生物炭在提高植物氮素营养方面的作用
摘要：【目的】本论文为了分析生物炭是否在水稻根际土壤具有改变土壤电化学势（Eh）的效果。【方法】通过在土壤中施加生物炭，水稻土培一个月后，对水稻植株进行生理数据的采集以及根细胞电势和土壤电势的测定。探究生物炭对水稻根细胞电势和土壤电势的影响以及对水稻生长的影响，以期得到生物炭在提高水稻氮素营养影响方面的促进作用。采用根袋和周转箱试验进行土培，配合电生理技术测得电势数据。【结果】土培一个月后，加生物炭的土壤种植出的水稻植株鲜重增加，提高了水稻根际土壤Eh和水稻根系膜电位【结论】生物炭能促进水稻植株增加鲜重，促进植物体的生长。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法4
1.1试验材料 5
1.2根袋的制作方法5
1.3离子微电级测量根系细胞电势5
1.4施肥量6
1.5试验方案6
2结果与分析7
2.1 根袋试验结果分析7
2.1.1 Biochar试验结果分析8
2.1.2 Enhanced biochar试验结果分析8
2.2 周转箱试验结果分析9
2.3 其他试验结果分析10
3讨论 11
致谢12
参考文献13
生物炭在提高植物氮素营养方面的作用
引言
引言
文献综述
水稻是世界上最主要的粮食作物之一，全球大约50%的人口以稻米为食物。根据FAO水稻统计数据可得[1]，2014年全球水稻的种植面积达1.63亿公顷，单产达到了3.92 t ha1，总产达到了6.40亿吨。和2000年相比，水稻种植面积增长5.96%，水稻单产以及总产分别提高1.22倍和1.29倍。水稻总产量的增加是由于水稻单产的增加，单就种植面积来讲，尽管2014年水稻的种植面积较2000年有所增长，但是我们通过分析了近50年来全球水稻的种植面积数据发现,全球水稻面积年增长速率在逐年下降，上世纪60年代的年增长速率是1.6 %，至90年代降低到0.5 %，从2000 年以来，全球水稻的种植面积以年
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
均0.33% 的速率在下降[2],工业化进程的严重加剧是导致水稻种植面积减少的最主要的原因[5]。
在过去的45年中，世界水稻产量的提高主要是由于于水稻单产的提高[1]。2014年，世界水稻单产最高的国家是澳大利亚，约为10.92 t ha1，与2000年世界单产最高国家埃及相比增加了近20%。近些年来，世界水稻单产实现稳步增加，增幅在逐年减小。1950s开始的绿色革命通过水稻品种的改良实现了水稻产量的第一次飞跃。绿色革命晚期（1981年至2000年）实现的产量飞跃远远高于早期（1961年至1980年），在绿色革命早期阶段，绿色革命对水稻产量增加的贡献在亚洲最高，达到68.2%，在晚期阶段，绿色革命对世界各区域水稻产量的增加带来了更大的贡献，96.8%亚洲水稻产量的增加都依靠绿色革命的出现。水稻产量的第二次飞跃归功于杂交水稻的杂种优势,与常规水稻品种相比，杂交水稻的出现使得水稻产量提升10%。同时，随着栽培和灌溉技术的不断改进以及化肥的施用也在一定程度上提高了水稻产量。尽管从1961 年到2006 年世界水稻单产的年增长率为1.82% ，但通过分析得知，20世纪60年代以来水稻单产年均增长率呈下降趋势。
自20世纪末“生物炭”概念出现到现在，短短十余年间,相关研究已受到关注并迅速升温。特别是近年来，在环境污染、气候变化、能源短缺、粮食危机和农业可持续发展等宏观背景下，生物炭的潜在应用价值和应用空间被进一步拓展，相关领域的理论研究与技术开发也已由涓涓细流汇聚成澎湃浪潮，正在朝着理论更深入、技术更完善、目标多元化的方向发展[3]。
