当前位置:论文写作 > 论文大全 > 文章内容

生物质本科毕业论文范文 生物质有关毕业论文提纲范文8000字有关写作资料

主题:生物质 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-02-06

生物质论文范文

《生物质炭改善土壤矿质营养吸收进展与作用机制分析》

该文是生物质方面论文如何写与生物质类学术论文怎么写.

摘 要:土壤矿质营养物质的均衡高效吸收对于作物的产质量具有重要意义.生物质炭所具有的特殊结构及富含碳的特性能够改善作物对矿质营养的吸收与利用.近年来,国内外对生物质炭改善土壤理化特性、促进作物矿质营养吸收、提高肥料利用效率等方面的研究日益深入.本文系统地论述了生物质炭的理化特性及生物质炭对土壤矿质营养物质吸收利用影响的研究进展,发现生物质炭能够促进植物对氮、磷、钾等营养元素的吸收与利用.在此基础上,探讨了生物质炭改善土壤矿质营养吸收的机制,为生物质炭在土壤改良与化肥减施技术方面的应用提供了理论依据.

关键词:生物质炭;土壤矿质营养;吸收;机制

中图分类号: S156 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2020)10-0046-06

收稿日期:2019-07-31

基金项目:南平植烟土壤碳氮分布特征及其烟叶质量提升关键技术研究(编号:20172102号);国家重点研发计划(编号:2017YFD0200808).

作者简介:尧 芳(1998—),女,江西抚州人,主要从事现代烟草农业研究.E-mail:18838935630@163.com.

通信作者:任天宝,博士,副教授,硕士生导师,主要从事烟草栽培与生物质炭研究.E-mail:tianbao1016@126.com.

矿质营养元素是植物生长发育中必不可少的物质,是植物光合作用和呼吸作用合成的能量的载体和代谢物质,也是植物生命活动的基础.其中,氮、磷、钾和微量元素是作物生长所需的重要营养元素,它们对农作物产量及品質的形成起着极其重要的作用[1].因此,矿质元素的均衡供应是实现作物优质高效栽培的前提,明确作物对土壤矿质元素的需求特点与规律可以为健康栽培和精准施肥提供理论依据,对于实现我国作物的优质、高效、绿色、安全生产具有重要意义.

氮是组成一切生命体的重要元素,农田土壤中的氮素则是作物所需土壤养分库中的基本要素;磷以多种形态存在于土壤中,其中生物有效性最高的形态是水溶态磷[2],磷素可以使作物维持正常生长并保持较高的产量[3];钾素堪称农作物的“主粮”,合理适量地施用钾素,能使农作物的秸秆粗壮坚韧,并可防止倒伏、促进开花结实,此外还能增强农作物抗寒、抗早、抗病的能力[4].但是,土壤中的氮素在转化过程中会通过淋溶、挥发、吸附固定等途径移出土体而损失;磷素会通过降雨或人工排水形成的地表径流、土壤侵蚀及渗漏淋溶等途径流失,这些直接关系到氮素和磷素的有效利用率.有研究发现,磷肥在农业生产中的利用率为5%~20%[5],在水稻中的利用率为25%[6].有研究结果显示,钾肥的当季利用率为40%~70%,土壤中的有效钾主要通过淋洗、径流、固定等方式损失,这些导致土壤植物对钾素的吸收利用率降低[4].此外,微量元素也是农作物生长发育必需的营养元素,目前有较多报道表明,微量元素在促进植株生长发育、影响植株生理代谢、增强作物对病害的抵抗力等方面具有重要作用.如今,我国土壤面临微量元素成分不协调、土壤矛盾突出、重金属污染、部分缺素等问题,毫无疑问,这些问题将影响植物对微量元素的吸收利用.综上所述,土壤矿质营养元素利用率低已经成为限制我国农业高质量发展的重要因素,亟待深入开展如何提高土壤营养元素有效利用的相关研究.从已有的大量研究结果来看,新兴的生物质炭技术可以有效促进植物对土壤营养物质的吸收与利用,增加土壤微生物的多样性.王悦满等研究发现,施生物炭处理与施氮对照(CKU)相比,施加0.5%质量分数的生物质炭处理的水稻籽粒吸氮量、氮肥吸收利用率、农学效率分别提高了2368%、57.46%、1.86%[7].房彬等研究发现,与单施复合肥、尿素相比,额外施用20、50、100 t/hm2生物质炭处理组的土壤硝态氮含量分别提高了380%、26.3%、88.4%,土壤有效磷含量分别提高了34.8%、135.0%、232.2%[8].

本文结合生物质炭的理化特性,对国内外土壤中氮、磷、钾和矿质元素的研究现状进行综述,深入研究生物炭对土壤理化特性及矿质营养吸收的影响机制,对于合理有效地调控土壤根际环境、最大限度地发挥生物质炭对作物生长的生态功能、提高矿物营养资源的利用效率与作物生产力、实现我国农业生产的可持续发展具有一定的理论价值与实践指导意义.

