生物炭對土壤氮素固持轉(zhuǎn)化影響的模擬研究.pdf

1、土壤氮(N)素是作物生長和產(chǎn)量提高的最重要營養(yǎng)元素，然而，大量施用氮肥可引起地表水及地下水等嚴(yán)重的環(huán)境問題，影響著農(nóng)田土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量。生物炭具有促進(jìn)土壤氮固持、減少硝態(tài)氮(NO3--N)淋失等作用，然而生物炭對土壤氮素的固持轉(zhuǎn)化機(jī)制還不確定。因此，研究生物炭對土壤氮素固持轉(zhuǎn)化作用機(jī)制，成為提高農(nóng)田氮素利用率、減少氮素流失量的迫切需要。本研究采用小麥秸稈、玉米秸稈、花生殼三種原料在400℃、500℃、600℃、700℃熱解溫度下制

2、備得到不同類型生物炭，研究了制備原料、熱解溫度對生物炭產(chǎn)率、元素含量、灰分含量、pH值、陽離子交換量(CEC)及比表面積等特征的影響。同時(shí)，利用吸附試驗(yàn)、土柱淋溶模擬試驗(yàn)以及室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究生物炭對無機(jī)氮素的吸附能力、對土壤NO3-N固持轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響以及對土壤微生物學(xué)特征的影響等，深入探討生物炭對農(nóng)田土壤氮素的固持轉(zhuǎn)化作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)制備原料、熱解溫度顯著影響生物炭理化性質(zhì)。隨著熱解溫度從400℃升高至

3、700℃，生物炭產(chǎn)率及元素氮、氫、氧含量均逐漸降低，而生物炭灰分含量、pH值及碳元素含量則表現(xiàn)為逐漸升高;同時(shí)，玉米秸稈生物炭電導(dǎo)率、陽離子交換量(CEC)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小麥秸稈生物炭和花生殼生物炭，但是比表面積卻低于后兩者。
　　(2)各種類型生物炭均能夠吸附水溶液中銨態(tài)氮(NH4+-N)，吸附特征符合Freundlich吸附等溫線，生物炭吸附能力由大到小表現(xiàn)為玉米秸稈生物炭＞花生殼生物炭＞小麥秸稈生物炭，且三種原料制備的生物炭均表現(xiàn)

4、為隨著熱解溫度的升高，對NH4-N吸附量下降，在50 mg NH4+ L-1溶液中，玉米秸稈生物炭能夠吸附2.3 mg NH4+-N g-1;但是，本論文制備的生物炭均不具備吸附水溶液中NO3--N的能力，甚至在高濃度條件下(＞300 mg NO3-L-1)向溶液中釋放NO3-N。
　　(3)生物炭能夠有效地增加土壤的持水能力、提高微生物量含量，促進(jìn)土壤氮固持能力。淋溶實(shí)驗(yàn)過程中，與對照相比，添加2％、4％、8％比例的生物炭處理的

5、土柱累積淋溶液體積分別減少了7.0％、12.0％、19.2％，NO3--N累積淋失的純N量分別為49.1、44.1、38.4 mg，NO3--N累積淋失量分別減少了14.9％、23.5％、33.3％，增加微生物量碳、氮含量分別為7.1％-21.0％、18.7％-51.8％。
　　(4)生物炭對不同類型土壤生化性質(zhì)及微生物學(xué)特征影響差異顯著。對于土壤pH值，生物炭能夠顯著提高紅壤pH值，添加4％比例的生物炭提高土壤pH值達(dá)17.2％

6、，而對黑土影響不明顯，增加比例僅為2.7％;對于土壤有機(jī)質(zhì)含量，添加1％、2％、4％比例的生物炭能夠顯著提高紅壤、黑土有機(jī)質(zhì)含量，分別為4.0％-85.4％、17.8％-58.4％;對于土壤可溶性碳含量，生物炭降低紅壤可溶性碳含量為34.0-154.5 mgkg-1，提高黑土中可溶性碳含量分別為5.7％-25.3％;對于土壤可溶性氮，添加1％、2％、4％比例的生物炭能夠降低紅壤、黑土中可溶性氮含量分別為7.8％-16.4％、21.1％-

7、31.5％;對于土壤全氮，生物炭能夠不同程度的提高紅壤、黑土中的全氮含量;不同土壤類型對生物炭固持無機(jī)氮的反應(yīng)差別迥異，添加生物炭對紅壤中NH4--N和NO3--N影響不顯著，對黑土中NH4+-N影響不顯著，但可降低NO3--N含量;對微生物碳氮含量而言，生物炭能夠降低紅壤中微生物量碳、氮含量，提高黑土中微生物量碳含量，對培養(yǎng)末期微生物量氮含量影響不顯著;生物炭能夠抑制紅壤中的呼吸速率，促進(jìn)黑土的呼吸速率;添加生物炭抑制紅壤中PLFA總