生物炭对土壤微生物特性影响的研究进展

生物炭是在低氧条件下生物质经过热裂解得到的含碳丰富的产品,可提高土壤酸碱度,具有保水保肥及改善土壤微生物特性等功能。综述了生物炭对土壤微生物生物量、微生物群落结构及土壤酶活性的影响,多数研究表明:生物炭的碱性性质及多孔性质提供了适宜微生物生长的微环境,从而增加了土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮等的含量; 生物炭含有的营养物质及多孔性质,促进了土壤中细菌及某些功能菌的生长,但同时生物炭中含有的重金属及多环芳烃等有毒物质对细菌生长存在抑制作用; 相比于土壤细菌,生物炭碳氮比(C/N)高、含大量难降解碳化合物,则有利于土壤真菌生长,并且生物炭具有的较大孔隙度,为真菌菌丝提供了附着位点; 生物炭对微生物的促进作用间接提高了土壤中脱氢酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶等土壤酶活性。因此,未来应进一步探索生物炭与土壤微生物之间的相互作用机理,深入了解生物炭的土壤改良作用,深化对土壤微生物多样性的认识。     

玉米和小麦秸秆生物炭对土壤重金属污染修复实验研究

为揭示不同秸秆生物炭对土壤中重金属污染修复的效果和机理,文章取矿山附近农田酸性土壤,以质量比5％ 分别施加玉米秸秆生物炭(maize biochar,MBC)和小麦秸秆生物炭(wheat biochar,WBC),并在培养10、25、40、55 d后取样分析土壤物理、化学性质和重金属形态变化,比较2种生物炭对Hg、Cd...     

农田土壤固碳及其影响因子研究进展

固碳过程对于改善土壤质量、维持农田生态系统、保障全球粮食安全、缓解气候变化趋势等至关重要。本文介绍了农田土壤的生物与非生物固碳过程,阐述了土壤质地、水热变化、全球变暖和人为因素对农田土壤固碳过程的影响。总结了目前较受重视的一些农田固碳措施（施肥、灌溉、秸秆还田、生物炭质施入等）及其对农田土壤固碳能力的改善和应用中存在的问题,并对今后的相关研究作出展望。     

碱性Cd污染农田原位稳定化修复研究

围绕碱性农田重金属Cd污染原位稳定化修复技术,通过实验室小试筛选出以椰壳生物炭为核心材料的稳定剂应用于修复重金属Cd污染的碱性土壤,并进一步探究了施加稳定剂对于小麦生长的影响.研究结果表明,随着稳定剂施加量的增加重金属Cd钝化效果显著增加,在施加量为2%时,椰壳生物炭对土壤有效态Cd钝化率达到99.08%,远高于木质生物炭、硅肥以及钙镁磷肥.稳定化修复后,土壤中Cd由生物可利用性较高的形态向稳定的结合态转化,降低土壤环境风险.此外椰壳生物炭的施加还可以促进小麦生长,降低小麦体内Cd含量,稳定剂施加量为1.5%时,与对照组相比小麦根中Cd含量降低64.31%,地上部Cd含量降低69.60%.本研究筛选的椰壳生物炭作为稳定剂不仅能够实现Cd污染碱性农田的持效性修复,还能够显著改善土壤结构并提高土壤肥力,促进小麦生长,为以后该技术在我国北方大面积重金属污染碱性农田的修复及规模化应用提供支持.     

生物炭材料及其在水体中污染物去除领域的应用

<正>生物炭是由生物质在无氧或者缺氧条件下热处理得到的固体碳质材料,已广泛应用于土壤改良、土壤修复、水污染处理、作物增产、碳固定等领域。生物质热解碳化后形成的生物炭具有较高含量且稳定的碳,可降低由生物质燃烧和自然降解所产生的碳排放(碳负性)。施加到土壤中的生物炭可将碳储存在土壤中,并同时改良和(或)修复土壤。此外,生物质热解过程中产生的生物油和合成气可作为替代化石燃     

