不同生物质来源生物炭品质差异及对甘蔗氮素利用效应

发布时间：2020-08-01 18:09

【摘要】：生物炭已在多种作物的栽培上应用,其正向作用已经明确,但在甘蔗应用上研究不多。本研究针对目前广西农林废弃物利用低,甘蔗氮肥施用过量,甘蔗氮素利用率低等问题,拟通过利用这些废弃物制备生物炭,系统分析各生物炭品质,筛选品质优良的生物炭应用到到甘蔗生产上,研究生物炭对甘蔗生长及氮素利用率的影响及机制,为实现高产、高糖、高效提供理论依据。本研究选用香蕉(叶、叶柄和果茎)、甘蔗(叶片和梢部)、桑枝、木薯茎和速生桉枝条等8种材料在350℃,500℃,650℃条件下制备获得24种炭材料,通过分析其理化性质和对硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)的吸附能力,以期筛选出适合甘蔗生长的生物炭。通过15N示踪方法研究木薯生物炭对桶栽甘蔗生长、氮素累积、分配、利用和对土壤理化性质的影响;通过15N示踪方法研究木薯生物炭和氮肥互作对两个氮利用率高低差异品种(GT11和B8)生长和氮素利用影响,通过大田试验研究生物炭和氮肥互作对两个甘蔗品种新植一年的农艺性状和氮素利用效应影响。主要研究结果如下:1.24种生物炭均呈碱性,pH在8.33-10.02之间,炭含量在34.28%-72.55%之间。不同制备方法所获得的生物炭的得率在24.74-60.49%之间。生物炭原料种类和热解温度均显著影响各生物炭的物理品质,各生物炭的化学品质主要受热解温度的影响。热解温度越高,制备所得生物炭的比表面积,孔容越大,但得率、孔径越低,而pH、阳离子交量(CEC)、C含量、C/H比和C/N比越高,H、N、P、K、有机质含量越低。各生物炭NH4+-N和NO3--N的吸附能力不受热解温度的显著影响,但受生物质材料显著影响。各生物炭对NH4+-N的吸附能力大于对NO3--N的,香蕉叶、叶柄和果茎对NH4+-N和NO3--N均有很好的吸附作用。2.影响生物炭品质最重要的因子是化学性质因子、物理性质因子、活化能量因子、营养因子和铵态氮吸附能力因子等5个因子。综合品质最佳的几个生物炭材料为Y24(桉树枝650℃)、Y6(香蕉茎650℃)、Y23(桉树枝 500℃)、Y17(木薯茎 500℃)、Y18(木薯茎 650℃)、Y15(甘蔗梢 650℃)、Y3(香蕉叶650℃)和Y20(桑枝500℃),可以作为土壤改良助剂应用于作物生产。3.生物炭对甘蔗生长的促进作用因品种、生育期和器官不同而异。生物炭显著促进甘蔗ROC22叶片和根系的生长,但对茎生长的促进作用效果不明显。生物炭和氮素互作在低氮条件下,促进了 GT11的根、茎和绿叶的生长,但对B8主要促进茎的生长,对根和绿叶仅在分蘖期有促进作用。4.生物炭可以显著促进甘蔗的氮累积量,促进甘蔗从肥料或是土壤吸收更多氮。生物炭显著促进了 ROC22苗期和伸长期的叶和茎的氮素累积,显著增加成熟期根中的氮累积。促进ROC22从土壤中吸收氮的含量增加4.84--10.68%。生物炭和氮肥互作对GT11和B8枯叶和绿叶氮累积有显著的促进作用,对氮素利用率较低的品种GT11,生物炭主要促进了伸长期的根和茎的氮累积,对氮素利用率较高的品种B8,生物炭仅在高氮条件下才对茎的氮累积起到促进作用。生物炭促进了 GT11和B8的根、茎、绿叶和枯叶从肥料中获得氮的比例,与纯氮处理相比,GT11和B8根、茎、绿叶和枯叶经生物炭处理后从肥料中获得的氮增加了 25.12-40.79%。5.生物炭处理在一定程度上促进了甘蔗的氮素利用率。生物炭主要促进了 ROC22伸长期和成熟期叶和根的氮素理论产量(PE)和氮素偏肥生产力(PFP),对茎的促进作用不明显。生物炭和氮肥互作在低氮条件下主要促进了 GT11伸长期根、茎、分蘖期绿叶的PFP,促进B8分蘖期根、分蘖期和成熟期绿叶的PFP;生物炭促进了 GT11分蘖期茎、低氮条件下成熟期根的PE,而抑制了 B8根、茎、叶的PE。6.生物炭影响甘蔗体内N、P、K的累积分配,改善土壤营养状态。生物炭促进了 N在伸长期的甘蔗叶片、苗期和伸长期的茎以及苗期和成熟期的根中累积,促进了 P在苗期和成熟期的叶、根中以及成熟期的茎中的累积,促进了 K在成熟期的叶、茎以及伸长期的根中累积;显著提高了土壤中N、P、OM的含量和pH,但减少了 K的含量,对土壤电导率(EC)无影响。7.生物炭可以促进低氮条件下低氮利用率甘蔗品种的生长,提高其氮累积和氮利用效率。生物炭略增加新植一年甘蔗GT11和B8的出苗率,对株高、茎径、有效茎影响不大。生物炭略提高了低氮条件下GT11的产糖量,但对GT11和B8的产量无显著影响。生物炭抑制了 GT11茎的氮素累积量,特别是高氮条件下显著受抑制,但绿叶的氮累积略到得促进。生物炭对B8茎氮的累积量略有促进,但抑制了绿叶的氮累积。生物炭对GT11茎的PFP影响不大,绿叶的PFP得到促进,生物炭对B8的PFP影响与GT11相反。生物炭在低氮条件下可促进GT11茎的PE,而抑制绿叶的PE,而B8茎、绿叶和枯叶的PE均受生物炭抑制。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S566.1
【图文】：

