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秸秆与生物炭施加对茉莉园土壤真菌群落及有机碳库特征的影响

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环境科学 2024年第7期45卷 4228-4240页

作者：彭家豪林少颖王维奇曾瑜陈梅春杨文文陈思聪福建师范大学地理研究所福建师范大学湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室闽榕茶业有限公司福建省农业科学院农业生物资源研究所福州市农业农村局

为阐明秸秆与生物炭施加后茉莉园土壤真菌群落及有机碳库组分分配的变化特征，测定分析了茉莉园对照、秸秆和生物炭处理0～15 cm土壤真菌群落特征与有机碳库组分，并计算其碳库管理指数（CPMI）.结果表明，秸秆与生物炭施加后土壤真菌... 详细信息

为阐明秸秆与生物炭施加后茉莉园土壤真菌群落及有机碳库组分分配的变化特征，测定分析了茉莉园对照、秸秆和生物炭处理0～15 cm土壤真菌群落特征与有机碳库组分，并计算其碳库管理指数（CPMI）.结果表明，秸秆与生物炭施加后土壤真菌群落多样性均降低，各处理中优势菌属结构发生变化，生物炭处理下土壤真菌群落结构与秸秆处理和对照组差异显著.冗余分析（RDA）表明，土壤真菌群落结构主要受土壤容重、C∶N、盐度和TN影响.另外，秸秆处理下土壤活性有机碳（LOC）与对照组相比显著增加87.44%(P秸秆处理下碳库活度（L）显著提高（P秸秆与生物炭施加后腐生营养型及其兼性营养型真菌对土壤活性有机碳组分和碳库管理指数有着重要影响.

关键词：秸秆生物炭真菌有机碳库碳库管理指数(CPMI) 茉莉园土壤

生物炭和秸秆还田对咸水滴灌棉田土壤微生物群落特征及功能差异的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3571-3583页

作者：郭晓雯向贵琴张发朝江山闵伟石河子大学农学院石河子832003

干旱区淡水资源不足,农业用水主要依赖于含盐的浅层地下水,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,土壤环境恶化,不利于作物生长.因此,在长期淡水(0.35 d S·m^(-1),FW)和咸水(8.04 d S·m^(-1),SW)灌溉的基础上,采用等碳量设计向土壤中添... 详细信息

干旱区淡水资源不足,农业用水主要依赖于含盐的浅层地下水,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,土壤环境恶化,不利于作物生长.因此,在长期淡水(0.35 d S·m^(-1),FW)和咸水(8.04 d S·m^(-1),SW)灌溉的基础上,采用等碳量设计向土壤中添加生物炭(3.7 t·hm^(-2),BC)和秸秆(6 t·hm^(-2),ST),旨在明晰生物炭和秸秆还田对盐渍化土壤理化性质及微生物群落结构的影响.结果表明,咸水灌溉显著增加土壤含水量、电导率、速效磷和全碳的含量,但显著降低了p H值和速效钾的含量.生物炭和秸秆还田均显著增加土壤含水量、速效磷、速效钾和全碳的含量,但显著降低了咸水灌溉条件下的电导率值.各处理土壤优势菌门为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著增加芽单胞菌门和变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门和放线菌门的相对丰度.在淡水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.在咸水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.LEf Se分析表明,咸水灌溉降低了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;咸水灌溉条件下,生物炭还田增加了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在标志物和功能数量.RDA结果显示,土壤微生物群落和功能结构与EC_(1∶5)、SWC和p H值显著相关.咸水灌溉会恶化土壤环境,不利于农业生产,其中EC_(1∶5)、SWC和p H值是驱动土壤微生物群落和功能结构变化的重要因子,采用生物炭和秸秆还田可减缓盐分对土壤和作物的危害,为提高农业生产力奠定基础.