1 生物质炭的理化特性

生物质炭通常是由生物残体在完全或部分缺氧的情况下,经高温慢热解产生的一类难熔、稳定、高度芳香化、极度富碳的物质.生物质炭的主要成分是烷基和芳香类物质,其组成元素主要有C、H、O、N、S等,其中碳元素含量约为40%~80%.生物质炭呈高度羧酸酯化,表面具有芳香化结构,其容重小,可溶性极低,溶沸点极高,在自然条件下呈碱性,pH值一般为7.0~10.5[9-10].生物质炭中的羧基、酚羟基、羟基、脂族双键及芳香化等典型的结构特征[11],使其具备极强的吸附能力和抗氧化能力[12].含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、理化性质稳定是生物质炭固有的特点[10],也是生物质炭能够还田改土、吸附储存养分、提高农作物产量、实现碳封存的重要结构基础[13].近年来,作为新型的功能材料,生物质炭在土壤改良与修复、土壤营养物质的吸收与利用及土壤微生物多样性等方面的研究受到广泛关注.向土壤中施用一定量的生物质炭能够有效改良土壤的理化性质,提高土壤养分的有效性,从而促进植物的生长发育和土壤微生物繁殖(生物质炭具体的理化特性见表1).

2 生物质炭对土壤营养物质吸收及利用影响的研究进展2.1 生物质炭对土壤氮素吸收与利用的影响

生物质炭的添加可以改善土壤性质、水分、养分状况,进而促进植物生长,提高农作物产量.Oguntunde等研究发现,生物质炭的施入使土壤容重降低了9%,而总孔隙率则从45.7%提高到 50.6%[14].此外,生物质炭的多微孔结构使其对土壤的持水能力产生影响.Steiner等通过在巴西亚马逊河流域地区的田间试验发现,在土壤中施入生物质炭(11 t/hm2)并经过2年4个生长季后,水稻、高粱的产量累计约增加了75%[15].邓霞研究发现,生物质炭的添加可以显著促进玉米、黄瓜的生长,玉米、黄瓜干质量分别提高了63%~80%、19%~23%;不同处理组之间植物体内的总氮及土壤总氮含量无明显变化,但是植物体的生物量却有显著提高[16].此外,生物质炭能有效提高土壤的持水能力,提高微生物量,提升土壤氮的固持能力,还能降低黑土中硝态氮的质量分数[17],即施用生物质炭可以大幅度降低氮素的淋失作用[18-19].Yamato等研究发现,生物质炭与肥料配合施用能够增加玉米、花生的产量,主要可能与生物质炭能够增加土壤的有效养分含量、提高土壤的阳离子交换量、减少交换性有害离子含量、促进作物生长有关[20].Mizuta等研究发现,生物质炭对铵离子有很强的吸附性,因而可以降低氮素的挥发量,减少养分流失,从而提高土壤肥力[21].

2.4 生物质炭对土壤微量元素吸收的影响

土壤微量元素是影响农作物产量和品质的重要因素,直接参与植株生长的生理生化过程,进而影响作物的理化性状.生物质炭可以提高植物对一些微量元素的吸收与利用率,并且生物质炭对土壤的重金属离子有很强的吸附作用,其吸附性能比土壤中的胶体粒子高几个数量级,因此会影响重金属离子的迁移[51],减少重金属的毒害.此外,生物质炭呈碱性,自身含有大量K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子,这些离子释放后能够将土壤中的H+、Al3+置换出来[52],从而调节土壤的pH值.张翠芳等研究发现,生物炭的不同施肥处理能不同程度地提高土壤中Ca、Mg的含量,降低土壤中Mn和Cu的含量[53].张军等研究发现,施用由生物炭、有机肥和微生物菌剂等制备的高碳基土壤修复肥后,土壤中有效Fe和有效Cu含量总体上略低于对照,土壤中的有效Mn含量在整个生育期内略高于对照,有效Zn含量在大田生育前期略低于对照,而在生育后期则高于对照[54].因此可见,生物质炭对土壤中微量元素的改善具有积极作用,有利于土壤肥力的保持和植株各方面品质的提高.

3 生物质炭促进土壤营养元素吸收的机制

生物质炭富含有机碳,具有较大的比表面积、发达的孔隙结构等,施入土壤后可显著提高土壤中有机碳及腐殖质含量.目前,国内外关于生物质炭对作物吸收营养元素的影响机制研究还没有统一定论,有研究结果表明,生物质炭对土壤养分的作用机制可能主要是影响土壤性质、微生物活性、土壤中微生物的丰度及群落结构等,进而对土壤养分循环或理化性质产生作用,最终影响作物对土壤矿质营养元素的吸收及其生长.