生物炭,桑枝,香蕉,桉树

２．邋２结果与分析逡逑２．邋２．１不同生物质来源制备生物炭的得率分析逡逑从图２－１看，不同生物质材料制备生物炭得率不同，桉树枝得率最高，在５４．２３邋％逡逑－６０．４９％之间，其次是香蕉果茎，在３７．６６邋％－４１．２１邋％之间，桑枝得率最低，在２４．７４％逡逑－２９．６０邋％之间，各材料的得率大小如下：桉树枝＞香蕉果茎〉香蕉叶柄＞香蕉叶、木逡逑薯莲、甘蔗叶＞甘蔗梢〉桑枝。桉树枝类生物炭得率最高，为５４．２３－６０．４９％之间，说明逡逑木质化程度较高的的材料得率较高。但有意思的是草本的材料如香蕉（２５．７９－３４．２９％）逡逑和甘蔗（３４．６７－３８．８９％）得率却不低，与木质化程度较高的木薯茎（２７．４３－３１．２９％）相逡逑当，反而是桑枝材料（２４．７４－２９．６０％）得率最低，这可能是桑枝材料为空心茎杆，且组逡逑织结构较为疏松有关，这也说明香蕉和甘蔗制备生物炭有较好前景。温度对生物炭得率逡逑有显著差异，温度越低得率越高。逡逑１