关键词：宏基因组生物炭秸秆咸水土壤微生物

秸秆-磷石膏联用对赤泥的腐殖质组分和微生物群落的影响

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Journal of Central South University 2024年第2期31卷 460-476页

作者：吴昊朱轩郅唐崇俭黄诗蔚孙伟江钧朱锋杨兴旺 RONAN Courtney 薛生国 School of Metallurgy and Environment Central South UniversityChangsha 410083China School of Minerals Processing and Bioengineering Central South UniversityChangsha 410083China Department of Life Sciences Schrodinger BuildingUniversity of LimerickLimerick V94 T9PXIreland

腐殖化过程是赤泥土壤化及堆场生态修复的重要环节。本研究采用腐殖质分级和高通量测序技术,探究了秸秆和磷石膏联用对赤泥腐殖质组分和微生物群落的影响。结果表明,秸秆-磷石膏联用显著增加赤泥胡敏酸和富里酸含量,提高微生物群落多样... 详细信息

腐殖化过程是赤泥土壤化及堆场生态修复的重要环节。本研究采用腐殖质分级和高通量测序技术,探究了秸秆和磷石膏联用对赤泥腐殖质组分和微生物群落的影响。结果表明,秸秆-磷石膏联用显著增加赤泥胡敏酸和富里酸含量,提高微生物群落多样性和丰富度,促进赤泥腐殖化过程。施用秸秆后,赤泥中葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、多酚氧化酶和过氧化物酶分别升高7.15~8.76倍、5.64~7.12倍、2.69~4.57倍和2.59~4.24倍,显著增加Devosiaceae、Rhizobiaceae、Flavobacteriaceae、Caulobacteraceae和Cellvibrionaceae等具有纤维素降解和固氮功能微生物类群相对丰度,提高微生物群落稳定性。研究结果为外源生物质促进腐殖质累积、驱动赤泥成土进程提供科学依据。

关键词：赤泥秸秆腐殖质组分微生物群落赤泥土壤化

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 118-124页

作者：夏明明刘佳吴萌樊剑波刘晓利陈玲马昕伶李忠佩刘明中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/国家红壤改良工程技术研究中心江西南昌330200

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC_(2)O_(4))和氢... 详细信息

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC_(2)O_(4))和氢氧化钙[Ca(OH)_(2)]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明:(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸秆腐解产物DOM的C3组分比例显著高于氢氧化钙处理;秸秆腐解产物DOM中组分C1、 C2与组分C3呈显著负相关;组分C2含量与总碳含量呈显著负相关。(3)氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的腐殖化指数(HIX)明显高于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸秆腐解产物DOM生物源指数(BIX)明显高于氢氧化钙处理;高量草酸钙处理秸秆腐解产物DOM主要来自于微生物的转化,而其他处理DOM来自于微生物转化和陆生植物;不同添加量处理下秸秆腐解产物DOM的荧光指数没有明显变化规律;花生秸秆腐解产物DOM的HIX、 BIX和荧光指数(McKnight index)均高于水稻秸秆;秸秆腐解产物DOM中McKnight和HIX呈显著负相关,和BIX间呈极显著正相关,而秸秆腐解产物DOM中BIX和总碳含量呈显著正相关。上述结果表明,氢氧化钙可以促进秸秆腐解以及腐解产物的腐殖化,其中高量氢氧化钙处理的花生秸秆效果较好。

关键词：含钙添加剂秸秆可溶性有机物三维荧光平行因子分析

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密封限氧法制备秸秆生物炭参数的优化研究

太阳能学报 2024年第3期45卷 169-177页

作者：朱凤君张春燕乔印虎何春霞辛楠王宁安徽科技学院机械工程学院凤阳233100 安徽云龙粮机有限公司阜阳236500 南京农业大学工学院南京210032

以小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆为原料,利用正交试验思路设计密封限氧处理下制备秸秆生物炭的方案,测定并分析其理化特性、官能团结构及形貌特征。结果表明:炭化温度是影响生物炭制备的优先考虑因素,秸秆生物炭的炭产率随热解温度的升... 详细信息

