生物质炭对土壤和土壤微生物影响的研究进展
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生物炭制备及其应用在土壤修复中的研究生物炭是一种来源于生物质的碳质材料,在高温、无氧的条件下制备而成。
它具有良好的环境友好性和生物活性,因此近年来被广泛应用于土壤修复、肥料改良等领域。
本文将探讨生物炭的制备和应用在土壤修复中的研究进展。
一、生物炭的制备生物炭的制备原料主要包括木材、秸秆、稻壳等生物质,在高温(400-600℃)的条件下进行炭化反应,得到具有良好吸附性、孔隙结构和稳定性的生物炭。
其中,生物炭的物理化学性质受到原料、制备温度、加热速率等因素的影响。
在生物炭的制备过程中,还可以添加一些微生物菌剂、化学物质等辅助剂。
这样可以在生物炭中加入微生物菌群,对土壤中的有益微生物起到促进作用,从而达到提高土壤肥力、改善土壤结构的目的。
另外,生物炭还可以添加一些化学物质,如钾肥、磷酸盐等,从而提高肥料的利用率和作用时间。
二、生物炭在土壤修复中的应用由于生物炭具有高度的吸附性、稳定性和生物活性,因此它在土壤修复中有着广泛的应用。
1. 肥料改良生物炭可以通过增加土壤微生物数量和活性,提高土壤有机物含量、酸碱度、肥料吸收力等,从而改善土壤条件,提高作物产量和质量。
实验证明,将生物炭与化肥混合施用,明显提高了水稻和小麦的产量。
2. 污染物吸附生物炭的微观孔隙结构和吸附性能可以吸附检测中的重金属、农药等有害物质,从而减少有害物质对土壤和水体的污染。
近年来,研究者在实验中使用木屑生物炭,对污染水体进行了修复和净化,效果显著。
3. 土壤改良生物炭具有良好的水保持能力和改善土壤结构的作用,可以为有机农业和生态农业提供更加有利的生态环境。
研究表明,生物炭可以改变土壤孔隙度、提高土壤保水能力和通气性,增加土壤含水量和土壤肥力,从而实现对土壤的改良和恢复。
三、总结生物炭是一种新型的土壤修复材料,具有良好的环保和生物促进作用。
本文探讨了生物炭的制备方法和应用领域,并重点介绍了它在土壤修复中的应用。
随着对生物炭的深入研究和推广,相信它将在未来的生态环境修复和农业可持续发展中发挥重要的作用。
生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制一、本文概述本文旨在探讨生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其潜在的作用机制。
生物炭作为一种由生物质经热解或气化产生的富含碳的固体产物,近年来在农业和环境科学领域引起了广泛关注。
由于其具有多孔性、高比表面积和良好的吸附性能,生物炭在改善土壤质量、提高土壤酶活性以及调控土壤微生物群落结构方面显示出巨大潜力。
本文首先介绍了生物炭的基本性质和制备方法,为后续研究提供基础。
接着,通过综述相关文献和实验数据,分析了生物炭对土壤酶活性的影响。
土壤酶作为土壤生物化学反应的重要催化剂,其活性直接影响着土壤中有机物的分解和养分的转化。
本文详细探讨了生物炭对几种关键土壤酶(如脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等)活性的影响及其机制。
本文还重点研究了生物炭对土壤细菌群落的影响。
土壤细菌作为土壤生态系统中最丰富和最重要的微生物类群之一,对土壤肥力和作物生长具有重要影响。
通过高通量测序等现代分子生物学技术,本文分析了生物炭处理下土壤细菌群落结构的变化,并探讨了生物炭对细菌群落多样性和功能的影响及其机制。
本文旨在全面解析生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其作用机制,为生物炭在农业可持续发展和生态环境保护中的应用提供科学依据。
二、生物炭对土壤酶活的影响土壤酶是土壤生物化学反应的重要驱动力,对土壤肥力和微生物活动具有重要影响。
生物炭作为一种新型的土壤改良剂,其对土壤酶活的影响一直是研究热点。
本部分将探讨生物炭对土壤酶活的影响及其可能的作用机制。
生物炭的施入可以显著提高土壤中某些酶的活性。
这主要归因于生物炭的多孔结构和巨大的比表面积,为土壤酶提供了更多的附着位点,从而增强了酶的活性。
生物炭的碱性特性也有助于提高土壤中某些酶的活性,尤其是在酸性土壤中。
生物炭对土壤酶活的影响还与其自身的理化性质密切相关。
生物炭的含碳量、灰分含量、表面官能团等特性都会影响其与土壤酶的相互作用。
例如,生物炭表面的负电荷可以吸引带正电荷的酶分子,从而增强酶的活性。
