玉米秸秆生物质炭对黏虫取食影响的研究
为探究不同浓度生物质炭的施用对植食性咀嚼式口器害虫是否产生影响，本研究选用了三龄末黏虫幼虫作为研究对象，用0 g/kg、15g/kg和30g/kg三种不同浓度玉米秸秆生物质炭施于红棕壤试验土中种植麦苗，饲喂黏虫观察其取食情况。结果表明，施用不同浓度生物质炭对黏虫的食物利用指数无显著影响，相对生长率、相对取食量、近似消化率在15 g/kg处理下较低，而食物转化率在中浓度处理下相对较高。黏虫的食物利用量的影响差异接近显著，在15 g/kg浓度下黏虫的食物利用量比未施用生物质炭处理低，比未施用生物质炭的处理低12.81%。本试验表明，15 g/kg浓度处理对黏虫的取食量和体重增长上有轻微的抑制作用。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
绪论 1
1 材料与方法3
1.1 实验材料 3
1.2 实验设计 4
1.3 数据处理 4
2 结果与分析 4
2.1 不同浓度生物质炭处理小麦幼苗对黏虫幼虫取食、食物利用及增重的影响 4
2.2 不同浓度生物质炭处理小麦幼苗对黏虫幼虫食物利用指数的影响 6
3 结论与讨论 8
致谢 9
参考文献9
玉米秸秆生物质炭对黏虫取食影响的研究
引言
生物质炭是指由含碳量丰富的生物质在无氧或限氧的条件下低温热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料。近年来，生物质炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、保持土壤肥力、提高作物产量等诸多作用[14]，并且在温室气体减排以及受污染环境修复等方面都展现出应用潜力[56]，已成为当前的研究热点。
目前，在生物质炭对土壤影响的研究主要集中在土壤中离子的影响、保肥持水作用、土壤微生物、土壤pH值、有机污染物的吸附等方面。1）关于生物质炭对于重金属离子作用，易卿等[7]研究了不同生物质材料在不同热解温度下所制生物质炭对污染土壤中镉（Cd）的固持作用，表明生物质炭加入土壤后改变了土壤的基本性状，增强了土壤对Cd的固持作用，降低了土壤介质中有效态Cd的含量，也降低了迁移性和生物毒性，其生态风 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
险性亦相应降低。2)生物质炭具有土壤保肥持水的重要作用。Haefele等[8]在研究稻壳生物质炭对3种不同肥力水平土壤上轮作作物产量影响的试验中发现：在肥力极低的土壤总C、总N、渗透压、养分K均极低CEC水平更低，四季轮作的潜育强淋溶土（Gleyic acrisols）上施用生物质炭可使作物产量提高16%～35%，说明生物质炭在肥力差的土壤上增产作用更强。3)生物质炭对土壤微生物有益。生物质炭的多孔性和表面特性为土壤微生物生长与繁殖提供了良好的栖息环境，减少了微生物之间的生存竞争，能保护土壤有益微生物，特别是菌根真菌的繁殖与活性[910]。生物质炭的一些物理特性会对微生物丰度有影响。细菌能够吸附到生物质炭的表面，使它们不易受土壤淋洗的影响[11]，从而增加了土壤中细菌的数量。4)生物质炭具有改良酸性土壤的作用。生物质炭含有一定量的碱性物质，一般呈碱性。原料不同制成的生物质炭的性质不同，PH值的范围为4到12，通常具有高矿物质成分的生物质炭PH高[12]。Chintala等[13]研究发现，生物质炭无论加入酸性土壤还是碱性土壤，都能够提高土壤的阳离子交换能力，这可能是由于生物质炭表面有很多阴离子。5)生物质炭对于有机污染物具有吸附作用。在中国，有机物污染和农业面源污染已经成为国家和科学家们重点关注的环境问题，并且我国的重金属治理形势极其严峻。鉴于生物质炭的多孔性以及较大的表面积，为改善中国的面源污染提供了可靠的途径[14]。早在20世纪60年代，Yang等[15]就研究了利用燃烧小麦、水稻秸杆制备的生物质炭对有机农药敌草隆的吸附，发现其吸附作用一般是土壤的400～2500倍，而且土壤中添加少量的生物质炭即可使有机污染物的吸附容量大大增强; 当添加量超过0.05%时，土壤对有机物的吸附作用即由生物质炭所主导。因此生物质炭被认为是有机污染物的超强吸附剂，可以影响环境中有机污染物的迁移转化和生物有效性。
