生物炭与功能菌配施协同促进设施樱桃番茄连作土壤质量提升及养分吸收

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作者 史永佳 陈义轩 +5 位作者 张爱佳 沈玥 周明慧 黄玉威 孟军 刘赛男 《植物营养与肥料学报》 北大核心 2025年第6期1134-1150,共17页

【目的】设施栽培土壤集约化利用强度大,养分失衡、有效性低等问题突出,削弱了土壤微生物维持养分循环和土壤健康的功能。通过研究生物炭与功能菌配合提高土壤养分有效性、酶活性和作物养分吸收的效应,旨在为研制基于生物炭的微生物肥... 【目的】设施栽培土壤集约化利用强度大,养分失衡、有效性低等问题突出,削弱了土壤微生物维持养分循环和土壤健康的功能。通过研究生物炭与功能菌配合提高土壤养分有效性、酶活性和作物养分吸收的效应,旨在为研制基于生物炭的微生物肥料提供科学依据。【方法】以连作3年的设施樱桃番茄栽培土壤为供试土壤,开展盆栽试验。设置8个处理,分别为水稻秸秆炭与褐球固氮菌(Azotobacter chroococcum)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)单独施用(B、P1、P2、P3)以及配施(BP1、BP2、BP3),同时设置空白对照(CK),所有处理均基施等量复合肥。在成熟期(移栽后90天),取根区土壤样品测定土壤养分、酶活性,测定植株氮磷钾养分含量,调查植株生物量和产量。【结果】与CK相比,BP1、BP2、BP3处理根区土壤全碳含量分别提高了31.0%、30.1%和15.4%,碳氮比分别增加了18.2%、19.2%和14.4%,速效磷含量分别增加了45.2%、63.3%和47.1%,速效钾含量分别增加了50.8%、56.7%和38.4%,樱桃番茄产量分别增加了65.1%、44.5%和50.4%,与CK相比,BP1和BP2处理土壤质量指数分别增加了85.3%和123.0%。BP1处理土壤过氧化物酶和脲酶活性分别较CK显著提高了11.3%和29.8%,分别较P1处理增加了36.2%和24.5%,BP2处理土壤酸性、碱性磷酸酶活性较CK分别增加了25.7%和8.4%。与CK相比,BP1、BP2、BP3处理植株根系氮含量分别提高了33.5%、24.9%和17.8%,磷含量分别提高了46.7%、47.3%和76.9%,钾含量分别提高了214.6%、159.8%和252.8%。BP2处理根系氮、磷和钾吸收量分别显著提高了140.0%、175.0%和405.0%。植株地上部和根系养分含量总体上与土壤质量指数(SQI)存在显著线性相关,尤以根系最为明显。【结论】生物炭的功能主要在于改善土壤养分有效性,提高碳含量;功能菌的作用为增强土壤酶活性,促进樱桃番茄的养分吸收和积累。生物炭与3个功能菌配施,均可有效提高根区连作土壤全碳和速效磷钾含量,提升碳氮比,最终提高樱桃番茄养分吸收和产量。其中,生物炭与褐球固氮菌配施提高土壤过氧化物酶和脲酶活性的效果较为显著,与巨大芽孢杆菌配施提高磷酸酶活性的作用最佳。 展开更多

关键词 连作土壤 生物炭 功能菌 土壤质量指数 养分有效性 樱桃番茄产量

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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：22

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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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生物炭与氮肥配施对水稻土理化性质及作物氮效率的影响 被引量：1

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作者 郭亚新 杨镜秀 +5 位作者 韩昱放 王迪 曹殿云 孟军 陈温福 兰宇 《农业环境科学学报》 北大核心 2025年第6期1582-1589,共8页