生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展唐行灿;陈金林【摘要】生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质.生物炭能够影响微生物参与的与土壤有机碳库周转相关的生物地球化学循环过程.生物炭对土壤有机碳和微生物的影响与生物炭性质、施加量、土壤环境条件有关,各研究结论并不一致.一些研究指出施加生物炭可以增加土壤有机碳抵抗微生物降解的稳定性,降低土壤有机碳的矿化速率,具有良好的固碳潜力.然而也有很多学者报道了施加生物炭对土壤微生物性质产生有益的影响,如增加土壤微生物生物量和活性,从而显著提高土壤有机碳的矿化速率.在综述生物炭对土壤本身有机碳分解、土壤有机碳活性和稳定性、土壤团聚体及其稳定性、土壤微生物生物量和活性、土壤微生物群落结构影响的基础上,提出未来的研究需要综合考虑生物炭还田可能带来的潜在环境效益和风险.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2015(042)013【总页数】8页(P153-160)【关键词】生物炭;土壤有机碳;土壤微生物【作者】唐行灿;陈金林【作者单位】南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037【正文语种】中文【中图分类】S154生物炭是生物质在相对低温(<700℃)条件下限氧热解制备的高度芳香化、富含碳元素的黑色固体物质。
生物炭技术为废弃物处理、固碳减排、土壤生态系统功能改善提供了一条新途径。
由于具有高度芳香化结构,生物炭较其他形式的有机添加剂具有更强的抵抗土壤微生物降解的稳定性。
施加生物炭可以改善土壤持水、透气性和土壤团聚体结构,增加酸性土壤pH值[1]。
施加生物炭还能增加贫瘠土壤中养分的生物有效性,原因如下:(1)生物炭的灰分中含有一定量的可溶性营养元素;(2)具有较高阳离子交换量的生物炭通过吸附作用降低了土壤营养元素的淋溶;(3)施加生物炭抑制了土壤氮素通过氨挥发和反硝化作用以气体方式损失;(4)生物炭中含有的易变有机碳组分的分解可释放一定量的养分;(5)施加生物炭为微生物提供了良好的栖息地,增加微生物对氮、磷、硫等元素的固持能力。
内蒙古林业调查设计Inner Mongolia FoFestry Investigation and Design第42卷第4期2019年7月vol.42. No.4July.2019文章编号:1006-6993(2019)04-0101-04生物炭对土壤微生物影响研究进展李怡安,胡华英,周垂帆”(福建农林大学,福建 福州350002)摘要:近年来,生物炭作为土壤改良剂在国际上引起广泛关注。
生物炭施入土壤后可以通过改变土壤的理化性质,直接或间接的影响土壤微生物的生存环境,为微生物提供良好的生长、繁殖空间,从而影响了微生物的丰度、活性以及群落组成,最终提高了作物产量。
文章主要针对生物炭对土壤微生物影响的结果,以及不同种类的生物炭对土壤微生物影响的差异进行阐述,并着眼于当前该领域研究上存在的不足及对未来研究的方向进行了展望。
关键词:生物炭;土壤微生物;微生物活性;微生物群落;微生物功能中图分类号:S71 & 52+1.3 文献标识码:BResearch Progress on the Effect of Biochar on Soil MicroorganismsLI Yian, HU Huaying, ZHOU Chuifan*(Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian Province, China)Abstract: In recent years, biochar as a soil modifier has attracted wide attention in the world. After itsapplication to soil, it can directly or indirectly affect the living environment of soil microorganisms bychanging their physical and chemical properties, so as to provide good growth and breeding space for microorganisms, thus affecting the abundance, activity and community composition of microorgan isms, and ultimately improving crop yield.In this paper, the effects of biochar on soil microorganismsand the differences between different types of biochar on soil microorganisms were discussed.At thesame time, the deficiency of current research in this field and the direction of future research areprospected.Key words: biochar; soil microbes; microbial activity; microbial community; microbial function生物炭是由农作物秸秆、枯枝落叶、动物粪便 及污泥等材料在缺氧或无氧环境下经高温裂化形成的富含碳的固体物质叫其具有疏松多孔结构、吸 附性强、表面积大等特点,可以改善土壤理化性质,提高土壤肥力,且在保持土壤养分、促进植物生长 和减少温室气体排放等方面表现出巨大潜力,近年来作为土壤改良剂得到了广泛关注。