生物炭在矿区农田土壤中与镉的纵向共迁移行为

以广东韶关大宝山矿山废水污染的农田为研究对象,利用超纯水和甲苯/甲醇提取的溶解性有机质(DOM)的三维荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术,追踪荔枝树枝生物炭1年内在土壤层0~100 cm深度范围的迁移行为及其协同重金属镉(Cd)的纵向迁移性质. 结果表明:生物炭增加了0~60 cm深土壤层溶解性有机碳(DOC)的质量分数,增加了表层土壤的pH,对深层土壤pH无明显影响;EEM-PARAFAC解析得到3个DOM组分(1个类蛋白和2个类腐殖质组分),生物炭的添加增大了0~60 cm深土壤层类腐殖质的质量分数;并且甲苯/甲醇提取的DOM在0~60 cm深土壤层中均检测出生物炭特有的多环芳烃结构,说明生物炭在1年内发生了明显的纵向迁移;生物炭能够有效降低0~20 cm深土壤中有效态Cd的质量分数,但20~60 cm深土层中有效态Cd与对照组的相比最高增加了148%左右. 研究表明:需要特别关注生物炭协同重金属在土壤中纵向迁移行为所带来的环境影响.     

杨树人工林沼液和生物炭混施对表层土壤活性有机碳的影响

人工林施肥是一种重要的经营管理措施,而近年来沼液的处理与生物炭肥的使用也引起了人们广泛关注。在苏北杨树人工林集中分布区开展了沼液(施用量为0、125、250、375 m³/hm²)和生物炭(施用量为0、40、80、120 t/hm²)交互肥效实验,结果表明:①在所有沼液施肥水平中,生物炭的施用增加了表层土壤的活性有机碳,并提高了土壤微生物生物量碳氮比,使得微生物群落向真菌主导类型发展; ②在所有沼液施肥水平中,生物炭的添加显著提高了表层土壤(0～10 cm)的pH,促进了土壤的氮矿化和硝化作用; ③沼液和生物炭对土壤活性有机碳和pH具有显著的交互效应。因此,沼液和生物炭混施能进一步促进土壤活性有机碳的含量,改良土壤肥力,提高人工林生态系统生产力。     

基于Meta分析的农田秸秆输入方式对中国旱作农田土壤呼吸的影响

目的 研究农田秸秆输入后对中国旱作农田土壤呼吸的影响，为准确理解中国旱田农业生态系统碳排放提供重要的数据支撑和理论依据。方法 基于国内外已发表的83篇研究论文，利用Meta分析技术分析农田秸秆输入后土壤呼吸改变量与土壤温度、土壤水分、土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)和土壤微生物量碳(Soil Microbial Biomass Carbon, MBC)改变量之间的内在联系。结果与结论与传统耕作秸秆不输入(CT)相比，传统耕作秸秆输入(CTS)、传统耕作秸秆粉碎输入(CTCS)、传统耕作秸秆覆盖输入(CTMS)、传统耕作秸秆粉碎覆盖输入(CTMCS)、传统耕作生物炭输入(B)、传统耕作生物炭+秸秆输入(BS)、传统耕作+覆膜(F)和传统耕作+覆膜+秸秆输入(FS)对土壤呼吸、土壤温度、土壤水分、SOC和MBC影响显著。农田土壤呼吸在CTS, CTCS, CTMS, CTMCS, BS, F和FS处理下增加了7.1%～111.4%,在B处理下减少了9.6%,平均增加了17.7%;土壤温度只在CTCS下减少了5.7%,在其他处理下的影响不显著。土壤水分在CTCS...     

