一 付时丰 +1 位作者 杨沫 黄玉威 《山东化工》 CAS 2024年第21期175-177,182,共4页

探讨利用TOC/TN分析仪在测定复合肥料中氮素含量的应用,通过与标准方法中的自动分析仪法和托马斯燃烧法比较,研究上述三种测定方法在准确性、精密度和操作便捷性方面的表现。实验结果表明,利用TOC/TN分析仪的分析方法能够有效地测定复... 探讨利用TOC/TN分析仪在测定复合肥料中氮素含量的应用,通过与标准方法中的自动分析仪法和托马斯燃烧法比较,研究上述三种测定方法在准确性、精密度和操作便捷性方面的表现。实验结果表明,利用TOC/TN分析仪的分析方法能够有效地测定复合肥料中的氮含量,且具有较高的精密度和准确度,为复合肥料的质量控制提供了有效的技术支持。 展开更多

关键词 复合肥料 氮素含量 TOC/TN分析仪 自动分析仪法 托马斯燃烧法

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生物炭与解磷菌配合施用对磷胁迫水稻苗期生长及根际磷素有效性的影响 被引量：7

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作者 刘赛男 杜慧婷 +4 位作者 黄玉威 兰宇 卢敬坤 王思宇 孟军 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1560-1569,共10页

土壤中的磷素缺乏严重影响水稻的生产。通过室内培养试验研究生物炭与解磷细菌(Bacillus megaterium 1.234)配合施用对磷胁迫条件下水稻苗期生长及根际磷素有效性的影响。设置6个处理,分别为木村B磷酸二氢钾培养液(CK_(1))、不溶磷源Ca_... 土壤中的磷素缺乏严重影响水稻的生产。通过室内培养试验研究生物炭与解磷细菌(Bacillus megaterium 1.234)配合施用对磷胁迫条件下水稻苗期生长及根际磷素有效性的影响。设置6个处理,分别为木村B磷酸二氢钾培养液(CK_(1))、不溶磷源Ca_(3)(PO_(4))_(2)培养液(CK_(2))、无磷培养液(CK_(3))、巨大芽孢杆菌(B.megaterium 1.234)菌悬液+Ca_(3)(PO_(4))_(2)培养液(MP)、B.megaterium 1.234菌悬液+生物炭+Ca_(3)(PO_(4))_(2)培养液(MBP)、生物炭+Ca_(3)(PO_(4))_(2)培养液(BP)。结果表明:生物炭与解磷菌配合施用(MBP)使培养20 d水稻苗的株高较CK_(1)、CK_(2)和CK_(3)处理分别提高了21%、35%和23%,干物质量分别提高了11%、17%和21%,植株全磷含量分别提高了179%、277%和199%;MBP处理显著提高了总根长、根系总表面积、根系总体积和根尖数;MBP处理使培养液中有效磷含量较CK_(2)提高309%,酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活力分别提高444%和284%;培养液中有效磷含量是影响水稻苗根系生长最关键的环境因子,培养液碱性磷酸酶活力和有效磷含量是影响水稻苗期生长和全磷含量的关键环境因子。综上,生物炭与解磷菌配合施用对磷胁迫水稻苗生长具有显著的促生效应。 展开更多

关键词 根系形态 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶 水稻磷吸收 微生物肥料

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九年低量生物炭还田和钾肥对棕壤土钾素、玉米产量和钾平衡的影响 被引量：1

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作者 包正荣 戴皖宁 +5 位作者 苏旭 陈义轩 林利 兰宇 杨旭 孟军 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2129-2137,共9页

中国大部分耕地钾不足,而施用生物炭等有机改良剂是提高土壤钾素含量的有效途径。国内外有关低量生物炭长期还田和施钾对棕壤土钾素、作物生产力和土壤钾素平衡的交互作用研究不够充分。本研究开展玉米田间长期定位试验,试验采取两因素... 中国大部分耕地钾不足,而施用生物炭等有机改良剂是提高土壤钾素含量的有效途径。国内外有关低量生物炭长期还田和施钾对棕壤土钾素、作物生产力和土壤钾素平衡的交互作用研究不够充分。本研究开展玉米田间长期定位试验,试验采取两因素随机区组设计,分别为生物炭(C)和钾肥(K)处理,生物炭设置0和2.625 t·hm^(-2)两水平(分别表示为C_(0)和C_(1)),钾肥设置0和60 kg·hm^(-2)两水平(分别表示为K_(0)和K1)。结果表明:生物炭和钾肥对不同土层不同形态钾素的影响不尽相同。在0~20 cm土层,C_(1)处理的土壤水溶性钾、缓效钾、有效钾和全钾含量较C_(0)分别显著提高57.14%、17.25%、23.48%和8.31%;相反,C_(1)处理的土壤速效钾含量较C_(0)显著降低8.31%;K1处理土壤速效钾、缓效钾和有效钾的含量较K_(0)分别显著提高16.61%、16.42%和44.25%;各处理组合中,C_(1)K1较C_(0)K_(0)处理土壤水溶性钾、缓效钾和有效钾含量分别显著增加72.72%、77.45%和36.19%。在20~40 cm土层,生物炭仅对土壤水溶性钾含量有显著性影响,且与0~20 cm土层表现相反,在K_(0)和K1水平下C_(1)处理的土壤水溶性钾含量较C_(0)分别显著降低8.65%和42.57%;K1处理的土壤速效钾、缓效钾和有效钾含量较K_(0)分别显著增加13.33%、10.84%和19.63%,水溶性钾含量仅在C_(1)水平下较K_(0)显著降低40.35%;各处理组合中,C_(1)K1较C_(0)K_(0)处理土壤水溶性钾显著降低45.51%,有效钾含量显著增加24.26%。生物炭和钾肥均能够显著提高玉米各器官的干重及总干重、各器官的钾素吸收量及总吸收量。生物炭和钾肥均能够显著提高玉米的产量,C_(1)较C_(0)增产8.66%,K1较K_(0)增产10.10%,C_(1)K1较C_(0)K_(0)处理玉米产量显著增加19.76%。施用生物炭能够显著提升钾肥吸收利用率,使土壤钾素处于盈余的状态。本研究表明,低量生物炭长期还田和钾肥增加了表层土壤钾素的有效性,提高了玉米干物质累积量和对钾素的吸收,缓解了土壤负钾平衡,提升了玉米田种植的生产力。综合分析表明,生物炭结合钾肥是提高土壤钾素有效性,提升玉米产量的有效施肥管理模式。 展开更多

关键词 生物炭 钾肥 玉米 土壤钾素 产量

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