生物炭对土壤微生物的影响研究进展饶霜;卢阳;黄飞;蔡一霞;蔡昆争【摘要】生物炭是有机材料在厌氧条件下热解而成的产物.近年来,生物炭因在碳固定、土壤改良和作物产量提高等方面具有较大的应用潜力而引起国内外学者的广泛关注.作为一类新型的土壤改良剂,它能提高土壤有机碳含量及阳离子交换量(CEC),改善土壤保肥持水性能,有益于土壤微生物活动,同时还可吸附抑制对土壤微生物生长有毒的化感物质,为土壤微生物提供有利的栖息场所.但生物炭的效应与生物炭的特性、用量、土壤类型及肥力有关.笔者从生物炭对土壤微生物的影响及其作用机制出发,概述了不同生物质材料及热解温度对生物炭理化性质的影响及生物炭对土壤微生物丰度、群落结构和活性影响的研究进展.未来应重点从生物炭的特性、生物炭与微生物交互作用及生物炭的环境修复等方面深入研究,客观评价生物炭对土壤微生物的作用.【期刊名称】《生态与农村环境学报》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】7页(P53-59)【关键词】生物炭;土壤;微生物丰度;微生物群落结构;微生物活性【作者】饶霜;卢阳;黄飞;蔡一霞;蔡昆争【作者单位】华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642【正文语种】中文【中图分类】S154.3生物炭是指由含碳量丰富的生物质(如木材、家禽粪便和秸秆等)在相对较低的温度(<700 ℃)和无氧或限氧的条件下热解炭化而得到的一类高度芳香化的难熔性固态高聚产物[1]。
由于生物炭在生物质能源生产、有机废弃物资源化、土壤改良、肥料创新和温室气体减排等方面具有重要意义,因此,生物炭在农业上的应用引起了国内研究者的广泛关注,成为近年来的研究热点之一[2]。
生物炭改性及其应用研究进展生物炭是一种经过高温热解制备的炭材料,其具有多孔结构和高比表面积。
随着环境污染和资源浪费的日益严重,研究人员开始将生物炭应用于不同领域,以解决现有问题。
本文将探讨生物炭改性及其在农业、环境治理和能源领域的应用研究进展。
一、生物炭改性研究进展1. 烷基化改性:研究人员通过将烷基化剂引入生物炭孔道中,对生物炭进行改性。
这种改性方式可以增加生物炭的亲水性、表面活性和催化活性,从而拓宽其应用领域。
2. 活化改性:通过将生物炭放入活化剂中,如碱金属氢氧化物或碳酸盐,可以增加生物炭的孔隙度和表面积,提高其催化和吸附性能。
3. 纳米材料改性:研究人员成功地将纳米材料引入生物炭结构中,如金属氧化物和碳纳米管。
这种改性方式可以增强生物炭的导电性、催化活性和光催化性能。
二、生物炭在农业领域的应用研究进展1. 土壤改良剂:生物炭在土壤中具有良好的保水性和保肥性,可以改善土壤结构、增加土壤肥力和提高土壤保水能力。
研究人员发现,将生物炭添加到土壤中可以有效改善酸性土壤,减少土壤侵蚀,并提高植物的生长和产量。
2. 有机肥料添加剂:生物炭可以用作种植有机肥料的添加剂,可以减少有机肥料的流失和挥发,增加有机肥料的有效利用率,从而减少农药和化肥的使用。
3. 植物生物助剂:研究人员发现,将生物炭应用于植物生长过程中可以提高植物的抗逆性和生长速度。
生物炭可以吸附和储存植物所需的营养物质,从而改善植物的生长环境。
三、生物炭在环境治理领域的应用研究进展1. 水体净化:生物炭具有良好的吸附性能,可以用于水体中的重金属、有机污染物和废水处理。
研究人员发现,生物炭可以吸附水体中的有害物质,并有效地净化水质,改善水体的生态环境。
2. 大气污染治理:研究人员将生物炭用作吸附剂,可以吸附大气中的二氧化硫、氮氧化物和有机气体等污染物,减少大气污染对人体健康的危害。
3. 土壤修复:生物炭可以吸附土壤中的有害物质,如重金属和有机污染物,从而修复受污染土壤。
生物炭对土壤中微生物影响的研究进展谢沂芮1发布时间:2021-09-16T06:38:42.242Z 来源:《中国科技人才》2021年第18期作者:谢沂芮1 谢东润1 刘宇1 [导读] 土壤微生物是土壤生态系统的重要组分,微生物在土壤生物化学反应中扮演着必不可少的角色。
生物炭添加进土壤后能够改变土壤环境中的部分指标(水分、有机质、pH和营养物质等),为微生物提供水分、生存空间和养分,对土壤微生物的生长、繁殖起到促进作用。
本文主要探讨了生物炭对土壤微生物丰富度和功能多样性的影响。
1.山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博 255000摘要:土壤微生物是土壤生态系统的重要组分,微生物在土壤生物化学反应中扮演着必不可少的角色。
生物炭添加进土壤后能够改变土壤环境中的部分指标(水分、有机质、pH和营养物质等),为微生物提供水分、生存空间和养分,对土壤微生物的生长、繁殖起到促进作用。
本文主要探讨了生物炭对土壤微生物丰富度和功能多样性的影响。
关键词:生物炭;土壤;微生物土壤环境的各种变化可以通过土壤微生物进行指示,因此,微生物丰度和功能多样性的改变可以用来衡量土壤的质量。
施入生物炭后,微生物的功能会受到影响,会改变一些影响微生物的因素,例如碳源和养分的有效性、无机和有机物质的吸附性和气孔的变化等,而土壤中许多的反应(氨化作用、反硝化作用和营养物质的转变)都需要微生物的参与,因此使得反应进程增强或减弱。