生物炭农田利用领域的研究热点与趋势：基于文献计量学的可视化分析

生物炭素有“黑色黄金”之称,在农业领域得到广泛应用。为了揭示生物炭农田应用领域研究热点与发展趋势,本文利用文献计量学方法和CiteSpace软件系统梳理了该领域主要研究力量(国家、机构、作者),归纳了该领域的主要研究主题。研究发现：1)在生物炭农田利用领域,中国学者表现十分活跃,但国际影响力有待进一步加强。2)经过15年的发展,该领域涌现出大量研究热点和研究前沿,主要有(1)2007-2011年间的研究热点是生物炭的土壤改良效果,该阶段的研究前沿是污泥基生物炭的安全施用与土壤改良效果。(2)2012-2016年间的研究热点是生物炭的碳封存与温室气体减排效应,该阶段的研究前沿是温室气体的转化与减排机理。(3)2017-2021年间的研究热点是生物炭的土壤修复效果,该阶段的研究前沿是生物炭(改性生物炭、生物炭复合物等)对重金属、有机污染物的矿化/降解机理。     

松木生物炭联合油菜修复铅污染农田的效应

本研究旨在探究松木生物炭联合油菜修复Pb污染农田土壤的效应。在湖南省湘潭县某地的Pb污染农田中施用不同量(0、200、400、600 g/m²)的松木生物炭改良土壤,研究了松木生物炭对油菜生物量、根际土壤中Pb质量比与形态分布及油菜各器官中Pb的累积和转运的影响。结果表明:施用400和600 g/m²松木生物炭显著降低了油菜根际土壤中Pb的质量比,且Pb的质量比低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中规定的Pb的风险筛选值。松木生物炭增加了油菜根际土壤中Pb的可还原态比例,降低了其残渣态比例,促进了油菜植株对Pb的吸收和累积;400和600 g/m²生物炭处理的植株中Pb总量较对照组显著增加,植株的生长受到抑制。生物炭改变了Pb在油菜器官中的累积与分配格局;油菜根、茎部位中Pb的质量比增加,而籽粒中Pb的质量比显著降低;400 g/m²生物炭处理的籽粒中Pb的质量比达到最小值。这些结果综合表明,施用≥400 g/m²的松木生物炭联合油菜可以修复Pb污染农田,且显著降低油菜籽粒中Pb的质量比。     

我国农作物残体制生物炭的固碳潜势和环境影响

应用生命周期评价方法并结合Gabi软件量化了我国农作物残体在生物炭制备及其土壤应用过程中的固碳潜势和环境影响.结果表明:生物炭系统的年度GWP100值(100年尺度下的全球变暖潜势)可达-921.66kg CO2e,能显著提高我国的固碳量;碳负性的实现主要依赖于所产生的生物油和热解气抵消燃煤发电,以及生物炭入土实现的碳固存,其中,生物炭产率对整个系统固碳潜势的影响最大;生物炭系统对人类毒性潜势、酸化潜势等环境问题均有改善和缓解;生物炭应用的环境可行性较强.     

喀斯特石漠化山地退化土壤生态修复研究进展

喀斯特山地特殊的地质地貌和气候特点导致其土壤发育缓慢、土层浅薄、水土流失严重,在人为活动干扰下极易退化形成石漠化景观。笔者分析了喀斯特石漠化成因与治理措施,喀斯特山地土壤特点及存在的问题,总结了喀斯特山地退化土壤不同类型修复技术和修复措施对土壤理化性质及微生物特性的改良作用,并通过收集相关文献数据,采用Meta统计分析方法,比较和分析了生物炭、化肥、有机肥、化肥有机肥混施、生物炭基肥、生物覆盖和生物结皮等不同措施对喀斯特退化土壤物理性质、土壤水分、土壤侵蚀、土壤肥力、土壤微生物群落结构组成和类群多样性的影响差异和作用机理。总结认为:喀斯特山地土壤生态系统是植被恢复的重要基础,改善土壤质量是提升喀斯特植被生态修复成效的主要技术措施之一。施用生物炭和生物结皮技术可降低土壤容重,增加土壤孔隙度和保水性能,具有显著的土壤改良效应;施用生物炭和生物炭基肥对土壤肥力的改良效应更为显著;生物覆盖技术可显著降低土壤侵蚀量。今后应在不同区域喀斯特山地退化土壤生态修复关键限制因子辨识、土壤改良集成技术对喀斯特退化土壤的生态修复效果、新型生物炭基菌肥研发、土壤固碳增汇技术等领域开展进一步研究。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物量及碳源代谢多样性的影响

