不同热解温度的杨树锯屑生物炭施用对育苗基质养分和苗木生长的影响文献综述

 2022-03-27 19:34:42

文献综述

  1. 研究背景

当前，我国杨树人工林面积居世界首位，在缓解我国木材需求的同时，其加工剩余物也日益增多，造成严重的资源浪费，也会形成潜在的环境污染。林地剩余物的利用是提高森林资源利用率、减少资源浪费的关键，因此林业剩余物的利用成为亟需实现的问题。森林采伐剩余物利用的主要途径可分为工业利用和生活利用两大类型(董少军等，2000)，包括用于削片、人造板制造、工业用炭、食用菌原料、卫生筷等木制品及林区居民烧材等(万志芳等，2007)，制备成生物炭是其中的一个重要利用途径。虽然国内外专家学者已经做了大量关于生物炭原材料、性状、对土壤效应以及作用机理等多方面的研究，但是全世界范围内对生物炭的生产和使用还处于就近和来源方便的初级阶段，且生物炭由于其独特的理化特性在改良土壤和提高作物产量等方面具有重要作用(袁帅等，2016)。

  1. 国内外研究综述
    1. 林业剩余物的利用现状

林业剩余物是指林业生产和加工过程中产生的剩余物，包括林木采伐和造材剩余物、木材加工剩余物、竹材采伐和加工剩余物、森林抚育与间伐剩余物、城市园林绿化废弃物、经济林修剪废弃物、废弃木质材料共七大类。林业剩余物利用途径主要为原料化利用、能源化利用、肥料化利用、饲料化利用和综合利用(段新芳等，2017)。目前，在采伐剩余物的加工利用中，主要是进行削片和细木工板原料。虽然目前森林采伐剩余物利用率提高，但是其工业利用率低、深加工程度低、生产规模化程度低(万志芳等，2007)。

    1. 生物炭的性质及热解温度对生物炭的影响

生物炭作为一种土壤有机改良剂，其独特的理化特性受到国内外市场的广泛关注。其在改良土壤质量、减少温室气体排放及增加碳固存等方面具有重要应用前景，可能是应对全球气候变暖的一种有效工具。通常，生物炭(Biochar)是利用生物残体在有限氧的情况下，经高温慢热解(通常＜700℃)产生的一类难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质(李力等，2012)，其颗粒较细、质地较轻，主要组成元素为碳、氢、氧、氮等。生物炭的全碳含量在30%～90%之间，比表面积绝大多数在0～520 m2/g之间，pH值范围在5～12之间。施入生物炭可以改善土壤状况，生物炭灰分通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显。

生物炭包含一定量的灰分，灰分中包括许多矿质元素(如Na、K、Ca、Mg等)的氧化物或碳酸盐，这些物质使得生物炭呈碱性。有研究表明，灰分含量越高，生物炭的pH值越高(Balwant et al., 2010)。一般随着热解温度的升高，生物炭的灰分含量升高、pH值增大、盐基离子含量增加、碳含量增大、比表面积以及孔隙度升高，芳香族基团吸收峰逐渐增强，芳香化程度也逐渐升高，但持水量和产率降低，速效磷含量也会降低(Chun et al., 2004;Lehmann et al., 2007;Hidetoshi et al., 2008;林珈羽等，2015;袁帅等，2016;葛丽炜等，2018;丁思惠等，2020)。

    1. 生物炭对土壤理化性状和植物生长的影响

生物炭是植物营养的重要来源，其通过改良土壤性状，包括改善土壤孔隙度、土壤持水能力、土壤阳离子交换量(CEC)、土壤微生物多样性及土壤酶活性等，从而影响土壤的养分状况和苗木生长。生物炭通过减少淋溶和气态损失来增加土壤中的氮保留量，并通过减少土壤中的淋溶过程来增加磷的利用率。但是，对于钾和其他养分，生物炭对土壤的影响并不一致。

目前，关于生物炭对土壤肥力和作物生长影响的研究多数集中在风化土及典型热带贫瘠土壤上(高海英等，2011)，研究结果中既有促进作用(Haefelea et al., 2011)，亦有抑制作用或没有影响。有研究表明，施用生物炭可以增加土壤碳素含量，提高土壤碳氮比，改善土壤养分供应状况；增大盐基交换量，使土壤CEC增加，增强土壤的保肥能力；生物炭灰分可以补充贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分供应；生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度(袁帅等，2016)。生物炭呈碱性，能够明显提高土壤pH值(张千丰等，2012)，从而提高酸性土壤中一些养分的有效性；施入生物炭可以增加土壤持水量，但这种增加效应是有限度的，超过一定施入量反而会降低土壤的持水量(高海英等，2011)。

总得来说，生物炭在改善土壤性状、促进植物生长、降低重金属和有机污染物等方面具有积极作用(高海英等，2011)。但是也有研究发现，在植物生长初期，生物炭在一定程度上会抑制植物的生长，后期这种抑制作用逐渐减少(张晗芝等，2010)。

  1. 研究内容、目的及意义
    1. 研究内容

本课题利用杨树加工过程中产生的锯木屑为原料，采用不同的热解温度制备生物炭，并分别以一定比例的锯木屑原材料或不同热解温度制备的生物炭为配料制备育苗基质，用于青钱柳盆栽育苗，研究杨树锯屑及不同温度制备的生物炭对育苗基质养分水平和青钱柳幼苗生长的影响，从育苗基质的养分供应能力和生长促进效果两个方面对不同裂解温度制备生物炭的效应进行评价，研究结果可以为杨树加工剩余物的有效利用提供支撑和参考。

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