由于生物炭固有的理化性质决定了其应用领域众多，并且在中国乃至全球多数发展中国家，保障粮食安全，适应低碳、循环、可持续发展需求，是生物炭应用研究的首要着力点。在农业纵深领域，围绕了生物炭在土壤、作物、环境系统中的作用与其机理等问题，各国研究者进行诸多探索，初步证实生物炭在改善土壤结构与理化性质、提高作物产量、治理环境污染以及增加“农业碳汇”、减少温室气体排放等方面具有重要作用。但是，也有一些研究报道显示，生物炭的改土增产作用不显著、不明确，甚至有了负面效应。国际上，更有社会团体发表联合宣言：《生物炭，人类、土地和生态系统的新威胁》，因担心生物炭技术大发展以后，有可能诱发伐木毁林导致生态灾难，因而也有反对发展生物炭技术的报道。虽然中国的生物炭技术是建立在农林废弃物资源化综合利用基础之上，不会出现毁林取炭等与开发生物炭技术初衷背道而驰的问题，但也确有必要对生物炭农业应用的利弊进行尽可能辩证、全面的评价，因为生物炭的稳定性决定了笔者在实施该技术的过程中必须持谨慎态度。
生物炭（Biochar）是农林废弃物等生物质在缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物,最早是用来描述一种由高粱制备的、用于有害气体吸附的活性炭[3]。近年来，随着粮食安全、环境安全和固碳减排需求的不断发展，生物炭的内涵逐渐与土壤管理、农业可持续发展和碳封存等相联系[3]。2009 年 Lehmann 在其所著的《Biochar for Environmental Management：Science and Technology》一书中，将生物炭特指为以改良土壤性状为目的人为施入的炭化有机物。同年，《Nature》发表的“The Bright Prospect of Biochar”新闻评论和2010 年发表的“Sustainable Biochar to Mitigate Global Climate Change”通讯以及 2011 年《中国工程科学》发表的“生物炭应用技术研究”等文献，进一步明确了生物炭在粮食安全、环境安全、农业可持续发展及固碳减排中的巨大作用。
生物炭由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构的碳组成，一般含有60%以上的 C元素[9]。含有的其它元素有 H、O、N、S 等。生物炭的元素组成与制炭过程中的炭化温度密切相关，具体表现为在一定范围内，随炭化温度的升高，碳含量增加，氢和氧含量降低，灰分含量也有所增加。生物炭的可溶性极低，溶沸点极高，具有高度羧酸酯化、芳香化结构和脂肪族链状结构。羧基、酚羟基、羟基、脂族双键以及芳香化等典型结构特征，使生物炭具备了极强的吸附能力和抗氧化能力。在制炭过程中，原生物质的细微孔隙结构被完好地保留在生物炭中，使其具有较大的比表面积[10]，含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、理化性质稳定是生物炭固有的特点，也是生物炭能够还田改土、提高农作物产量、实现碳封存的重要结构基础。已有研究结果表明，生物炭施入土壤后,可使土壤容重降低,9%总孔隙率由45.7%提高到50.6%[8]。生物炭的作用总结为以下几点：
1）生物炭的稳定性及其对土壤理化性质的影响
生物炭结构特征与理化特性，使其施入土壤后对土壤容重、含水量、孔隙度、离子交换量、养分含量等产生影响，从而直接或间接地影响土壤微生物的生态环境[3]。研究表明，在长期、复杂的土壤环境或地质变迁作用下，施入土壤中的生物炭可能会发生一定程度的物理迁移或某种途径的分解或降解，并会在土壤垂直方向上进行重新分配，但不会发生明显的化学变化。即便在适宜条件下，微生物会使生物炭表面发生一定程度的分解，但分解速度缓慢，而且会因此形成一个保护壳，使表面以下的绝大部分生物炭维持稳定的氧碳比，从而继续保持其稳定性。随着时间的推移，生物炭最终有可能会被矿化，但是到目前为止，还没有能够找到能够精确测定生物炭在土壤及环境生态系统中运转周期的方法，也还没有直接证据可以证明生物炭的降解途径以及机制。可以认为，生物炭在土壤中的稳定性强，周转过程可能会长达数百年或更久，还田后不会因其自身分解而对土壤产生潜在危害。这为生物炭还田后，能持续发挥改土增产作用和固碳减排作用奠定了基础。
