生物质炭对小白菜产量的影响及其机制研究【字数:6635】
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引言
引言:生物质炭是秸秆、树木枯枝落叶、蓄禽粪便等生物质在限氧、低温热裂解裂解条件生成的一类黑色粉末状物质,在生物质炭热裂解过程中也会有焦油、木醋液和可燃气等附产物产生[17]。近年来,将作物秸秆等生物质资源转化成生物质炭后再还田受到科学家的广泛关注。2017年,我国农业部将秸秆炭化还田列为十大秸秆利用模式之一。已有研究表明,生物质炭还田不仅可以快速提高土壤有机碳储量,还能够提高土壤肥力和作物的生产力,并降低农业管理措施引用的 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: &351916072&
温室气体排放[15]。因此,生物质炭农用产业的发展既可减少因秸秆就地燃烧所带来的环境污染,实现资源循环利用,同时施加生物质炭可提高作物产量,减少化肥的使用,还可改善土壤质量[912]。但是,作物的增产机制尚不太明确。
蔬菜是我们身体摄取营养成份的主要来源。据我国统计局08年统计结果显示,蔬菜种植面积已经占据我国耕地面积的11.4%,达到17.88 百万公顷[1]。2012年,我国温室大棚蔬菜达到世界最大种植规模[13]。与以往传统蔬菜种植方式相比,使用大棚种植会增加氮肥的使用量[4],这会导致蔬菜中的硝酸盐含量增加[6]同时还会增加土壤的含氮量[5,7]。蔬菜中的硝酸盐会通过食物链进入人体,并可能转化为致癌的亚硝酸盐,威胁人类健康[8]。近年来的一些研究也表明,生物质炭施用可以提高蔬菜产量,同时改善其品质,特别是降低叶菜类作物中硝酸盐含量。
本试验以小白菜为模式作物,将生物质炭人为分离成不同部分,并将其添加到高低两种肥力的土壤中,研究生物质炭是本身所含养分,还是炭的骨架结构影响了小白菜产量对生物质炭响应。通过本试验探究生物质炭对作物产量影响的机理性原因,为今后的应用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验设计
本实验于2017年3月于大学资源与环境科学学院温室内进行。供试作物为小白菜,品种为苏州青。
本试验采用盆栽实验,共设置5个处理,分别为空白对照(CK)、施用生物质炭(BC)、生物质炭热水浸提液(BW)、浸提后的炭骨架(BB)、高温灰化后的炭(BA)。试验选用高低两种肥力土壤(L低养分土样; H高养分土样)。除对照外,相当于按照每盆总土重量的1% 施用生物质炭(浸提液折合来算)。每个处理设4个重复,共计40盆。盆钵采用随机区组排列。
收获后的植物鲜样:测量产量及品质;植物干样:测量地上部和根干重,以及硝酸盐、可溶性蛋白、可溶性糖和维生素C;收货后的土样:风干后测定pH、 全氮、速效磷、有效钾。
1.2 供试材料
(1)土壤的采集与整理:所选用的土壤是土壤盆栽实验的关键之一。首先选择有代表性的土壤,只采020cm厚的耕层土壤。取土、装土、运土的工具要干净,要避免如肥料等其它一切可能的污染对实验结果的准确性造成影响。取土数量要比实际需要量多10%~20%。取回的土壤过2mm孔径筛,并挑出石子、根茬残体以及各种杂物。过筛大土块后,必须捣碎后全部过筛。高养分土壤采集菜园土,低养分土壤采集南农牌楼的黄土。
(2)生物质炭的制备:生物质炭与养分分离方法目前国内外可行的方法是热水浸提分离法,即:取20.00g生物质炭(过10目筛),放入200mL去离子水中,在100℃恒温水浴锅中,加热3h,然后在30℃,180转/h的恒温振荡器中震荡24h,过滤,如此重复3次。剩余的固体即为无养分的生物质炭,滤液为生物质炭养分提取液。
生物质炭灰化(参考鲁如坤农化分析的干灰化法):在坩埚中,称取20g过筛(10目)生物质炭,加适量乙醇溶液促进样品均匀灰化,使样品湿润。然后把坩埚放在马弗炉上,坩埚盖斜放,调节电炉温度使缓缓加热炭化。烧至烟冒尽时,移人高温电炉中,加热至525℃,保持约1h(45min2h,视样品种类和称样量多少而异),烧至灰分近于白色为止。将坩埚移到炉门口,待冷至200℃以下,再移人干燥器中冷却至室温(约30min),立即称量。随后再次灼烧,冷却、称量。直至恒重(前后两次重量相差不超过0.5mg)。
(3)盆钵的选择与准备:选择20cm×10cm(前者为盆内径,后者为盆高)的塑料普通盆,每盆装土2kg。选择的盆钵大小要一致,其间的高度与直径相差不应大于0.5cm,每个盆的重量相差不应超过100g。装盆前把小砾石和尼龙纱布等全部放入盆内,以确定皮重。若各盆重量不等,可用砾石调整皮重,使各盆重量相等,这样可保证各盆毛重一致,便于以后装土以及浇水计算灌水量。
(4)肥料、生物质炭以及淋洗液的施用:盆栽试验的施肥量,一般高于大田的2~3倍。每个处理的用土量为2kg。施肥为N 150mg /kg和P2O5 33 mg / kg,分别施入尿素和过磷酸钙做基肥,不施追肥。生物质炭含有较高的钾素含量,施肥中不考虑钾肥。加生物质炭和淋洗液以及灰分处理后的土壤经充分混匀后置于盆钵中 , 用称质量法控制土壤水分在28 %(大致相当于75 %田间持水量)左右。
(5)种子消毒和催芽:将小白菜种子用次氯酸钠消毒30分钟,蒸馏水催芽后,把浸泡过的种子控去水,用通气性好的纱布包好,注意使种子处于松散状态,不要压得过紧。催芽期间,如种子干燥,可用清水冲冼。
(6)装盆、播种、定植 催芽后,选择长势一致的种子均匀点播在盆钵中,而后在其上平铺2mm后干土,出苗1周后间苗,每盆留4株。
(7)管理和收获:为保持水分,要定期浇水使其保持在最大含水量的60%,灌水可以采用称重法或体积法。每天随机改变盆的位置,确保每盆作物都得到均匀光照。
1.3 测定项目及方法
1.3.1小白菜的测定
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