为探究生物炭与氮肥配施对水稻土理化性质和水稻氮素利用、水稻产量形成等的影响,以辽宁省典型水稻土为研究对象设置田间试验。试验共设4个处理,分别为不施氮肥(CK)、单施氮肥(N)、单施生物炭(BC)和氮肥与生物炭配施(N+BC)。于水稻收获... 为探究生物炭与氮肥配施对水稻土理化性质和水稻氮素利用、水稻产量形成等的影响,以辽宁省典型水稻土为研究对象设置田间试验。试验共设4个处理,分别为不施氮肥(CK)、单施氮肥(N)、单施生物炭(BC)和氮肥与生物炭配施(N+BC)。于水稻收获后测产并采土样测定土壤理化性质。结果表明:添加玉米秸秆生物炭使土壤容重显著降低了0.04~0.07g·cm^(-3),土壤pH值和养分含量均显著升高,其中土壤有机质和速效磷含量在生物炭与氮肥配施处理下提高效果最显著;相比于单施化肥,玉米秸秆生物炭与氮肥配施显著提高了水稻产量,经济产量、秸秆产量和生物产量分别提高了10.03%、8.70%和9.36%;在施氮肥的基础上添加生物炭显著提高了籽粒的含氮量和氮素积累量以及水稻的氮素收获指数,同时水稻氮肥利用率、偏生产力和土壤氮素依存率分别显著提高了2.09%、5.47%和2.44%。研究表明,生物炭与氮肥配施有利于提高土壤肥力水平从而显著提高水稻氮素积累量和产量。 展开更多

关键词 生物炭 水稻 土壤理化性质 产量构成 氮效率

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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 被引量：5

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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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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)》 北大核心 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》 北大核心 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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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：4

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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：5

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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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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 被引量：3

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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 被引量：2

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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：14

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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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生物炭处理下干湿交替灌溉稻田活性氮气体排放特性 被引量：4

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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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生物炭基肥离散元模型参数标定与试验 被引量：3

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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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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：12

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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：8

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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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不同有机物料对草甸土理化性质、有机碳组分及腐殖质的影响 被引量：1

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作者 罗卓云 贺婉莹 +4 位作者 佟师师 王庆阳 曹殿云 陈温福 兰宇 《中国土壤与肥料》 北大核心 2025年第2期23-30,共8页

分析不同有机物料对草甸土理化性质、有机碳及腐殖质的影响,为防止草甸土肥力退化、提高草甸土生产力做理论支撑。试验共设置4个处理:单施化肥(CK)、生物炭与化肥配施(BF)、秸秆与化肥配施(SF)、有机肥与化肥配施(OF),各处理等量肥料添... 分析不同有机物料对草甸土理化性质、有机碳及腐殖质的影响,为防止草甸土肥力退化、提高草甸土生产力做理论支撑。试验共设置4个处理:单施化肥(CK)、生物炭与化肥配施(BF)、秸秆与化肥配施(SF)、有机肥与化肥配施(OF),各处理等量肥料添加,BF、SF、OF处理等碳量添加。结果表明:(1)3种有机物料添加均可增加土壤速效钾、碱解氮及土壤pH,其中生物炭添加对于土壤速效钾和碱解氮增加较多,分别可达17.53%与30.54%,秸秆添加对土壤pH提高最多,为16.96%;生物炭添加还使土壤有效磷提高27.39%。(2)生物炭和有机肥添加下土壤腐殖质各组分含量均增加,秸秆添加下土壤富里酸和胡敏素含量增加,而胡敏酸却降低,总之,有机肥提高土壤胡敏酸更有优势,可达37.37%,生物炭提高土壤胡敏素较多,可达148.12%。(3)3种有机物料添加均可增加土壤有机碳及活性有机碳组分含量。有机物料对草甸土有机碳、理化性质及腐殖质有显著影响,且与碳源类型密切相关。生物炭对于改善土壤速效养分更有优势,生物炭与有机肥提高腐殖质能力较强,而秸秆降低胡敏酸,3种有机物料均有利于土壤有机碳及活性有机碳组分的积累。 展开更多

关键词 有机物料 生物炭 土壤理化性质 土壤腐殖质 有机碳组分

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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：6

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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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斜发沸石对干湿交替条件下水稻产量和氮素累积的影响 被引量：1

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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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