生物质炭主要是通过调节物理肥力、化学肥力、生物肥力这3个方面来改善植物根系对营养元素的吸收状况.物理肥力主要指生物质炭能富集土壤阳离子、增加腐殖质含量、促进土壤团粒结构的形成,土壤团粒结构的增强会提升土壤的保水保肥能力.生物质炭具有特殊的多孔结构,本身就能够富集土壤中的矿质元素.添加生物质炭有利于形成更多有机融合态矿质营养,防止养分的淋溶、流失,这可能是由于生物质炭对土壤化学肥力的调节作用.生物质炭对土壤生物肥力也具有一定的调节作用,主要通过调节作物根域土壤碳氮比及微生物有机碳含量进而调节土壤微生物的种类和数量对土壤养分循环或理化性质产生作用,最终影响作物对土壤营养元素的吸收及其生长.当然,生物质炭对土壤物理、化学、生物肥力的调节是相互联系、相辅相成的.一方面,微生物可以通过分泌微胶质物质等来增加土壤中的氧气,促进团粒结构形成,同时,团粒结构有利于保水保肥,进一步增加了微生物可以利用的氧气和水分含量,对微生物数量的增加有一定的促进作用,从而增加了土壤生物肥力;另一方面,微生物也能分解有机质,增加有机碳含量,增强土壤的化学肥力,而化学肥力的增加又能高效地给土壤微生物提供各种养分,从而进一步提高土壤的生物肥力.综上所述,生物质炭对土壤物理、化学、生物肥力都有一定的促进作用,并且它们之间并不相互独立,而是相互关联的.正是由于具有密切的相关性,生物质炭在土壤中发挥了独特的作用,才能有效地促进土壤中营养元素的循环,提高植物对营养元素的吸收利用率.基于以上分析,笔者总结得到了生物质炭促进土壤营养元素吸收的机制模型,详见图1.

4 结语及展望

本文综述了生物质炭对土壤氮磷钾及微量元素的影响,旨在为提高作物对土壤矿质元素的吸收

利用效率提供科学依据.生物质炭作为土壤结构改良剂或土壤碳库调节剂,对提高植物对氮磷钾及微量元素的利用率和微生物的多樣性有显著作用,但在改善土壤的长期效果上,目前尚缺乏较系统的研究和数据支持,因此很难量化分析生物质炭对土壤矿质营养元素吸收的动力学或差异性的影响.未来关于生物质炭在农业土壤领域的应用建议加强以下3个方面的研究:(1)结合当前我国农业产业的发展现状,紧跟农业现代化发展的国际前沿,可以加强分子生物学和信息技术等新方法的应用,实现生物质炭对土壤矿质营养元素影响的定量分析.(2)目前农业上研究生物质炭对土壤营养元素的影响都停留在短期效果上,针对生物质炭对土壤改良及环境影响的综合效应,建议开展生物质炭对不同土壤类型的长期定位试验研究.(3)开展生物质炭对土壤矿质营养元素的吸收机制研究,以及不同矿质元素吸收差异性及代谢途径的探索.

参考文献:

[1]史祥宾,王孝娣,王宝亮,等. ‘巨峰’葡萄不同生育期植株矿质元素需求规律[J]. 中国农业科学,2019,52(15):2686-2694.

[2]宋 春,毛 璐,徐 敏,等. 玉米-大豆套作体系作物根际土壤磷素形态及有效性[J]. 水土保持学报,2015,29(5):226-230,238.

[3]吴蔚君,徐云连,邢素林,等. 生物质炭对土壤氮磷转化和流失的影响[J]. 农学学报,2018,8(9):20-26.

[4]李书芬. 土壤钾素现状及钾肥施用意见[J]. 河北农业科技,2001(6):30-31.

[5]巨晓棠,谷保静. 我国农田氮肥施用现状、问题及趋势[J]. 植物营养与肥料学报,2014,20(4):783-795.

[6]四川省农业厅. 我国三大粮食作物肥料利用率处较低水平[J]. 四川农业科技,2013(12):47.

[7]王悦满,冯彦房,杨林章,等. 水热及裂解生物质炭对水稻产量及氮素利用率的影响[J]. 生态与农村环境学报,2018,34(8):755-761.

[8]房 彬,李心清,赵 斌,等. 生物质炭对旱作农田土壤理化性质及作物产量的影响[J]. 生态环境学报,2014,23(8):1292-1297.

[9]黄柱坚,朱子骜,吴学深,等. 皇竹草生物质炭的结构特征及对重金属吸附作用机制[J]. 环境化学,2016,35(4):766-772.

此文结论,本文论述了关于生物质方面的生物质论文题目、论文提纲、生物质论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.

生物质引用文献:

[1] 生物质电厂论文范文 生物质电厂类有关硕士论文开题报告范文2万字
[2] 生物质本科毕业论文范文 生物质有关毕业论文提纲范文8000字
[3] 生物质和燃烧机论文范本 关于生物质和燃烧机在职毕业论文范文2万字
《生物质本科毕业论文范文 生物质有关毕业论文提纲范文8000字》word下载【免费】
生物质相关论文范文资料