生物质炭应用于农业土壤中也可能存在一定的潜在危险。尽管与传统土壤改良剂相比，生物质炭具有较多优势，但同时有大量研究表明，生物质炭对于耕作土壤结构稳定性、NP根系可利用性、土壤微生物与动物区系多样性以及作物生长可能会产生不利影响，甚至可能成为农业可持续发展的潜在威胁。生物质原料热解制备生物质炭的过程中可使有毒有害物质如多环芳烃（PAHs）、As、Cd、Pb等发生富集，从而对土壤环境健康和农作物安全产生威胁。Kloss等[16]发现，秸秆、杨木、云杉木3种材料在400～525°C下热解5～10 h制备的生物质炭中都含有不同浓度PAHs，其中，秸秆在525℃制备的生物质炭中PAHs含量最高，达到33.7 mg/kg，远远超过了EPA对用于土地处理的生物性固体废弃物所规定的安全限值（6 mg/kg）。在生物质炭毒理性实验中，Rogovska等[17]使用6种类型生物质炭（不同材料、不同温度、不同热解程序）的水提取液对玉米发芽和幼苗早期生长的影响进行研究，发现较高温度（732～850℃）制备的生物质炭提取液培育的玉米芽长与对照（去离子水）相比，平均下降了16%，这主要归因于高温制备的生物质炭中所含有的较高水平PAHs对作物幼苗生长产生毒害作用。因此，为确保农用生物质炭的安全使用，应对有机质前体和热解产物进行严格检测和筛选，以有效降低生物质炭施用于农田所造成的土壤污染风险。
生物质炭除对于农业土壤产生一定影响之外，对于作物的生长发育也具有一定影响。1）生物质炭对于株高的影响。株高是直接反映作物生长状况的重要指标之一，适量的生物质炭处理对株高有一定的促进作用。张伟明等[18]研究表明生物质炭的不同用量处理均在一定程度上提高了水稻株高，说明生物质炭对水稻生长起到了促进作用。在大豆生长前期，生物质炭处理的株高有所提高，表现为随炭量增加而提高。而在结荚期，较高施炭量处理的大豆株高有所降低，鼓粒期整体又有所提高。但在全生育期，所有处理整体上无明显差异。2）生物质炭对作物地上部植株干物质积累的影响。适量的生物质炭处理能促进了作物地上部植株干物质积累，叶片干物重增加有利于储存更多碳水化合物，为作物生长提供充足的物质“源”。而茎秆干物重增加，则在一定程度上说明茎秆粗壮，有利于提高作物抗倒伏能力和营养物质的转运。张伟明等[18]通过盆栽与大田试验得出结论：生物质炭对水稻茎、叶干物质积累具有比较明显的促进作用,较低施炭量对茎秆干物质积累作用相对明显。旱作条件下，生物质炭对大豆对地上部植株叶片、茎秆干物质促进作用相对明显，且有随时间延长而效应增大趋势，较高施炭量处理对促进茎秆干物质积累作用相对明显。3）生物质炭对作物光合生理特性的影响。张园营等[19]对烟草的研究显示，叶片叶绿素含量随着生物质炭用量增加而递增，在750～1125kg/hm2时，叶绿素含量能够适当延长烟株成熟期，更有利于石油醚和中性致香物质等内在物质完全转化，提高烟叶品质。陈心想等[20]研究发现大豆叶绿素含量随着生物质炭施加量增多而增加，说明生物质炭有利于提高大豆叶片的光合性能。玉米叶绿素含量且随炭量增加而提高。高浓度生物质炭对叶绿素合成的促进作用更加明显。生物质炭对作物叶片可溶性糖和可溶性蛋白的合成也有明显的促进作用。4）生物质炭对作物产量的影响。不同用量的生物质炭有不同增产效果。一般而言，在较低用量时可以提高作物生物量，用量较高时会降低作物生物量。有研究发现[21]，生物质炭能显著提高低肥力土壤上黑麦草的产量，增幅随生物质炭用量的增加而增大；而对高肥力土壤上黑麦草产量的影响不显著，当用量达到 200 g?kg1时，生物质炭对黑麦草的生长甚至产生了轻微的抑制作用，产量有一定下降。黄剑[22]综合前人研究结果指出，生物质炭施用量在 100 t?hm2时增产效果最好(39%)。 生物质炭对作物的生长和产量有促进还是抑制作用，因生物质炭类型和土壤类型而异。卜巧珍通过野外盆栽试验证明，相同的施炭量，红色石灰土的作物产量的增长幅度大于棕色石灰土[23]。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
