氧化改性生物炭对设施菜地土壤氮素淋失的阻控作用与机制

基本信息
批准号:41571292
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:张贵龙
学科分类:
依托单位:农业农村部环境保护科研监测所
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杨殿林,孙约兵,李洁,陈昢圳,姚金玲,魏琳琳
关键词:
氮素循环生物质炭肥料利用率土壤养分流失
结项摘要

Large numbers application, low use efficiency and serious leaching loss of nitrogenous fertilizer, has been serious problems in greenhouse vegetable cultivation. Regulatory roles of biochar on soil nitrogen cycle that has made people realize the potential resistance of control soil nitrogen leaching, but its mechanism is not clear enough.On the basis of previous studies, we think that retention caused by surface physical and chemical properties of biochar and its cooperation with soil microbial may be an important mechanism for biochar control soil nitrogen leaching. Therefore, the essentail issues of studying the effect of biochar on soil nitrogen cycle are how to improve capacity of the retention and show process of the retention.This project intends to treat peanut shell biochar as resrarch materials to improve the retention of biochar through optimization, removing the impurities and oxidation.To design a solid-liquid adsorption system of biochar to nitrogen, to detecte and show the rules of nitrogen accumulation on surface of biochar by scanning electron microscope and spectrum analysis, are to analyze the relationship between physicochemical factors on biochar surface and the sorption of nitrogen. Nitrogen is loaded to biochar by adsorption to make sure that biochar as a nitrogen pool. The function and mechanism of biochar to soil nitrogen cycle can be revealed through setting of indoor soil culture and field plot test, monitoring diversity changes of soil microbial responsible for nitrogen transformation under the condition of application the biochar that with nitrogen, and verifying the effect of biochar control soil nitrogen leaching. Results of the project will provide a new ideas to improve nitrogen fertilizer use efficency in greehoue vegetable cultivation.

氮肥投入量大、利用效率低、淋溶损失严重一直是设施蔬菜生产中致力客服的难题。生物炭对土壤氮素循环的调控作用使人们看到其阻控土壤氮素淋失的潜力,但其作用机制尚未获得共识。基于先前研究,初步认定“生物炭表面特异的理化因子及与微生物互助形成的吸持作用可能是其阻控氮素行为的重要机制”。如何提高这种吸持能力和表征其过程是生物炭影响氮素循环研究的关键问题。本研究拟以花生壳生物炭为材料,对其优选去杂、氧化改性,提高吸持能力。设计生物炭对氮素的固液相吸附体系,借助电镜扫描、光谱分析等技术观察与表征氮素在生物炭表面的累积规律,解析其表面理化因子与氮素吸持的关系。通过吸持作用将氮素锚定于生物炭表面,使其作为氮素贮库。设置土壤培养和田间试验,监测氮转化相关微生物对载氮生物炭输入的响应特征,验证生物炭对氮素土壤淋移的阻控效应,揭示生物炭影响土壤氮素行为的作用与机制。为设施蔬菜生产氮肥高效管理提供新的思路。

项目摘要

本研究在高温(500℃)充N2条件下热解制备花生壳生物炭(PBC),经HCl、H2SO4和H2O2氧化得改性生物炭(HCl-PBC、H2SO4-PBC和H2O2-PBC)。探索氧化剂对生物炭的改性效果,解析氧化改性生物炭吸附铵态氮和硝态氮性能与机制,揭示载氮生物炭对土壤微生物的影响及缓控土壤氮素循环的作用。结果表明:HCl、H2SO4和H2O2处理有效清除生物炭表面灰分,增加可固定碳48.6%-68.8%,增大比表面积10.8%-18.5%,增加C=O、-COO等含氧官能团,降低pHpzc和pH。H2O2处理增大生物炭表面O/C和(O+N)/C值,增强生物炭的亲水性和极性,HCL和H2SO4处理引起过氧化作用,破坏生物炭的大孔。改性效果表现为H2O2>HCL>H2SO4。氧化剂处理显著增强生物炭对NH4+-N和NO3--N吸附能力。Langmuir方程均较好地描述等温吸附行为,吸附动态分别符合伪一级、二级方程。以单层物理吸附为主,同时伴随一定的化学吸附,大比表面积提供多吸附位点和丰富的孔隙扩散作用,是其吸附NO3--N和NH4+-N的主要因素,表面-OH通过静电引力、C-O或C=O通过羰胺缩合或亚甲基缩合、-CH3通过共轭效应等生成-C=C=N、-C=N及-C-N键等吸附NH4+-N。表面-OH、C=C或C=O通过形成氢键及π-π共轭方式、离子交换等吸附NO3--N。吸附能力表现为H2O2-PBC>H2SO4-PBC>HCL-PBC。适量添加载氮生物炭能够促进土壤真菌、细菌的生长繁殖,而高量施用对其生长代谢产生抑制作用。添加载氮生物炭显著增加土壤中全氮、硝态氮和铵态氮含量。小白菜生物量增加5.4%~8.7%,土壤硝态氮淋失量较等氮量尿素降低75.6%~90.4%,土壤N2O排放量降低3.8%~52.1%,CO2排放增高27.6%-63.1%,CH4排放得到有效抑制。土壤固碳潜力(SOCP)增加16.9%-20.2%,净温室综合效应(GWP)降低1.8%~10.2%,温室气体排放强度(GHGI)降低5.3%~16.2%。载氮生物炭能满足作物对氮素需求,增加土壤固碳潜力,降低温室气体排放,阻控土壤氮素淋溶损失。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
4

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
5

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019

张贵龙的其他基金

相似国自然基金

1

生物质炭对菜地土壤氮素流失的阻控及其影响机理研究

批准号:41401338
批准年份:2014
负责人:陆扣萍
学科分类:D0710
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

不同施肥模式下设施菜地可溶性氮素组成及其淋失过程模拟

批准号:41807009
批准年份:2018
负责人:梁浩
学科分类:D0709
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
3

生物炭对养分冗余菜地土壤氮素的调控作用及其机理

批准号:41501320
批准年份:2015
负责人:俞映倞
学科分类:D0710
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

深根型填闲作物阻控设施蔬菜土壤氮素淋溶的机制及影响因素研究

批准号:30940048
批准年份:2009
负责人:张丽娟
学科分类:C1513
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目