1生物炭影响土壤微生物的丰富度土壤微生物丰富度是指群落内物种个体数目的多少,施加生物炭对土壤微生物的丰度可以起到促进作用。
生物炭的孔隙一般小于几十纳米,这些孔隙能够贮藏更多的水分和养分,从而给微生物的生长和繁殖提供了良好的栖息环境[1]。
在生物炭中含有的一些低分子并且易分解的有机化合物,它是微生物的碳源,这些有机化合物有利于提高土壤微生物的活性和生物量[2]。
Luo et al.[3]利用盆栽实验发现,在紫花苜蓿绿化与污泥生物炭改良相结合的条件下,添加生物炭增加了细菌和真菌群落的丰富度和多样性。
生物质炭对土壤氮素循环的影响及其机理研究进展一、综述生物质炭作为一种富碳产物,近年来在农业和环境领域引起了广泛关注。
其高度的物理稳定性、生物化学抗分解性以及较大的比表面积和多孔结构等优良特性,使生物质炭在改善土壤理化性质、提高养分利用率以及碳封存等方面展现出巨大的应用潜力。
特别是在土壤氮素循环方面,生物质炭的添加被认为能够有效改善土壤氮的形态分布,减少氮素的损失,并对土壤氮素转化关键过程和相关功能微生物产生积极影响。
随着研究的深入,生物质炭对土壤氮素循环的影响机理逐渐揭示。
生物质炭通过改变土壤的物理化学性质,如提高土壤孔隙度、增加有机质含量等,为土壤微生物提供了更适宜的生存环境,从而促进了土壤微生物的繁殖和氮素转化过程。
生物质炭的特殊孔隙结构和功能性基团对氮素具有较强的吸附和固定作用,能够减少氮素的流失和挥发,提高土壤氮素的利用效率。
生物质炭对土壤氮素循环的影响还体现在对氮素转化关键过程和相关功能微生物的调控上。
生物质炭能够影响土壤中的硝化作用、反硝化作用以及氮素的固定和释放等过程,进而改变土壤氮素的形态和分布。
生物质炭还能够影响土壤微生物的群落结构和多样性,促进有益微生物的生长和繁殖,抑制有害微生物的活动,从而维护土壤生态系统的平衡和稳定。
生物质炭对土壤氮素循环的影响是多方面的,其机理涉及土壤物理化学性质的改变、氮素转化过程的调控以及土壤微生物群落结构的变化等多个方面。
目前关于生物质炭对土壤氮素循环影响的研究尚存在许多不足和争议,如生物质炭的添加量、施用方式以及其对不同土壤类型和作物的影响等仍需进一步研究和探讨。
未来研究应继续深入探索生物质炭对土壤氮素循环的影响机理,为其在农业生产、环境修复等领域的应用提供更为科学、合理的依据。
1. 生物质炭的定义与特性是一种由富含碳的生物质(如木材、秸秆、果壳等)在无氧或缺氧环境下,经过高温热解或碳化处理而生成的固体炭质材料。
这一过程也被称为生物质的热化学转化,其中涉及的主要反应包括生物质组分的分解、炭化以及芳香化等。
生物炭技术在土壤修复和农业生产中的应用和研究近年来,随着环保意识的提高,生物炭技术在土壤修复和农业生产中的应用越来越广泛。
生物炭,也叫做生物质炭,是由动植物等有机废料炭化而成的一种碳化物。
在土壤改良、污染物修复、农业生产等领域都有着广泛的应用。
那么,生物炭技术到底是什么呢?它在土壤修复和农业生产中有什么优点呢?让我们来一探究竟。
一、生物炭技术的定义和原理生物炭是由生物质碳化而成的一种处理过的物质。
生物质可来自于农业废弃物、林业废弃物、城市垃圾等各类有机物,通过炭化过程形成生物炭。
炭化过程是指在一定条件下将有机物加热至600℃以上,使其转化为不易分解的碳化物质。
生物炭技术则是指利用生物炭对土壤进行改良和污染物修复的一种技术。
生物炭具有微孔、中孔、大孔等多级孔隙结构,拥有良好的负离子吸附能力和微生物栖息和繁殖环境,因此具有很好的土壤修复和改良效果。
二、生物炭技术在土壤修复中的应用1、重金属污染修复重金属污染是当前土壤污染中较为普遍的一种,而生物炭通过其优良的孔隙结构和吸附性能,可以有效吸附重金属离子,从而降低土壤中重金属的含量,达到修复目的。
2、水土保持生物炭具有保水保肥的作用,可以提升土壤抗旱能力和保水保肥能力,从而实现水土保持的目的。
与传统的化学肥料相比,生物炭具有更好的蓄水能力,降雨后可以更有效地保持水分,减少水土流失的发生,保护生态环境。
三、生物炭技术在农业生产中的应用1、提高农作物产量生物炭可以改善土壤质量,促进土壤肥力的提高,从而提高作物的产量。
特别是在密植和连作田地中,生物炭的应用可以有效地促进土壤微生物的繁殖,加速土壤有机质的降解与转化,增加土壤中的养分,从而改善土壤环境,提高农作物的产量。
2、改善果树品质生物炭的孔隙结构可以增加土壤的通气性和保水性,改善土壤的物理性质,从而为果树提供更适宜的根部环境。
此外,生物炭可以通过吸附有害物质和重金属离子,减轻土壤污染对果树的危害并提高果实的品质。
tu rang fei liao摘要:生物质炭作为一种新型环境功能材料,具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积。
生物质炭不仅可以吸附重金属和有机污染物,而且还可以作为微生物载体。
由于生物质炭在土壤改良方面的优异表现,以及可实现资源的循环利用,已成为生态学的研究热点。
本文通过阐述生物质炭的内涵特性,就生物质炭对土壤微生物的影响展开探讨,以期为促进对生物质炭的有效利用提供一些借鉴。