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摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法4
1.1试验材料 5
1.2根袋的制作方法5
1.3离子微电级测量根系细胞电势5
1.4施肥量6
1.5试验方案6
2结果与分析7
2.1 根袋试验结果分析7
2.1.1 Biochar试验结果分析8
2.1.2 Enhanced biochar试验结果分析8
2.2 周转箱试验结果分析9
2.3 其他试验结果分析10
3讨论 11
致谢12
参考文献13
生物炭在提高植物氮素营养方面的作用
引言
引言
文献综述
水稻是世界上最主要的粮食作物之一，全球大约50%的人口以稻米为食物。根据FAO水稻统计数据可得[1]，2014年全球水稻的种植面积达1.63亿公顷，单产达到了3.92 t ha1，总产达到了6.40亿吨。和2000年相比，水稻种植面积增长5.96%，水稻单产以及总产分别提高1.22倍和1.29倍。水稻总产量的增加是由于水稻单产的增加，单就种植面积来讲，尽管2014年水稻的种植面积较2000年有所增长，但是我们通过分析了近50年来全球水稻的种植面积数据发现,全球水稻面积年增长速率在逐年下降，上世纪60年代的年增长速率是1.6 %，至90年代降低到0.5 %，从2000 年以来，全球水稻的种植面积以年
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
均0.33% 的速率在下降[2],工业化进程的严重加剧是导致水稻种植面积减少的最主要的原因[5]。
在过去的45年中，世界水稻产量的提高主要是由于于水稻单产的提高[1]。2014年，世界水稻单产最高的国家是澳大利亚，约为10.92 t ha1，与2000年世界单产最高国家埃及相比增加了近20%。近些年来，世界水稻单产实现稳步增加，增幅在逐年减小。1950s开始的绿色革命通过水稻品种的改良实现了水稻产量的第一次飞跃。绿色革命晚期（1981年至2000年）实现的产量飞跃远远高于早期（1961年至1980年），在绿色革命早期阶段，绿色革命对水稻产量增加的贡献在亚洲最高，达到68.2%，在晚期阶段，绿色革命对世界各区域水稻产量的增加带来了更大的贡献，96.8%亚洲水稻产量的增加都依靠绿色革命的出现。水稻产量的第二次飞跃归功于杂交水稻的杂种优势,与常规水稻品种相比，杂交水稻的出现使得水稻产量提升10%。同时，随着栽培和灌溉技术的不断改进以及化肥的施用也在一定程度上提高了水稻产量。尽管从1961 年到2006 年世界水稻单产的年增长率为1.82% ，但通过分析得知，20世纪60年代以来水稻单产年均增长率呈下降趋势。
自20世纪末“生物炭”概念出现到现在，短短十余年间,相关研究已受到关注并迅速升温。特别是近年来，在环境污染、气候变化、能源短缺、粮食危机和农业可持续发展等宏观背景下，生物炭的潜在应用价值和应用空间被进一步拓展，相关领域的理论研究与技术开发也已由涓涓细流汇聚成澎湃浪潮，正在朝着理论更深入、技术更完善、目标多元化的方向发展[3]。
由于生物炭固有的理化性质决定了其应用领域众多，并且在中国乃至全球多数发展中国家，保障粮食安全，适应低碳、循环、可持续发展需求，是生物炭应用研究的首要着力点。在农业纵深领域，围绕了生物炭在土壤、作物、环境系统中的作用与其机理等问题，各国研究者进行诸多探索，初步证实生物炭在改善土壤结构与理化性质、提高作物产量、治理环境污染以及增加“农业碳汇”、减少温室气体排放等方面具有重要作用。但是，也有一些研究报道显示，生物炭的改土增产作用不显著、不明确，甚至有了负面效应。国际上，更有社会团体发表联合宣言：《生物炭，人类、土地和生态系统的新威胁》，因担心生物炭技术大发展以后，有可能诱发伐木毁林导致生态灾难，因而也有反对发展生物炭技术的报道。虽然中国的生物炭技术是建立在农林废弃物资源化综合利用基础之上，不会出现毁林取炭等与开发生物炭技术初衷背道而驰的问题，但也确有必要对生物炭农业应用的利弊进行尽可能辩证、全面的评价，因为生物炭的稳定性决定了笔者在实施该技术的过程中必须持谨慎态度。
