生物柴油副产品对减少土壤氮素流失的研究

摘要

随着化石燃料的日渐枯竭，不断出现的能源危机和人们对气候变化的忧虑，人们对新型的可再生清洁能源的需求变得尤为迫切。生物柴油作为化石燃料的一种替代燃料越来越受到人们的广泛关注，近年来生物柴油工业正逐渐成为发展最为迅猛的行业之一，然而在生产生物柴油同时也伴随生成了大量的生物柴油副产品(BCP)，如何更加经济环保地处理BCP成了新的难题。有研究发现将BCP做为添加剂加到土壤中能够极大的减少土壤中硝态氮的含量，为了更加深入研究BCP对土壤的固氮作用以及其作用机制，固氮效果和对土壤微生物和植物的影响，并且评估最终投入到实际生产应用中的可行性，进行了三个实验研究，主要结果有: (1)BCP能在短时间内被微生物吸收利用，并且土壤微生物量和微生物活性都迅速得以提升，BCP对微生物来说可能是一种优质碳源。同时观测到土壤中的NO3-离子含量大幅度下降，1500μg BCP g-1干基土处理中，三种土壤中所有处理的NO3-含量都减少了98％左右，BCP表现出了极强的固氮作用，但是各个处理中NH4+浓度前后变化不明显。同时通过对比土壤中NO3-减少的量与CO2增加的量发现它们之间的C/N接近24，一定程度上表明了在本实验中微生物的主要氮源来自于土壤中的NO3-。 (2)通过对比微生物对BCP和甘油利用的有效性，发现这两种底物添加处理之间的结果差异不大，当同时添加外源氮后，两种处理结果的差异被放大，此时甘油表现为相对更优质的碳源。BCP的添加短时间内促进了土壤微生物的生长繁殖，同时微生物需要利用土壤矿质态氮作为氮源之一，使得大量土壤矿质态氮转化为有机氮储存在微生物体内，推测这可能是BCP的主要固氮机制。BCP处理后期土壤无机氮含量逐渐回升可能是由于此时土壤剩余有效氮碳不足以维持这一部分微生物，导致其大量死亡，细胞体释放出的有机氮经再矿化作用又转化为无机氮返还回土壤中，黑麦草实验结果表明植物能有效利用这一部分被重新释放出来的氮。 (3)BCP施用能减少土壤可溶性有机氮的流失，效果与BCP对硝态氮的固定相似，可能是因为BCP施用后大量繁殖的土壤微生物通过利用小分子有机态氮而减少了土壤DON的含量，从而减少了DON淋失。所添加的BCP本身几乎不会淋失到耕作层以下，仅仅只有0.018％的BCP以DOC方式流失到滤液中。同时观测到BCP的添加对小麦生长产生不利影响，与对照相比BCP处理的小麦氮素利用率降低了13％，可能是在小麦生长前期由于BCP强烈的固氮作用的影响。 研究结果表明施用BCP作为一种减少土壤氮素流失的措施在农业生产中有一定的可行性。一方面可以减少农田氮素损失，另一方面能经济有效的处理掉过多的BCP。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1土壤氮素流失现状

1．1．2土壤氮素流失原因

1．1．3现阶段减少氮流失的措施

1．2生物柴油副产品(BCP)

1．2．1生物柴油工业

1．2．2 BCP的定义及理化性质

1．2．3 BCP对土壤氮素的固定作用

1．3研究目的、意义及技术路线

1．3．1研究目的和意义

1．3．2技术路线

第二章BCP的施用对土壤中无机氮含量的影响及机制

2．1前言

2．2实验材料

2．2．1供试土壤

2．2．2供试BCP

2．3实验设计和方法

2．3．1实验设计

2．3．2实验方法

2．3．3数据处理与统计分析

2．4结果与讨论

2．4．1不同的BCP施用量对土壤微生物活性的影响

2．4．2不同BCP施用量对土壤无机氮含量的影响

2．4．3土壤有机质的碳氮比对微生物利用硝态氮的影响

2．5小结

第三章BCP对土壤微生物活性变化以及植物生长的影响

3．1前言

3．2实验材料

3．2．1供试土壤

3．2．2供试材料

3．3实验设计和方法

3．3．1实验设计

3．3．2实验方法

3．3．3数据处理与统计分析

3．4结果与讨论

3．4．1 BCP与甘油施用下土壤微生物活性的变化过程

3．4．2 BCP与甘油施用下土壤无机氮与生物量氮的动态变化

3．4．3 BCP对黑麦草生长的影响

3．5小结

第四章BCP对土壤-植物体系氮淋失作用的影响

4．1前言

4．2实验材料

4．2．1供试土壤和BCP

4．2．2春小麦种子

4．3实验设计和方法

4．3．1实验设计

4．3．2实验方法

4．3．3同位素计算

4．3．4数据处理与统计分析

4．4结果与讨论

4．3．1 BCP的淋失作用

4．3．2 BCP和小麦对土壤氮淋失的影响

4．3．4小麦生长状况

4．5小结

5．1主要结论

5．1．1 BCP对土壤微生物活性的影响

5．1．2 BCP对硝态氮的固定以及再矿化作用

5．1．3 BCP对可溶性有机氮淋失的影响

5．2研究存在的问题与展望

参考文献