关键词:生物质炭;土壤微生物;影响中图分类号:S154.3文献标识码:ADOI 编号:10.14025/ki.jlny.2019.13.044张超瑜(苏州大学医学院,江苏苏州215123)生物质炭对土壤微生物的影响在自然生态环境中土壤是十分关键的构成部分,土壤微生物则是推动土壤中有机物质分解的蛋白质。
土壤微生物大部分都来自于植物根系与动物的分泌,会直接参与土壤中有机物质的转变,并推动土壤中各类生物化学反应的出现,在生态系统物质循环中扮演着十分重要的角色。
在现代农业生产中,为了促进作物对土壤养分的有效吸收,通常会向土壤中添加相应的物质与肥料。
众多实践结果显示,在土壤中适当添加生物质炭能够在一定程度上改善土壤的持水容量、养分吸收容量、土壤微生物活性等,所以,生物质炭在现代农业生产中得到了广泛推广[1]。
1生物质炭生物质炭指的是生物质原料在厌氧或绝氧前提下进行热裂解、炭化,除去产生二氧化碳、可燃性气体、挥发性油类等物质外,还可以生成一种高富含碳的固态物质。
由于生物质原料及其生成环境的差异,会导致生物质炭的性质发生极大转变。
例如,高温条件下生成的生物质炭,具有较高的灰分及表明碱度,有助于提升土壤pH 值;而低温条件下生成的生物质炭,具有较为松弛的碳结构及较高的活性,有助于提升土壤肥力。
生物质炭凭借其丰富的微孔结构,有助于增加表层土壤孔隙度,缩减容重。
该种结构可促进植物根系生长,进一步加快作物地上部分的生长进度,达到提高作物产量的目的。
生物炭对土壤微生物影响的探讨发表时间:2019-06-21T12:01:53.617Z 来源:《科学与技术》2019年第03期作者:王健[导读] 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。
(中恩工程技术有限公司 510665)摘要:生物炭作为土壤改良剂和污染物吸附剂能够改良受污染的土壤,因此受到国内外学者的普遍关注。
在国内外研究生物炭改良土壤应用的基础上,本文总结分析了近年来国内外生物炭与土壤微生物相关的研究成果,得出生物炭能影响土壤的理化性质,调控营养元素循环,产生或吸附抑制微生物生长的物质,从而影响土壤细菌和真菌的生长与繁殖,对土壤中的微生物群落结构组成带来影响,进而改变整个生态系统的物质循环过程。
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。
这将为未来生物炭的大规模推广应用打下坚实的基础,具有重要的现实意义。
关键词:生物炭;微生物群落结构;土壤Abstract: Biochar, as a soil amendment and pollutant adsorbent, can remedy contaminated soil, which has attracted widespread attention at home and abroad. Based on the research of biochar, this paper summarizes and analyzes the research results of biochar and soil microbes in recent years. It is concluded that biochar can affect the physical and chemical properties of soil, regulate the circulation of nutrients, produce or adsorb substance that inhibits the growth of microorganisms. The material circulation process of the entire ecosystem would be changed by affecting the composition of the microbial community in the soil. Therefore, in the future, the interaction mechanism between biochar and soil microorganisms should be further explored. This will lay a solid foundation for the large-scale application of biochar , which has important practical significance.Key words: biochar; microbial community structure; soil生物炭是指由含碳量丰富的生物质(如木材、家禽粪便和秸秆等)在相对较低的温度(<700℃)和无氧或限氧的条件下热解炭化而得到的一类高度芳香化的难熔性固态高聚产物。
工 作 研 究农业开发与装备 2018年第7期摘要:生物炭是生物质在缺氧的情况下,通过高温热解炭化,有机生物质内的油和气蒸发,产生的一类极度富碳产物。
近年来,生物炭受到工业、农业、环境、能源等很多领域专家们的关注,是一种十分有价值的可再生资源。
简述了生物炭的一些特性,总结了施用生物炭后对土壤环境及理化性质的影响,探讨了添加生物炭后土壤理化性质与土壤微生物群落变化之间的互相关系。