绪论 1
1 材料与方法3
1.1 实验材料 3
1.2 实验设计 4
1.3 数据处理 4
2 结果与分析 4
2.1 不同浓度生物质炭处理小麦幼苗对黏虫幼虫取食、食物利用及增重的影响 4
2.2 不同浓度生物质炭处理小麦幼苗对黏虫幼虫食物利用指数的影响 6
3 结论与讨论 8
致谢 9
参考文献9
玉米秸秆生物质炭对黏虫取食影响的研究
引言
生物质炭是指由含碳量丰富的生物质在无氧或限氧的条件下低温热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料。近年来，生物质炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、保持土壤肥力、提高作物产量等诸多作用[14]，并且在温室气体减排以及受污染环境修复等方面都展现出应用潜力[56]，已成为当前的研究热点。
目前，在生物质炭对土壤影响的研究主要集中在土壤中离子的影响、保肥持水作用、土壤微生物、土壤pH值、有机污染物的吸附等方面。1）关于生物质炭对于重金属离子作用，易卿等[7]研究了不同生物质材料在不同热解温度下所制生物质炭对污染土壤中镉（Cd）的固持作用，表明生物质炭加入土壤后改变了土壤的基本性状，增强了土壤对Cd的固持作用，降低了土壤介质中有效态Cd的含量，也降低了迁移性和生物毒性，其生态风 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
险性亦相应降低。2)生物质炭具有土壤保肥持水的重要作用。Haefele等[8]在研究稻壳生物质炭对3种不同肥力水平土壤上轮作作物产量影响的试验中发现：在肥力极低的土壤总C、总N、渗透压、养分K均极低CEC水平更低，四季轮作的潜育强淋溶土（Gleyic acrisols）上施用生物质炭可使作物产量提高16%～35%，说明生物质炭在肥力差的土壤上增产作用更强。3)生物质炭对土壤微生物有益。生物质炭的多孔性和表面特性为土壤微生物生长与繁殖提供了良好的栖息环境，减少了微生物之间的生存竞争，能保护土壤有益微生物，特别是菌根真菌的繁殖与活性[910]。生物质炭的一些物理特性会对微生物丰度有影响。细菌能够吸附到生物质炭的表面，使它们不易受土壤淋洗的影响[11]，从而增加了土壤中细菌的数量。4)生物质炭具有改良酸性土壤的作用。生物质炭含有一定量的碱性物质，一般呈碱性。原料不同制成的生物质炭的性质不同，PH值的范围为4到12，通常具有高矿物质成分的生物质炭PH高[12]。Chintala等[13]研究发现，生物质炭无论加入酸性土壤还是碱性土壤，都能够提高土壤的阳离子交换能力，这可能是由于生物质炭表面有很多阴离子。5)生物质炭对于有机污染物具有吸附作用。在中国，有机物污染和农业面源污染已经成为国家和科学家们重点关注的环境问题，并且我国的重金属治理形势极其严峻。鉴于生物质炭的多孔性以及较大的表面积，为改善中国的面源污染提供了可靠的途径[14]。早在20世纪60年代，Yang等[15]就研究了利用燃烧小麦、水稻秸杆制备的生物质炭对有机农药敌草隆的吸附，发现其吸附作用一般是土壤的400～2500倍，而且土壤中添加少量的生物质炭即可使有机污染物的吸附容量大大增强; 当添加量超过0.05%时，土壤对有机物的吸附作用即由生物质炭所主导。因此生物质炭被认为是有机污染物的超强吸附剂，可以影响环境中有机污染物的迁移转化和生物有效性。
