生物炭對農(nóng)田土壤氮素遷移及氨氧化作用的影響.pdf

1、為了取得更高的糧食產(chǎn)量，氮素肥料被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但是也相應(yīng)帶來了許多負(fù)面效應(yīng)。氮肥利用率低導(dǎo)致的營養(yǎng)物質(zhì)淋失，進而污染地表地下水資源是最主要的表現(xiàn)形式，對農(nóng)業(yè)環(huán)境造成了巨大威脅。因此，尋求一種能吸附固持土壤中氮素的高效、經(jīng)濟的處理方法，最大限度的減少土壤氮素?fù)p失、提高氮肥利用率以及治理無機氮污染是目前迫切需要解決的問題之一。
　　近年來，生物炭作為一種土壤改良劑越來越受到人們的關(guān)注。生物炭主要是以植物或其他農(nóng)業(yè)廢棄物為原材料

2、，在限氧或無氧、高溫條件下形成的富含碳的物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、多孔、比表面積大，對NO3-和NH4+具有較強的吸附能力。因此，本課題考慮采用農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈、玉米芯以及小麥秸稈作為生物炭制備材料，首先開展了玉米秸稈和玉米芯生物炭對水溶液中無機氮的吸附性能研究，研究了其對NH4+-N、NO3--N和 NO2--N的吸附動力學(xué)過程；并用等溫吸附模型對NH4+-N和NO3--N的吸附過程進行擬合，探討制得生物炭對無機氮的吸附機理。結(jié)果表明，40

3、0℃和600℃制得玉米秸稈和玉米芯生物炭均呈堿性，表現(xiàn)為400℃<600℃；同種原材料，與400℃制得生物炭相比，600℃制得生物炭堿性含氧官能團數(shù)量較多，而酸性含氧官能團數(shù)量較少。400℃制得生物炭對NH4+-N的吸附能力較強（玉米秸稈和玉米芯生物炭的平衡吸附量分別為4.22和4.09mg/g）；而600℃制得生物炭對NO3--N和NO2--N的吸附能力較強（玉米秸稈和玉米芯生物炭對NO3--N的平衡吸附量分別為0.73和0.63mg

4、/g；對NO2--N的平衡吸附量分別為0.55和0.35mg/g）。與NO3--N和NO2--N相比，玉米秸稈和玉米芯生物炭對NH4+-N的吸附能力更強，4種生物炭對NH4+-N的平衡吸附量是NO3--N/NO2--N的4.29～20.2倍。4種生物炭對NH4+-N和NO3--N的吸附均符合準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型，以化學(xué)吸附為主。等溫吸附模型擬合研究表明，玉米秸稈和玉米芯生物炭對水溶液中NH4+-N和NO3--N的吸附過程均可用Freun

5、dlich模型描述，其在生物炭表面的吸附是多分子層吸附。
　　為了深入研究玉米秸稈生物炭及其老化對農(nóng)田土壤氮素遷移的影響，開展了柱狀淋濾實驗。研究表明：生物炭能減少土壤無機氮的淋失；在淋濾過程中，無機氮淋失量和淋濾液pH均呈單峰形式變化，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；與對照相比，添加新鮮和老化生物炭均使土柱銨態(tài)氮淋失量達(dá)到峰值的時間推遲，起到了緩釋作用；而老化生物炭的這一作用表現(xiàn)較新鮮生物炭更顯著。對于硝態(tài)氮而言，添加老化生物炭土柱淋失

6、量達(dá)到峰值的時間，與對照相同；而添加新鮮生物炭土柱淋失量達(dá)到峰值的時間，較對照提前。老化生物炭對提高氮肥利用率和減少氮肥淋失具有更加積極的作用；40天的淋濾實驗后，在土柱表層土壤中，添加老化生物炭處理的氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量和脲酶活性都較添加新鮮生物炭處理大；而在深層土壤中（5cm以下），則相反；其原因為與新鮮生物炭相比，老化生物炭對銨態(tài)氮具有更強的吸附能力，更能抑制其遷移；土柱各分層氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量和脲酶活性的分布特征可

7、能與銨態(tài)氮的縱向遷移及其分布有關(guān)。
　　為了探索小麥秸稈生物炭對農(nóng)田土壤氨氧化作用的影響，將小麥秸稈生物炭按0％、2%、5%和10%的比例與土壤室內(nèi)混合培養(yǎng)，定期采集土樣，并測定其氨氧化速率、氨氧化細(xì)菌數(shù)量、脲酶活性、無機氮含量及pH變化，進一步揭示添加生物炭條件下，土壤氨氧化作用變化的機理。研究表明：小麥秸稈生物炭顯著促進了該堿性農(nóng)田土壤的氨氧化速率，且隨培養(yǎng)時間的延長而增大；添加小麥秸稈生物炭后，除銨態(tài)氮含量外，氨氧化細(xì)菌數(shù)量