从酶活性、微生物的群落结构、微生物丰度的角度分析了生物炭对微生物生态的影响。
旨在更深入地了解生物炭,为生物炭的应用扎实基础,使其更具有多效性,价值性和科学性,并对生物炭在微生物及其他方面的研究进行了整理总结和展望。
关键词:生物炭;土壤理化性质;微生物1 生物炭1.1 生物质炭的定义植物残体、动物粪便、有机废弃物等有机材料在热裂解装置中经过无氧或低氧热裂解,生物质内的油和气蒸发,得到生物炭。
在制备生物炭的过程中,不同的原料、温度、热解速度等条件,对生物炭的固有性质有很大影响[1]。
在生物炭的生产过程中,除生成生物炭外,还会产生其他化合物,包括合成气和液态焦油。
不同原料影响产出结果中各成分的含量,热解速度影响生物炭的产量,热解温度影响生物炭的产出效率[2]。
生物炭是极度富碳的物质,高度羧酸酯化,表面具有芳香化结构[3],具有较大的孔隙度和比表面积[4],其容重小,可溶性低,吸附能力强,通常认为,生物炭在自然条件下呈碱性,pH值一般为5~12,且相同原料所生产的生物炭的pH值会随着热解温度的增高而变大[5]。
生物炭具有原材料来源广泛、生产成本低、生态安全、无污染、可大面积推广等特点,具有很大的潜在价值,在很多领域上都被加以应用。
在工业上,生物炭的应用减少了工业生产中的能源消耗和环境污染问题[6];在农业上,生物炭的添加改变了土壤的物理结构和化学组成,对农作物的生长发育产生影响,这种影响不一定是正面的。
在前人研究中,发现在土壤中添加生物炭后,番茄、菜豆等农作物产量增加[7]。
生物炭对土壤微生物群落的影响及作用机制研究生物炭是一种由农业残留物、园林垃圾或木材等生物质物质经过高温厌氧热解处理而形成的炭材料。
它具有良好的储存和稳定性,可以应用于农业、林业、环境保护等领域,特别是在土壤改良、碳汇和氮磷减排等方面具有独特的优势。
最近,研究人员发现生物炭除了对土壤物理化学性质有显著的影响外,还可以调节土壤微生物群落的结构和功能。
本文将介绍生物炭对土壤微生物群落的影响及作用机制的研究进展。
1. 生物炭对土壤微生物群落的影响生物炭在土壤中的应用主要是在土壤改良、肥料调节和土壤污染修复上。
通过改变土壤化学性质和增加土壤有机碳含量,生物炭可以影响土壤微生物群落的结构和活性。
研究表明,生物炭可以显著提高土壤微生物的生物量和多样性,降低土壤酶活性,改变土壤微生物的菌株组成和代谢途径。
1.1 提高土壤微生物生物量土壤微生物是土壤生物群落的重要组成部分,它们参与土壤养分循环和生物量质量转化等关键生态过程。
研究表明,生物炭的应用可以显著提高土壤微生物的生物量和代谢活性。
生物炭的高孔隙度和大比表面积可以作为生物量和养分的微生态环境,进而促进土壤微生物的繁殖和生长。
此外,生物炭可以作为氧化还原物质,调节土壤微生物内源物质代谢和能量供应等代谢通路。
1.2 调节土壤微生物营养匮乏土壤微生物的生长和代谢需要多种营养物质的供应,其中氮和磷是土壤中主要的养分限制因子。
研究表明,生物炭可以增加土壤有机碳含量和微生物生物质的吸附性,进而促进土壤中氮和磷的加速循环和吸收。
此外,生物炭中的矿物元素和微生物生长因子还可作为有机质分解的营养源和协同元素,促进土壤微生物的生长和反应。
2. 生物炭对土壤微生物群落的作用机制生物炭对土壤微生物群落的变化主要与土壤化学和生物学变化有关。
生物炭中含有大量的碳、氮、磷等元素,可以影响土壤中的养分品质和养分循环。
此外,生物炭在土壤中的降解和转化也会释放出一系列的草酸、醋酸、氢气等物质,这些物质可以影响土壤微生物的代谢途径和生长。
前言生物质炭(bio-char)是农林废弃物㊁植物组织等在限制供氧的条件下热解而成㊂制备生物质炭的原料包括各种天然物质及其衍生物,如农业废弃物㊁木材废弃物㊁城市固体垃圾㊁畜禽粪便㊁水生植物和藻类等[1]㊂其中大多数的生物质炭是由农业废弃物热解而来的,施用生物质炭可以减少对环境的污染,实现资源的循环利用㊂施加一定量的生物质炭能增加土壤CEC,吸附N㊁P及矿物离子,减少养分流失,并在一定范围内增加作物生物量和产量,因此生物质炭还田是提高土壤肥力和增加碳封存时间的有效途径[2]㊂生物质炭的高度稳定性和较强的吸附性能,对于增加土壤碳库贮量㊁提高土壤肥力以及维持土壤生态系统平衡具有十分重要的意义[3]㊂本文从生物质炭对土壤的改良作用和对土壤微生物的影响两方面进行综述,介绍生物质炭应用于改良土壤方面的研究成果,并对该领域进行了展望㊂1生物质炭的特性生物质炭是生物质原料在厌氧或者绝氧的条件下进行热解,除了生成CO2㊁可燃性气体㊁挥发性油类和焦油类物质以外,所产生的一种含碳丰富的固体物质[4]㊂生物质原料的不同以及制备条件的差异会令生物质炭的性质存在较大的差异,比如低温制备的生物质炭,碳结构比较松弛,活性比较高,对土壤肥力的贡献比较大[5];而高温下制备的生物质炭的灰分和表面碱度增加,对提高土壤pH值的效果较好[6]㊂生物质炭的多孔结构使表层土壤孔隙度增加,容重减小,这种结构有利植物根系的生长,从而促进作物地上部分的生长,提高作物的产量[7]㊂生物质炭中含有灰分以及灰分中所含有的Na㊁K㊁Ca㊁Mg等矿质元素以氧化物或碳酸盐的形式存在[8],因此溶于水后呈碱性,其pH值的大小与裂解的温度成正比[9],所以生物质炭可以用于酸性土壤的改良㊂2生物质炭对土壤的改良作用2.1生物质炭对土壤物理性质的影响生物质炭对土壤物理性质的影响主要体现在提生物质炭对土壤和土壤微生物影响的研究进展黄韡1吴承祯1,2钱莲文3(1.