花生殼生物炭對(duì)中國(guó)北方酸化土壤硝化過(guò)程的作用機(jī)制研究.pdf

1、生物炭(biochar)是指生物質(zhì)在限氧條件下經(jīng)過(guò)慢速熱解而形成的一種穩(wěn)定的、高度芳香化的、難熔的碳質(zhì)材料。由于生物炭具有較大的孔隙度和比表面積，大量的表面負(fù)電荷和較高的陽(yáng)離子交換量，使其在固碳減排、土壤改良和環(huán)境修復(fù)等方面都展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，從而成為環(huán)境、能源和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文以農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物花生殼為原料，在不同溫度(200-600℃)下制備生物炭，系統(tǒng)研究了生物炭的理化性質(zhì)隨溫度的變化規(guī)律。針對(duì)我國(guó)北方土壤酸化加劇和氮素生

2、物有效性偏低等問(wèn)題，選取山東招遠(yuǎn)市果園酸化土壤為研究對(duì)象，以400℃制備的花生殼生物炭為供試原料，按照不同比例（1％，3％和5％）添加到酸化土壤中，系統(tǒng)研究了其對(duì)酸化果園土壤理化性質(zhì)、土壤硝化作用、作物生長(zhǎng)以及氮素生物有效性的影響。研究結(jié)果以期為生物炭在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用提供重要的理論數(shù)據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)生物炭的產(chǎn)率、氫(H)、氧(O)和氮(N)含量和CEC都隨溫度升高而降低;生物炭的碳(C)含量、pH、灰分含量和比

3、表面積都隨溫度升高而升高。
　　(2)花生殼生物炭顯著提高了供試土壤pH，CEC和有機(jī)質(zhì)含量，提高幅度分別為5.22-22.7％，11.4-15.4％和25.9-80.2％。不同生物炭添加量下，5％添加量的效果最顯著。生物炭含有的灰分物質(zhì)是導(dǎo)致土壤pH升高的重要因素之一。
　　(3)不同添加量的生物炭均促進(jìn)了土壤總微生物活性，其中以3％添加量的促進(jìn)效應(yīng)最顯著。1％和3％添加量的生物炭均不同程度上提高了土壤微生物的平均顏色變化

4、率(AWCD)，物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，其中均以3％處理組效果最明顯，顯著高于其他三個(gè)處理組。5％BC處理組顯著降低了微生物的(AWCD)，均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。
　　(4)針對(duì)目前過(guò)量施用氮肥，造成土壤硝化過(guò)程加劇，導(dǎo)致土壤酸化的問(wèn)題，開(kāi)展了生物炭對(duì)土壤硝化作用的研究。結(jié)果表明:生物炭的添加減弱了酸化土壤的硝化作用。一方面是因?yàn)橥寥乐械纳锾客ㄟ^(guò)吸附作用減少了硝化作用底物NH4+-N的含量;另外一方面，生物炭的

5、加入減少了酸化土壤中氨氧化細(xì)菌(AOB)的數(shù)量，減少幅度達(dá)到到2-4個(gè)數(shù)量級(jí)。和原生物炭相比，無(wú)酚類(lèi)化合物(PHCs)生物炭(BC-PH)顯著提高了土壤AOB的豐度，提高幅度達(dá)到3個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)也增加了AOB群落結(jié)構(gòu)的多樣性，并改變了AOB的群落結(jié)構(gòu);無(wú)芳香烴類(lèi)化合物(PAHs)生物炭(BC-PA)處理中土壤的AOB豐度沒(méi)明顯變化。
　　(5)針對(duì)制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的氮素生物有效性低問(wèn)題。通過(guò)盆栽試驗(yàn)，探討了不同添加量（0％、1％

6、、3％和5％）的花生殼生物炭對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育、根系形態(tài)、根際土壤環(huán)境和氮素生物有效性的影響。結(jié)果表明，施用生物炭提高了油菜的總生物量、總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根平均直徑，提高幅度分別為2.8-20.8％、36.3-71.1％、35.7-69.7％，73.5-81.8％和10.9-59.7％，其中，均以3％BC處理增幅最高，5％BC處理增幅最低。生物炭的添加還明顯降低了氮素的吸收有效性，下降幅度為19.8-41.2％，卻明顯增加了氮素的利