生物质炭应用于农业土壤中也可能存在一定的潜在危险。尽管与传统土壤改良剂相比，生物质炭具有较多优势，但同时有大量研究表明，生物质炭对于耕作土壤结构稳定性、NP根系可利用性、土壤微生物与动物区系多样性以及作物生长可能会产生不利影响，甚至可能成为农业可持续发展的潜在威胁。生物质原料热解制备生物质炭的过程中可使有毒有害物质如多环芳烃（PAHs）、As、Cd、Pb等发生富集，从而对土壤环境健康和农作物安全产生威胁。Kloss等[16]发现，秸秆、杨木、云杉木3种材料在400～525°C下热解5～10 h制备的生物质炭中都含有不同浓度PAHs，其中，秸秆在525℃制备的生物质炭中PAHs含量最高，达到33.7 mg/kg，远远超过了EPA对用于土地处理的生物性固体废弃物所规定的安全限值（6 mg/kg）。在生物质炭毒理性实验中，Rogovska等[17]使用6种类型生物质炭（不同材料、不同温度、不同热解程序）的水提取液对玉米发芽和幼苗早期生长的影响进行研究，发现较高温度（732～850℃）制备的生物质炭提取液培育的玉米芽长与对照（去离子水）相比，平均下降了16%，这主要归因于高温制备的生物质炭中所含有的较高水平PAHs对作物幼苗生长产生毒害作用。因此，为确保农用生物质炭的安全使用，应对有机质前体和热解产物进行严格检测和筛选，以有效降低生物质炭施用于农田所造成的土壤污染风险。
生物质炭除对于农业土壤产生一定影响之外，对于作物的生长发育也具有一定影响。1）生物质炭对于株高的影响。株高是直接反映作物生长状况的重要指标之一，适量的生物质炭处理对株高有一定的促进作用。张伟明等[18]研究表明生物质炭的不同用量处理均在一定程度上提高了水稻株高，说明生物质炭对水稻生长起到了促进作用。在大豆生长前期，生物质炭处理的株高有所提高，表现为随炭量增加而提高。而在结荚期，较高施炭量处理的大豆株高有所降低，鼓粒期整体又有所提高。但在全生育期，所有处理整体上无明显差异。2）生物质炭对作物地上部植株干物质积累的影响。适量的生物质炭处理能促进了作物地上部植株干物质积累，叶片干物重增加有利于储存更多碳水化合物，为作物生长提供充足的物质“源”。而茎秆干物重增加，则在一定程度上说明茎秆粗壮，有利于提高作物抗倒伏能力和营养物质的转运。张伟明等[18]通过盆栽与大田试验得出结论：生物质炭对水稻茎、叶干物质积累具有比较明显的促进作用,较低施炭量对茎秆干物质积累作用相对明显。旱作条件下，生物质炭对大豆对地上部植株叶片、茎秆干物质促进作用相对明显，且有随时间延长而效应增大趋势，较高施炭量处理对促进茎秆干物质积累作用相对明显。3）生物质炭对作物光合生理特性的影响。张园营等[19]对烟草的研究显示，叶片叶绿素含量随着生物质炭用量增加而递增，在750～1125kg/hm2时，叶绿素含量能够适当延长烟株成熟期，更有利于石油醚和中性致香物质等内在物质完全转化，提高烟叶品质。陈心想等[20]研究发现大豆叶绿素含量随着生物质炭施加量增多而增加，说明生物质炭有利于提高大豆叶片的光合性能。玉米叶绿素含量且随炭量增加而提高。高浓度生物质炭对叶绿素合成的促进作用更加明显。生物质炭对作物叶片可溶性糖和可溶性蛋白的合成也有明显的促进作用。4）生物质炭对作物产量的影响。不同用量的生物质炭有不同增产效果。一般而言，在较低用量时可以提高作物生物量，用量较高时会降低作物生物量。有研究发现[21]，生物质炭能显著提高低肥力土壤上黑麦草的产量，增幅随生物质炭用量的增加而增大；而对高肥力土壤上黑麦草产量的影响不显著，当用量达到 200 g?kg1时，生物质炭对黑麦草的生长甚至产生了轻微的抑制作用，产量有一定下降。黄剑[22]综合前人研究结果指出，生物质炭施用量在 100 t?hm2时增产效果最好(39%)。 生物质炭对作物的生长和产量有促进还是抑制作用，因生物质炭类型和土壤类型而异。卜巧珍通过野外盆栽试验证明，相同的施炭量，红色石灰土的作物产量的增长幅度大于棕色石灰土[23]。
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