生物炭,香蕉叶,甘蔗叶,木薯

逦ｕ邋ｉ逡逑图２－２不同材料不同温度制备生物炭的ｐＨ逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋ｐＨ邋ｏｆ邋ｂｉｏｃｈａｒｓ邋ｄｅｒｉｖｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｂｉｏｍａｓｓ邋ａｎｄ邋ｐｙｒｏｌｙｓｅｄ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑不同原料不同温度制备的生物炭的阳离子交换量（ＣＥＣ）见图２－３，各生物炭的ＣＥＣ逡逑在３．４５－１３．７９邋ｃｍｏｌ邋ｇ—１之间，各材料ＣＥＣ大小如下：香蕉叶柄、桑枝＞甘蔗梢、甘蔗叶逡逑＞木薯茎、按树枝＞香蕉果茎＞香蕉叶，温度越ShＣＥＣ越高。逡逑１６．００逡逑１４．００逦１逦ａ逦ａ逡逑一逦１２．００逦，门门逦ａ逡逑ｒＨ逦ｄ逡逑00逦ｍ逦ｂ邋门逦ａ逡逑１邋二邋１０邋００逦ｂ逦Ａ邋ｂ邋门邋Ａ邋ｎ逡逑°邋＾逦８．００逦广门邋ｂ逦ｕ邋ｂ邋ｂ逦ｃ邋ｎ逡逑一邋ｇ逦ａ逦Ｓ．逦Ｉ逦ｎ邋ｆｉ邋ｃ邋ｆｔ逦ｃ逦ｂ逡逑＊邋ｕ邋６．00邋ｆｔ邋ａ邋ｔｂＳ邋ｎ逦ｎ邋ｎ逡逑门逡逑识匕４．００邋ｂ逡逑ｕ逦ｎ逡逑？逦２．００逡逑０．００逡逑ｌｐｔｐ；ｐ：ｐ；ｐｉｐ邋ｐ；ｐ：ｐ：ｐ；ｐ邋ｐｉｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋Ｐ：Ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ邋ｐ逡逑ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ逡逑Ｌｎ0ＬｎＬｒ）0Ｌｒ）ｔｎ0ＬＤＬｎ0ＬｎＬｎ0ＬｎＬｎ0Ｌｒ＞Ｌｎ0Ｌ0Ｌｎ0Ｌｎ逡逑＾ｔＬｎ＜＾５＾ｔＬｎ；？Ｄ＾Ｌ0ｖＤ＾ｆＬｎＪＸ）＾Ｌｎｉ＾＾ｔＬｎｖＤ＾－ＬｎｋｉＤ＾ｊ－邋ｌｄｖｄ逡逑香蕉叶香蕉茎香蕉叶柄甘蔗叶｜甘蔗梢木薯茎邋

生物炭,总磷含量,香蕉叶,果茎

（见表２－２），不同材料Ｎ含量大小如下：香蕉叶＞桉树枝、桑枝＞木薯儢、香蕉叶柄、逡逑甘蔗梢＞甘蔗叶、香蕉果茎，温度越高含量越低。逡逑图２－４为生物炭的Ｐ含量情况，各生物炭的ＴＰ含量在１．８１邋ｇ邋ｋｇ夂７．２６邋ｇ邋ｋｇ邋°之间，逡逑不同材料ＴＰ含量大小如下：甘蔗梢＞甘蔗叶、木薯茎、香蕉叶、桑枝、桉树枝、香蕉逡逑果茎＞香蕉叶柄，以５００°Ｃ制备的含量最高。逡逑８．００逡逑７．００逦｜逦「逡逑ｂ邋ａ逦ａ逡逑６．００逦Ａ邋ａ邋ｎ邋ｎ逦ｆｉ逡逑￣逦ａ逦ａ邋＂逡逑＇？ｐ邋＾邋ｃ：邋ｎｎ邋＊邋３邋Ｓ逦ｂ逦ｎ逦ｂ逦，逡逑５邋００逦￡逦＾逦ｃ邋Ｒ逦ｂ逡逑ｒ逦ｎ逦ｎ邋ｂ逦？逦＊逡逑＿邋Ｓ邋４．００邋ｊ逦ｂ逦Ｒ逦ｃ逦＾邋ｂ逡逑§逦Ｒ逦Ｓ逦４逦Ｒ邋￡逡逑整邋0■逦３．００逦ｃ逦Ｃ逡逑＾邋？逦Ｘ逦ａ逡逑°邋２．００邋＾逡逑１．００逡逑０．００

【相似文献】