生物炭不仅可以改良土壤理化性质,并且能够帮助土壤长期固碳从而减缓温室气体的排放。以江苏东台杨树人工林土壤为对象,设计4种生物炭添加量CK(0)、T1(40 t/hm²)、T2(80 t/hm²)、T3(120 t/hm²),探究生物炭及其季节动态变化对土壤理化性质、微生物量和碳源代谢的影响。结果表明:生物炭施入降低土壤含水率,却使得土壤pH升高; 生物炭导致土壤微生物量氮(SMBN)下降,并且SMBN具有明显季节动态变化,即冬春偏高、夏秋相对较低; 而生物炭没有明显改变土壤微生物量碳(SMBC),但SMBC季节动态变化明显。高浓度生物炭(T3)显著提高了微生物在Biolog平板上的AWCD(平均单孔颜色变化率),但对碳源代谢多样性影响不显著。主成分分析表明,相比不同的施炭处理,同一处理季节的差异更显著地影响了微生物碳源的代谢模式。     

松辽流域沉积物和黑炭对萘的吸附

通过375℃热氧化方法,对松辽流域6种沉积物中的黑炭进行了分离定量,并研究了沉积物和黑炭对萘的吸附行为。结果表明,沉积物中黑炭占总有机碳的质量分数为0.091 3~0.374 0,平均值为0.205 0。所有沉积物和黑炭样品对萘均表现为非线性吸附,Freundlich模型对吸附数据的拟合效果很好。与原始沉积物相比,黑炭对萘的吸附非线性更强,n值为0.629~0.827,说明黑炭比沉积物具有更多的非均质性的吸附位。在给定浓度Ce下,黑炭的吸附能力参数Koc值较沉积物样品高,表明黑炭对萘的吸附能力更强。萘的Kf值与沉积物有机碳含量存在很好的正相关关系(R2=0.990,p0.001),揭示了沉积物有机碳含量在萘吸附能力中的重要性。本研究为预测多环芳烃在环境中的分布特征和最终归趋提供了理论依据。     

有碳中和功能的水热炭复合肥技术路线

本文提出了一种水热炭复合肥(Hydrothermal Carbon Compound Fertilizer,HCCF)技术路线,以农作物秸秆等农林废弃物为原料,采用水热法把生物质转化为富含腐殖酸的水热炭(褐煤),将其作为底物与氮、磷、钾等肥料成分复合,生产长效、缓释的水热炭复合肥。将该肥料施用于农田,可提高土壤肥力,改善土壤的团粒结构。水热炭复合肥是一种有商业价值的负碳产品,可以大规模生产,以提升土壤碳汇,储碳于田,促进碳中和目标达成,同时具有高产、环保和生态等多方面的效益,推进生态、有机和可持续农业的发展。     

生物炭的稳定性及其评价方法

围绕生物炭稳定性概念,论述了其影响因素,并对比分析生物炭稳定性的研究方法及预测模型。结果表明,生物炭稳定性的基础是其具有高度芳香化结构和土壤团聚体的保护作用,温度、原料及环境条件是影响生物炭稳定性的主要因素,生物炭稳定性最优评估方法为同位素标记法和双指数模型相结合,但其仍具有一定的局限性。在此基础上,指出不同土壤类型、轮作方式及预测模型是当前生物炭稳定性研究的前沿领域和深化方向。     

金属盐类对玉米芯水热炭化过程的影响

以生物质玉米芯为原料,研究水热炭化法制备生物炭技术特点.在180~230℃水热条件下,分别以水、氯化铝和氯化锌溶液为液相进行了生物炭化过程实验,检验了温度和液相因素的影响,使用元素分析、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等技术对生成生物炭的化学及结构变化特性进行了分析和表征.所得生物炭产率为30.3%~50.12%,碳含量为44.26%~63.72%、C/O为0.89%~2.08%、C/H为7.26%~14.19%,热值为17.14~24.37 m J/kg.与水相比,在金属盐类溶液中较低的温度下可生成有较高碳含量和热值的生物炭,在环境扫描电镜中发现该类生物炭呈现较多的球形结构,其中氯化铝对生物炭化过程影响显著.研究为生物质的水热碳化过程合理化提供技术参考.     

