生物质炭性质的统计分析及生物质炭基肥的试验研究

发布时间：2020-06-12 16:43

【摘要】：近年来,生物质炭的研究和应用已经受到国内外学者的广泛关注。生物质炭施用于土壤不但具有固碳减排的作用,还可以改善土壤结构,增加作物产量,降低重金属污染等,但因制作生物质炭的原料众多,生产工艺各异,相关行业还没有可参考的标准。本文回顾近年来生物质炭性质的相关研究,收集了截至2015年12月的文献出版物中402篇文献,对数据按生物质炭来源地区、生产(制备)条件和性质类别进行分类评价,整合分析农业应用中生物质炭性质问题,阐述未来生物质炭性质研究发展趋势;与此同时,本文还调查了国内一些生物质炭工厂的生产信息,如炭化设备、炭化温度、时间、原料及产率,并对这些炭做了品质评估,结合整合分析的结果,对商品生物质炭的生产工艺、原料和炭质量标准进行切实有效的讨论;最后,选取目前局部地区出售的炭产品——生物质炭基肥作试验对象,在湖北省荆门市胡集镇实施水稻大田试验,研究生物质炭基肥对水稻产量、养分利用及土壤质量的影响,为生物质炭基肥在粮食作物上的推广应用提供科学依据。本文的主要研究结果如下:(1)欧美地区主要关注林木生物质炭,亚洲等发展中国家则着重研究秸秆生物质炭。与欧美国家相比,发展中国家的生物质炭商品化生产仍较薄弱。生物质炭的性质因原料及热裂解温度的不同有很大差异,而中温炭化和秸秆生物质炭相对较为平衡,可以作为大规模生物质炭产业化的原料和炭化工艺条件。生物质炭测试关注的性质范围宽广,但潜在风险污染物的测试不足,亟需开发一个标准来规定生物质炭最小测试指标集和合适的测试方法。(2)就养殖废弃物和污泥炭的污染物分析数据的统计结果来看,其污染物含量普遍偏高,但研究表明,经炭化后,这些废弃物炭的理化性质良好,重金属总量虽有增加,但其DTPA浸提的有效态重金属明显减少,所以对一些具有污染风险的废弃物如污水处理厂的污泥,畜禽粪便等,热解炭化或许是较有效的处置途径。但其对环境和生物安全具有潜在风险的污染物分析仍需列入生物质炭分析测试内容项目中。(3)生物质炭的理化性质(即品质)很大程度决定于原料和生产工艺。为解决生物质炭品质不稳定问题,我们需要研究成熟的生产生物质炭的裂解设备,工艺标准化,且使整个生产工艺能达到能源效益最佳,生物质废弃物经济性最大的目的;不同原料和温度生产的生物质炭在性质和功能差别迥异,互有消长,因此,要根据原料的可给性和用途的要求,选择合理来源的生物质炭。(4)基于对生物质炭推广的研究,炭基肥在农田上应用的效果受到更多关注。本研究表明炭基肥处理田的水稻穗大粒重,结实率达89%,效果优于常规复合肥炭,虽然比对照少投入近20%的总养分,但其水稻产量无显著差异,炭基肥肥料产出效益是常规复合肥的138.4%;此外,炭基肥具有很好的缓释性,可以提高氮肥利用率和增加土壤有机质含量,达到了保产节肥且可持续的农田利用模式。
【图文】：

频度分布,原料来源,频度分布,作物秸秆

炭（Ｂｉｏｃｈａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｓｅｃｏｎｄｌｙ－ｂｉｏｗａｓｔｅ－ＢＳＢ）和污泥生物质炭（Ｂｉｏｄｉａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｓｅｗａｇｅ邋ｓｌｕｄｇｅ－ＢＳＳ）。括号中的数字代表逡逑研究白勺炭样本数量（Ｔｈｅ邋ｎｕｍｂｅｒ邋ｉｎ邋ｐａｒｅｎｔｈｅｓｉｓ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ｂｉｏｃｈａｒ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ）逡逑图２－２可以看出，生物质炭研究报道分布在全球６个洲４１个国家，主要集中在亚逡逑洲、北美和欧洲，在南美洲和非洲研宄数量较少。从地区和国家层面来看，发表相关逡逑文献报道最多的是中国，其次是美国和澳大利亚，欧洲国家研究分布比较平衡。本研逡逑究收集文献中涉及２００多种生物质原料，大致分为木类，草本，作物秸秆，畜禽粪便，，逡逑污泥和城市有机废弃物。其中，以林木和作物秸秆生物质炭的研宄文献最多，分R%占逡逑３０．８％和２６．４％。进一步分析，作物秸秆生物质炭研究主要来臼亚洲地Ｒ，占全球作物逡逑源生物质炭文献的５３．０°／。。特别地，中国作物秸秆生物质炭文献占亚洲全部的８２．７％逡逑（图邋２－３）。逡逑３逦口欧洲（Ｅｕｒｏｐｅ）逡逑０邋亚洲（Ａｓｉａ）逡逑Ｓ邋北美洲（Ｎｏｒｔｈ邋Ａｍｅｒｉｃａ）逡逑ａ邋南美洲（Ｓｏｕｔｈ邋Ａｍｅｒｉｃａ）逡逑图２－２文献在地理上的分布逡逑Ｆｉｇ邋２－２邋Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ逡逑１３逡逑

频度分布,文献,作物秸秆,污泥

＼逦／逦２７％逡逑７逦■污泥（ＢＳＳ）逡逑图２－１逦２００９年以来生物质炭原料来源的频度分布逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｅｅｄｓｔｏｃｋｓ邋ｏｆ邋ｂｉｏｃｈａｒｓ邋ｓｉｎｃｅ邋２００９逡逑注（Ｎｏｔｅ）：林木源生物质炭（Ｂｉｏｃｈａｒ邋ｆｒｏｍ邋Ｗｏｏｄ－ＢＷ），农作物残余物生物质炭（Ｂｉｏｃｈａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｃｒｏｐ邋ｒｅｓｉｄｕｅ－ＢＣＲ），逡逑草本植物生物质炭（Ｂｉｏｃｈａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｇｒａｓｓ－ＢＧ），畜禽类便生物质炭（Ｂｉｏｃｈａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｍａｎｕｒｅ－ＢＭ），二次废弃物生物质．逡逑炭（Ｂｉｏｃｈａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｓｅｃｏｎｄｌｙ－ｂｉｏｗａｓｔｅ－ＢＳＢ）和污泥生物质炭（Ｂｉｏｄｉａｒ邋ｆｒｏｍ邋ｓｅｗａｇｅ邋ｓｌｕｄｇｅ－ＢＳＳ）。括号中的数字代表逡逑研究白勺炭样本数量（Ｔｈｅ邋ｎｕｍｂｅｒ邋ｉｎ邋ｐａｒｅｎｔｈｅｓｉｓ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ｂｉｏｃｈａｒ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ）逡逑图２－２可以看出，生物质炭研究报道分布在全球６个洲４１个国家，主要集中在亚逡逑洲、北美和欧洲，在南美洲和非洲研宄数量较少。从地区和国家层面来看，发表相关逡逑文献报道最多的是中国，其次是美国和澳大利亚，欧洲国家研究分布比较平衡。本研逡逑究收集文献中涉及２００多种生物质原料，大致分为木类，草本，作物秸秆，畜禽粪便，逡逑污泥和城市有机废弃物。其中，以林木和作物秸秆生物质炭的研宄文献最多，分R%占逡逑３０．８％和２６．４％。进一步分析
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S141

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