沙蒿生物炭特性及沙地封存效应

发布时间：2018-04-05 15:11

  本文选题：沙蒿　切入点：生物炭　出处：《内蒙古农业大学》2016年博士论文

【摘要】：长期以来,沙土因养分贫瘠,易流动,保水性能差等因素严重制约着沙土的应用与沙生作物的发展。而生物炭是生物质在真空或低氧条件下炭化而成的高养分含量、疏松多孔的富碳产物,是进行土壤质量提升的良好材料。研究通过制备不同炭化条件的沙蒿(Artemisia Ordosica Krasch)生物炭,在探明其基本理化性质后,将其进行沙地模拟封存,研究沙土的物理、化学和生物学性状对不同生物炭及有机物料与生物炭协同作用的响应。旨在为选择优质生物炭进行改沙提供基础理论和技术依据。研究主要结果：1.生物炭的炭化过程是芳香性增强,亲水性和极性减弱的过程。生物炭孔隙发达、显碱性(pH值为8.75～10.51)、含C量高(61.49～89.93%),其理化性质受炭化温度和炭化时间的影响较大,受升温速率的影响相对较小。随着炭化温度的升高、炭化时间的延长,生物炭的P、K、Ca、Mg、C、CEC和粗灰分含量升高；pH值、总孔容、平均孔径和比表面积增大；而N、H、O、S含量和生物炭产率降低。其中,炭化温度900℃较300℃生物炭的全P、全K、有效P、速效K和有机C含量分别升高了48.93%、31.18%、39.59%、42.18%和28.16%；而全N、碱解N含量和产率分别降低了48.29%、46.58%和75.47%。炭化时间150min较5min生物炭的有效P、速效K、Ca和Mg含量分别升高了6.42%～29.17%、5.94%～17.07%、3.56%～12.76%和7.80%～21.48%；而生物炭的碱解N、有效S含量和产率则分别降低了13.03%～18.37%、6.88%～61.66%和6.68%；2.生物炭及沙蒿均具有吸水和保水性能,吸水率分别为4246.6～4803.3g/kg和5340.3g/kg；蒸发速率分别为自然沙的0.955～0.996倍和0.996倍。炭化温度为600℃,炭化时间为60min,升温速率为150℃/h的条件下制备的生物炭是良好的保水材料；3.生物炭的降解速率随着炭化温度的升高、炭化时间的延长和施用量的增大而降低,其半衰期约为2～11年,约为羊粪和沙蒿粉等有机物料的5～7倍；4.单施生物炭或沙蒿粉15个月并不改变沙土的机械组成,羊粪、羊粪与生物炭混合2个处理,增加了沙土0.01mm粒径的百分含量(增加了2.03%),降低了0.05mm粒径的百分含量(降低了2.03%)；5.炭化温度和炭化时间及培养时间均显著影响着沙土的有效养分含量、CEC和微生物C、N含量。沙土的养分元素含量、CEC、微生物量C、微生物量N含量、pH值、酶活性、微生物数量随着生物炭施用量的增大而增加,培养时间未显著影响全量养分含量。炭化温度越高,炭化时间越长的生物炭处理,沙土的碱解N含量越低,有效P、速效K和CEC含量越高,900℃较300℃的生物炭处理其最大值(出现在不同培养时间)的变幅分别为-6.54%、83.33%、13.60%和86.83%。600℃炭化60min的生物炭有助于提高沙土的微生物量C、N含量。施用量达2%时,其CEC和微生物量C、N含量已接近最大值(分别为18.91cmol/kg、 319.76mg/kg和82.24mg/kg);6.沙土的脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性具有明显的季节动态,四种酶分别于9月、4月、7月和7月活性最大。施用量越大其活性越高(蔗糖酶除外),4%的施用量其活性最大值分别为0.60mg/g.d、6.20ml/g.h、10.50mg/g.d和0.60mg/g.d,较2%的生物炭处理脲酶和过氧化氢酶活性增幅不大,且显著提高了碱性磷酸酶活性,而对蔗糖酶活性具有抑制作用；7.生物炭的施用增加了细菌和放线菌的数量,降低了真菌的数量,细菌在微生物数量中占绝对优势(78.90%-96.73%)。宏基因测序结果显示,生物炭施用后引起了微生物种群数目的变化。8.有机物料与生物炭配施具有协同增效作用(与培养时间有关)。尤其是生物炭与羊粪配施对沙土碱解N、有效P、细菌、放线菌、脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶增效效果最佳,较单独施用的累加作用(最佳增效时间)分别提高了119.78%(7月)、38.64%(7月)、33.33%(9月)、47.37%(9月)、39.06%(9月)、147.11%(7月)和58.65%(7月)。综上所述：沙蒿生物炭具有改良沙土的作用,炭化温度和炭化时间显著影响着沙蒿生物炭的孔隙结构、保水性能、产率、pH值、CEC、养分及粗灰分含量等理化性质,其性质与生物炭的施用量及在沙土中的培养时间共同影响着改沙效果。600℃、炭化60min的生物炭,自身结构保存完好,pH值适中,保水性能突出,酶活性提高明显,其它正面影响积极。从改沙效果与经济方面综合考虑,此沙蒿生物炭配比2%的施用量改沙效果较好,适当添加羊粪等有机物料其改沙效果可进一步提高。
[Abstract]:This paper deals with the application of sandy soil and the development of sandy crops due to poor nutrient , easy flow and poor water retention . The research results are as follows : 1 . The carbonization process of biological carbon is the process of enhancing the quality of soil .
the pH value , the total pore volume , the average pore size and the specific surface area are increased ;
The content of N , H , O , S and the yield of biochar decreased . Among them , the whole P , total K , effective P , quick - acting K and organic C content of biochar at 900 鈩，

本文编号：1715300