生物炭对温室黄瓜酸化土壤的改良效应

为确定生物炭对酸化土壤的改良效果,以pH 5.63和pH 5.10的温室黄瓜连作后的土壤为研究对象,分别添加不同比例的生物炭,m(生物炭)∶m(土壤)=1∶100,3∶100,5∶100,以不添加生物炭的土壤为对照。采用温室内塑料钵培养的方法,研究不同生物炭添加量对酸化土壤改良效应。结果表明,不同生物炭添加量都可以提高酸化土壤的pH,阳离子交换量、交换性盐基总量和有机质的质量,降低土壤交换性酸总量,交换性Al~(3+)的量和交换性H~+的量。土壤pH与土壤交换性酸总量、交换性Al~(3+)的量和交换性H~+的量呈负相关;与土壤阳离子交换量、有机碳的质量和交换性盐基总量呈正相关。培养结束后,pH 5.63的土壤m(生物炭)∶m(土壤)=1∶100,3∶100,5∶100分别比对照的pH提高了8.5%,11.2%,17.2%;而pH 5.10的土壤m(生物炭)∶m(土壤)=1∶100,3∶100,5∶100,分别比对照的pH提高了13.5%,18.0%,20.4%。2种土壤均以m(生物炭)∶m(土壤)=5∶100处理效果最显著,而且对酸化严重的土壤改良效果更明显。     

秸秆生物炭及秸秆对大豆生长及土壤微生物活性的影响

为了明确不同秸秆利用方式对作物生长及土壤微生物的影响,采用盆栽试验,研究秸秆直接添加和秸秆生物炭添加对大豆生长状况、根际土壤有机碳及微生物群落功能多样性的影响.结果表明:秸秆生物炭添加(MB和WB)能有效提高大豆盛花期地下生物量.秸秆直接添加(M和W)能显著增加大豆花期根际土壤有机碳的含量,玉米秸秆直接添加处理(M)下的有机碳含量最高,为21.15 mg/g.大豆成熟期,秸秆生物炭添加处理(MB和WB)下土壤有机碳含量较空白处理(CK)显著增加,玉米秸秆添加处理(M)下根际土壤有机碳含量显著高于小麦秸秆添加处理(W).不同秸秆利用方式下大豆根际土壤平均颜色变化率(AWCD)随时间延长而增加,MB和WB处理较M和W处理能显著提高成熟期大豆根际土壤AWCD值.因此,可利用秸秆生物炭添加改善大豆根际土壤微生物活性,提高土壤碳贮量.     

生物炭修复技术在铅污染土壤及植物生长中的应用研究

为了探讨生物炭对铅污染土壤的修复效果,以耕作农田土壤为供试土壤,分别向其中加入200mg·L~(-1)与1 000mg·L~(-1)铅溶液进行人为污染,采用1%、5%生物炭修复剂BC400(中药渣生物炭与花生壳生物炭1:1)进行修复处理,分析测定了印度芥菜(Brassica juncea)生长前后土壤pH值、土壤铅含量、种子萌发率以及植物体内铅含量的变化.研究结果发现,人为加铅污染后,土壤pH值下降、NH_4NO_3浸提态铅含量上升、植物株高、茎粗均下降,植物体内重金属含量上升.加入生物炭修复剂后,可有效改善土壤pH值,提高种子萌发率及植株的高度和茎的粗度,显著降低NH_4NO_3浸提态铅含量、植物铅含量,且5%生物炭修复剂的改善效果优于1%.生物炭应用可铅污染土壤,有效降低重金属对植物生胁迫作用,可用于重金属污染土壤的生物修复.