福建农林大学林学院,福建福州350000;2.武夷学院,福建武夷山353000;3.泉州师范学院福建泉州362000)摘要:由于生物质炭在土壤改良方面的优异表现,以及可实现资源的循环利用,近期成为生态学的研究热点㊂本文介绍生物质炭的特性,综述生物质炭对土壤物理性质㊁化学性质和持水能力等方面改良效果的研究进展,总结生物质炭对土壤微生物的影响机制,并对国内该领域的研究进行展望㊂关键词:生物质炭;土壤;土壤微生物;研究进展中图分类号:F26文献标识码:A文章编号:1674-2109(2014)02-0007-05收稿日期:2013-09-10基金项目:国家自然科学基金(项目编号:31100459);福建省教育厅科技计划项目(项目编号:JA12272);泉州市科技计划项目(项目编号:2012Z116)㊂作者简介:黄韡(1985-),女,汉族,硕士研究生,主要研究方向:森林生态及生态旅游㊂通讯作者:吴承祯,男,教授,博士生导师武夷学院学报2014年第2期高土壤孔隙度,增加土壤的表面积和降低土壤容重三个方面㊂在巴西亚马逊流域的某些黑土中,其上部的富碳层厚达35cm,且上层土壤的容重比下层土壤低,土壤容重随土壤剖面深度的增加而增加[10],这主要是生物质炭起的作用㊂生物质炭的表面积大小取决于生物质炭的孔隙度,根据孔径的大小可以分为大孔隙(> 50nm)㊁微孔隙(<2nm)和小孔隙(<0.9nm)[11]㊂大孔隙直接关系到土壤的透气性和持水能力,并为微生物提供了生存的环境;而小孔隙则影响生物质炭对分子的吸附作用和转移㊂生物质炭对土壤物理性质的改善作用与生物质炭的施用量和土壤的肥力相关㊂黄超等[12]研究发现,当生物质炭用量为10g•kg-1时,对土壤物理性质的影响不明显㊂当生物质炭用量为50g•kg-1和200g•kg-1时,对肥力水平较低的土壤的水稳定性团聚体数量㊁容重和饱和持水量均产生明显的影响;但对肥力水平较高的土壤,生物质炭仅仅对土壤容重产生了明显的影响,对水稳定性团聚体数量和田间持水量的影响不显著;施用生物质炭对土壤肥力水平较低的土壤上的改善效果明显高于肥力水平较高的土壤,在肥力水平较低的土壤中,改善效果与生物质炭的用量成正比;而在肥力水平较高的土壤中,大量施用生物质炭(200 g•kg-1)可导致土壤微生物的生物量下降,对植物的生长产生轻微的抑制作用㊂2.2生物质炭对土壤化学性质的影响Glaser等[13]研究表明,生物质炭的化学和生物稳定性源于其所具有的多环芳香结构,将生物质炭施加到土壤中,可以提高作物的产量以及增加矿质元素的利用率㊂周桂玉等[14]研究表明,将秸秆生物质炭和松枝生物质炭添加到土壤中培养45天后,土壤的有机碳含量㊁胡敏酸和富里酸含量㊁有效养分含量都有不同程度的增加,且胡敏酸的色调系数әlgK降低,有利于土壤有机碳的长期保存㊂生物质炭表面含有丰富的含氧官能团,使得生物质炭呈现亲水㊁疏水以及对酸碱的缓冲能力[15],其所产生的表面负电荷使得生物质炭具有较高CEC[16],将生物质炭施加在土壤中可以提高土壤的CEC,且土壤的CEC随着生物质炭在土壤中存在时间的增加而增加[17]㊂生物质炭通过对土壤化学性质的影响能降低环境污染,有利于保护环境㊂目前铝毒害是酸性土壤地区作物生长不良的主要原因,袁金华等[18]实验添加稻壳炭使红壤和黄棕壤有毒形态铝的浓度分别比对照下降47%和42%(P<0.05),从而缓解铝对植物的毒害作用,总可溶性铝浓度的降低使得酸性土壤中铝的活性和移动性减小,进而减小可溶态铝由陆地向地表水的迁移,有利于保护地表的水体㊂Arvelakis等[19]以橄榄残渣和麦秆为原料,在氮气保护下采用热分解法制备生物质炭,并将其用于汞离子污染物的捕获㊂Jones等[20]研究发现生物质炭对除草剂有强烈的吸附作用,有效降低除草剂的流失和土壤微生物群对除草剂的降解作用,从而减少除草剂的使用量,降低土壤和环境污染以及这些污染物可能通过食物链对人体造成的危害㊂2.3生物质炭对土壤持水能力的影响土壤持水能力是评价土壤涵养水源和水文调节的重要指标,主要与土壤容重和土壤孔隙度有关㊂根据土壤孔隙的性质和孔径大小的不同一般分为3级:通气孔隙㊁非活性孔隙和毛管孔隙,其中通气孔隙不能保持水分,而毛管孔隙则容易保持水分,当毛管上升水达到最大量时的土壤含水量是作物能利用的有效水[21]㊂生物质炭通过使土壤的孔径和分布发生变化,继而改变了土壤水分的流动路径㊁停留时间和渗滤模式[22]㊂Glaser等[23]研究发现含黑色碳丰富的土壤,其表面积是周围无炭土壤的3倍,田间持水量增加18%㊂生物质炭对于砂质土壤的持水能力有较为显著的效果,生物质炭用量的增加使砂土的容重减小㊁总孔隙度增大,结构逐步得到改善,饱和导水率减小,因而持水能力增强[24,25]㊂而Chun等[26]发现作物秸秆炭在300ħ的裂解温度下持水量为13ˑ10-4ml/m2,而在700ħ下减少到4.1ˑ10-4ml/m2,这是由于裂解温度越高,生物质炭表面的极性官能团变少,因而导致持水量减少;还有研究者将不同性质的生物质炭施用在含有高有机质的土壤中,发现有些种类的生物质炭能提高土壤田间持水量而有些则不能[27]㊂可见,在对土壤持水能力影响方面,生物质炭以及供试土壤的种类和性质都应被列入考虑㊂总的来说,用生物质炭来提高土壤的持水能力仍是一种行之•8•有效的方法㊂3生物质炭对土壤微生物的影响土壤微生物主要指土壤中那些个体微小的生物体,主要包括细菌㊁放线菌㊁真菌,还有一些原生动物和藻类等(Martin