生物炭（Biochar）是农林废弃物等生物质在缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物,最早是用来描述一种由高粱制备的、用于有害气体吸附的活性炭[3]。近年来，随着粮食安全、环境安全和固碳减排需求的不断发展，生物炭的内涵逐渐与土壤管理、农业可持续发展和碳封存等相联系[3]。2009 年 Lehmann 在其所著的《Biochar for Environmental Management：Science and Technology》一书中，将生物炭特指为以改良土壤性状为目的人为施入的炭化有机物。同年，《Nature》发表的“The Bright Prospect of Biochar”新闻评论和2010 年发表的“Sustainable Biochar to Mitigate Global Climate Change”通讯以及 2011 年《中国工程科学》发表的“生物炭应用技术研究”等文献，进一步明确了生物炭在粮食安全、环境安全、农业可持续发展及固碳减排中的巨大作用。
生物炭由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构的碳组成，一般含有60%以上的 C元素[9]。含有的其它元素有 H、O、N、S 等。生物炭的元素组成与制炭过程中的炭化温度密切相关，具体表现为在一定范围内，随炭化温度的升高，碳含量增加，氢和氧含量降低，灰分含量也有所增加。生物炭的可溶性极低，溶沸点极高，具有高度羧酸酯化、芳香化结构和脂肪族链状结构。羧基、酚羟基、羟基、脂族双键以及芳香化等典型结构特征，使生物炭具备了极强的吸附能力和抗氧化能力。在制炭过程中，原生物质的细微孔隙结构被完好地保留在生物炭中，使其具有较大的比表面积[10]，含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、理化性质稳定是生物炭固有的特点，也是生物炭能够还田改土、提高农作物产量、实现碳封存的重要结构基础。已有研究结果表明，生物炭施入土壤后,可使土壤容重降低,9%总孔隙率由45.7%提高到50.6%[8]。生物炭的作用总结为以下几点：
1）生物炭的稳定性及其对土壤理化性质的影响
生物炭结构特征与理化特性，使其施入土壤后对土壤容重、含水量、孔隙度、离子交换量、养分含量等产生影响，从而直接或间接地影响土壤微生物的生态环境[3]。研究表明，在长期、复杂的土壤环境或地质变迁作用下，施入土壤中的生物炭可能会发生一定程度的物理迁移或某种途径的分解或降解，并会在土壤垂直方向上进行重新分配，但不会发生明显的化学变化。即便在适宜条件下，微生物会使生物炭表面发生一定程度的分解，但分解速度缓慢，而且会因此形成一个保护壳，使表面以下的绝大部分生物炭维持稳定的氧碳比，从而继续保持其稳定性。随着时间的推移，生物炭最终有可能会被矿化，但是到目前为止，还没有能够找到能够精确测定生物炭在土壤及环境生态系统中运转周期的方法，也还没有直接证据可以证明生物炭的降解途径以及机制。可以认为，生物炭在土壤中的稳定性强，周转过程可能会长达数百年或更久，还田后不会因其自身分解而对土壤产生潜在危害。这为生物炭还田后，能持续发挥改土增产作用和固碳减排作用奠定了基础。
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