以小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆为原料,利用正交试验思路设计密封限氧处理下制备秸秆生物炭的方案,测定并分析其理化特性、官能团结构及形貌特征。结果表明:炭化温度是影响生物炭制备的优先考虑因素,秸秆生物炭的炭产率随热解温度的升高而减小,其pH值和灰分则相应增大;相较于小麦秸杆和油菜秸杆生物炭,水稻秸秆的炭产率、pH值和灰分含量最高。温度为550℃,保温时间在60 min时,秸秆生物炭的官能团吸收振动峰趋于平缓,表面出现蜂窝状孔隙结构,表明其孔隙丰富,结构稳定。

关键词：秸秆生物炭理化特性热解温度炭化时间

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多腔室秸秆原位炭化还田设备设计

农业工程学报 2024年第11期40卷 212-219页

作者：姚宗路张帅帅贾吉秀霍丽丽李粤朱本海李媛赵立欣中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 海南大学机电工程学院海口570228 中国热带农业科学院科技信息研究所海口571101

原位炭化还田技术可将田间秸秆就地直接转化为生物炭,改善土壤结构,解决秸秆直接还田腐解慢、出苗率低、病虫害严重等问题。但目前炭化还田设备仍存在炭化不均匀,运行稳定性差,生产效率低等问题。该研究基于精准控氧控温炭化要求,在前... 详细信息

原位炭化还田技术可将田间秸秆就地直接转化为生物炭,改善土壤结构,解决秸秆直接还田腐解慢、出苗率低、病虫害严重等问题。但目前炭化还田设备仍存在炭化不均匀,运行稳定性差,生产效率低等问题。该研究基于精准控氧控温炭化要求,在前期样机基础上,创新研发了立式多腔限域式炭化反应器,研制强化物料定向流动的多翅片型扰动部件,并运用ANSYS Workbench进行仿真模拟和结构优化,研制热解气清洁燃烧及高温烟气换热回用系统,集成秸秆捡拾粉碎系统及田间作业机具,研制立式多腔室秸秆原位炭化还田设备。以玉米秸秆为原料进行炭化试验,设备秸秆处理量为500 kg/h,生物炭产率为125 kg/h,固定碳含量为50.30%,系统能量利用率为70.66%,产出的炭达到Ⅰ级生物炭还田标准,燃烧烟气中颗粒物、NO_(x)、SO_(x)等排放均满足国标要求,整机系统运行稳定,满足设计标准,为秸秆直接炭化还田提供了技术及装备支撑。

关键词：秸秆热解原位炭化生物炭还田设备能量分析

基于文献计量学的玉米秸秆利用及关键共性技术分析

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农业工程学报 2024年第12期40卷 224-236页

作者：陈理赖有春陈帅宇马明旭周宇光韩毅冯欢欢郑永军中国农业大学工学院北京100083 农业农村部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网(CNKI,China national knowledge infrastructure)数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用... 详细信息

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网(CNKI,China national knowledge infrastructure)数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用领域的研究现状和发展趋势,总结其面临的主要问题,并在此基础上深入挖掘分析玉米秸秆利用关键共性技术。玉米秸秆利用研究大致可分为1990—2007年及2008—2022年两个阶段。在后一阶段,各研究团队逐渐构成以肥料化、饲料化为主,燃料化为辅的玉米秸秆利用研究体系。经文献梳理发现,玉米秸秆利用研究大致经历了3次阶段性热点迁移,每次变化时长约为10a;中国玉米秸秆利用研究已取得较多成果,主要集中在秸秆还田和生物质能源生产方面;通过对知识图谱综合分析发现,玉米秸秆利用的热点方向包括生物质能源生产、土地改良和保护、畜牧业发展和饲料生产。最后,知识工程和归纳法分析结果表明,玉米秸秆利用技术仍存在收运不及时、还田质量低、秸秆制饲料技术不成熟、能源化技术成本高和附加值低等瓶颈。故在农业废弃物资源化利用这一国家重大需求驱动下,该文主要关注并分析了未来研究应重点聚焦的13项玉米秸秆全价值利用关键共性技术。该研究可为促进中国玉米秸秆全价值利用提供参考。