A,1964)㊂生物质炭对土壤微生物的影响机理较为复杂,其多孔性和表面特性可以为土壤微生物提供附着位点和较大的空间㊂土壤pH值是反映土壤特性的重要指标之一,也是影响根际微生物生长发育的重要因素,真菌喜好酸性土壤,细菌则偏好中性土壤,二者对土壤pH值的要求有所不同使得土壤pH值的变化与微生物数量的波动相关,而施用生物质炭能使土壤的pH值提高[28],进而对土壤微生物产生影响㊂3.1生物质炭对土壤微生物活性的影响生物质炭孔隙中能够贮存水分和养分,因而生物质炭的孔隙和表面能够成为微生物可栖息生活的微环境㊂有研究者认为[29]由于生物质炭的高度芳香化,生物量的增加并非是因为生物质炭提供了微生物生长所需要的养分,而是因为生物质炭大的比表面积增加了微生物的生长空间㊂生物质炭能促进土壤微生物的侵染能力㊁数量及活性㊂Steinbeiss等[30]研究发现利用磷酸脂肪酸法(PLFA),生物质炭显著增加了土壤中真菌和革兰氏阴性菌的生物量,其孔隙中储存微生物所需养分及水分,利于土壤微生物的生长代谢过程,尤其是对丛枝状菌根真菌(AMF)或泡囊丛枝状菌根真菌(VAM)的影响极为显著㊂菌根真菌不同于固氮菌,其可将菌丝生长于生物质炭的表面及孔隙内,并汲取营养和水分而产生孢子,因此生物质炭对菌根真菌有很好的促进作用㊂Khodadad等[31]发现在生物质炭处理的土壤中,微生物的总多样性减少,但放线菌门和芽单胞菌门的相对丰度却增加㊂韩光明等[32]实验表明添加生物质炭能够非常显著地提高土壤细菌㊁真菌以及放线菌的数量和微生物量,尤其是细菌中的反硝化细菌㊁好氧自生固氮菌和氨化细菌的数量显著增加,认为适量的生物质炭对促进氮代谢微生物的活性可能具有一定作用㊂3.2生物质炭对土壤微生物群落结构的影响土壤微生物代谢熵(qCO2)是将微生物生物量的大小与微生物的生物活性和功能有机联系起来,其变化与土壤微生物群落组成的变化有关,并且随着土壤熟化程度的增加而减小,代谢熵可以度量土壤微生物的能量利用率,用来反映土壤微生物利用碳源的效率;随着生态系统由初级向高级的演替,代谢熵值呈现下降趋势;在代谢熵较低的土壤中,微生物对碳的利用效率较高,维持相同微生物生物量所需的能量就越少,土壤质量也就越好㊂匡崇婷等[33]研究表明在添加生物质炭0.5%和1.0%时使土壤微生物代谢熵分别降低2.4%和26.8%,代谢熵随着生物质炭添加量的增大而显著下降;在添加0.5%和1.0%生物质炭的土壤70%田间持水量条件下培养90天后,土壤微生物代谢熵明显低于不加生物质炭的土壤㊂Graber等[34]认为施加生物质炭增加微生物群落,提高植物的生物量,增强作物抵抗病虫害的能力㊂Grossman等[35]研究在含有生物质炭和不含生物质炭的土壤中微生物群落的种类,发现前者的土壤种类和微生物种类基本相同,与后者中的微生物种类大不相同,说明生物质炭可影响微生物群落分布特征㊂Warnock等[36]研究认为土壤中施人生物质炭后,作物根部的真菌繁殖能力增强,菌根的真菌丰度增加,进而促使微生物群落发生变化㊂Hamer等[37]研究认为某些微生物会把黑色碳作为生存的唯一碳源,说明加入生物质炭后会促进土壤中某一类群微生物的生长㊂Pietikainen等[38]研究了生物质炭对土壤中腐殖质㊁pH 值和腐殖质中微生物群落生长率的影响,认为添加生物质炭能够提高微生物群落的呼吸代谢速率,改善微生物对基质的利用格局,进而改良土壤肥力㊂4展望目前国内开展生物质炭研究还处于起步阶段,制约该领域研究的瓶颈主要有两个方面:一是生物质的多样化和制备工艺的差异化,使得用于研究的生物质炭种类繁多,性质差别较大,研究结果的可比性较差,因此有必要针对生物质炭制定相关的标准;二是国内土壤类型复杂,生物质炭在不同土壤上的表现有所不同,需要开展国内多点联网的研究,且生物质炭对土黄韡吴承祯钱莲文:生物质炭对土壤和土壤微生物影响的研究进展•9•武夷学院学报2014年第2期壤植物的效应研究上,目前多集中于宏观方面,其改良土壤和植物的作用机理仍需进一步探究㊂同时,土壤微生物生态学研究方法都有一定的局限性,需要更多新的方法应用到土壤微生物群落结构研究方法上,进而推动在生物质炭对土壤微生物的作用机理方面的研究㊂参考文献:[1]Ozcimen D,Ersoy-Mericboyu A.Characterization of biochar and bio-oil samples obtained from carbonization of various biomass materials[J].Renewable Energy,2010,35(6):1319-1324.[2]张文玲,李桂花,高卫东.生物质炭对土壤性状和作物产量的影响[J].中国农学通报,2009,25(17):153-157. 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