关键词：秸秆利用文献计量学 Web of Science 中国知网关键共性技术

秸秆与生物炭对棉田碱性土壤NH_(3)挥发与N_(2)O排放的影响

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 442-451页

作者：郭儆瑜金文刘志涛程照瑞赵文青孟亚利南京农业大学农学院/农业农村部作物生理生态与生产管理重点实验室/江苏省现代作物生产协同创新中心南京210095

为探究秸秆和秸秆生物炭连续添加5 a后对土壤氨(NH_(3))挥发和氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,并确定合理的秸秆还田措施,以降低碱性棉田氮损失。本研究基于等碳量输入,设置秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田、秸秆生物炭翻埋和不还田对照共4个... 详细信息

为探究秸秆和秸秆生物炭连续添加5 a后对土壤氨(NH_(3))挥发和氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,并确定合理的秸秆还田措施,以降低碱性棉田氮损失。本研究基于等碳量输入,设置秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田、秸秆生物炭翻埋和不还田对照共4个处理,氮磷钾肥统一施用。结果表明:秸秆生物炭翻埋下土壤NH_(3)挥发和N_(2)O排放分别较不还田对照显著降低27.3%和56.7%,主要归因于生物炭显著抑制土壤羟胺还原酶与硝酸还原酶活性,增加棉花氮吸收量,也与生物炭自身的强吸附能力有关。而秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田分别较对照增加NH3挥发37.2%和21.2%,但减少N2O排放17.1%和38.3%,这两种秸秆还田方式均显著促进土壤有机氮矿化和羟胺还原酶活性,抑制硝酸还原酶活性。冗余分析(RDA)结果表明羟胺还原酶和棉花氮吸收是土壤NH3挥发和N_(2)O排放的主要影响因子,解释率分别为64.8%和20.1%。研究表明,秸秆生物炭翻埋对NH_(3)和N_(2)O减排的综合效果优于秸秆,是碱性棉田土壤值得推荐的氮减排措施。

关键词：秸秆生物炭 NH_(3) N_(2)O 氮循环酶碱性土壤

秸秆-钢渣混合填料对低C/N比污水脱氮研究

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农业环境科学学报 2024年第4期43卷 906-915页

作者：葛冠华潘达鑫郑勇熊兴军林杉王砚胡荣桂华中农业大学资源与环境学院农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 中建三局绿色产业投资有限公司武汉430058 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

为探讨作物秸秆和钢渣对低C/N比污水脱氮的影响,本研究分别以空白(CK)、小麦秸秆(W组)、水稻秸秆(R组)、小麦秸秆+钢渣(WF组)、水稻秸秆+钢渣(RF组)、钢渣(F)为填料,在厌氧循环系统中对C/N比为0.23~0.93的污水进行处理,探究6种不同的填... 详细信息

为探讨作物秸秆和钢渣对低C/N比污水脱氮的影响,本研究分别以空白(CK)、小麦秸秆(W组)、水稻秸秆(R组)、小麦秸秆+钢渣(WF组)、水稻秸秆+钢渣(RF组)、钢渣(F)为填料,在厌氧循环系统中对C/N比为0.23~0.93的污水进行处理,探究6种不同的填料-系统对NO3-N的去除效果。结果表明:W组、R组、WF组和RF组的NO_(3)^(-)-N去除率分别为94.99%、86.70%、98.75%和94.70%;相比于WF组和RF组填料系统,纯秸秆填料系统(W组和R组)对污水中NO_(3)^(-)-N的去除速度更快,但在处理过程中的可溶性有机碳(DOC)浓度更高;WF组和RF组钢渣中含铁化合物的释放及转化会消耗有机质,因此其DOC浓度保持在较低水平,避免了因DOC浓度过高而引起的二次污染问题。综合考虑,小麦秸秆+钢渣混合填料在脱氮过程中能够在保持高效脱氮的同时避免出水二次污染问题,更适用于低C/N比污水的脱氮。

关键词：秸秆钢渣脱氮反硝化过程

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