【摘 要】
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过量施用化肥在提高作物产量的同时也导致土壤板结、酸化、养分失衡、地力下降等问题,不仅造成养分资源的浪费还会对环境造成不良影响。我国闲置的大量生物质资源是制造生物炭与有机肥的优良原料,生物炭具有比表面积大、孔隙结构发达、表面官能团丰富的优良特性,有机肥中含有大量的有机质,通过缓慢分解能持续向土壤中释放养分,两者施入土壤后均能起到改善土壤理化性质、减少养分淋失、促进作物生长的作用。本文以生物质炭基有机
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过量施用化肥在提高作物产量的同时也导致土壤板结、酸化、养分失衡、地力下降等问题,不仅造成养分资源的浪费还会对环境造成不良影响。我国闲置的大量生物质资源是制造生物炭与有机肥的优良原料,生物炭具有比表面积大、孔隙结构发达、表面官能团丰富的优良特性,有机肥中含有大量的有机质,通过缓慢分解能持续向土壤中释放养分,两者施入土壤后均能起到改善土壤理化性质、减少养分淋失、促进作物生长的作用。本文以生物质炭基有机肥为研究重点,以番茄作为供试对象进行研究。分析施用炭基有机肥后土壤环境变化及番茄生长发育情况,对炭基有机肥的肥效进行评价,结果表明:（1）炭肥比的改变会显著影响炭基有机肥的促生效果,并影响土壤容重。在0～50%的范围内,随着炭肥比的增大,番茄苗期秸秆干重先升高后降低,土壤容重逐渐降低。在30%炭肥比时促生效果最好,在50%时土壤容重最低。较空白处理以及传统施肥处理,秸秆干重分别提升了65%、19%,土壤容重分别降低了8.3%、9.8%。（2）炭基有机肥（BCOR）能提高土壤养分含量、减少土壤养分流失,整体效果优于施用传统化肥（NPK）以及单施生物炭（BC）与有机肥（OR）。相比于空白处理（CK）,炭基有机肥在番茄苗期、开花坐果期以及初果期均能使土壤速效养分和有机质含量保持在较高的水平;相比于传统化肥处理,在番茄养分需求量较小的施用初期（番茄苗期）炭基有机肥养分释放量较低,在番茄养分需求量较高的中后期（番茄开花坐果期与初果期）炭基有机肥使土壤养分保持在较高水平,既能保证番茄正常生长发育还能降低养分流失风险。（3）施用炭基有机肥能显著促进番茄的生长发育,且整体效果优于传统化肥以及单施生物炭与有机肥。炭基有机肥能显著增加番茄果实产量,较空白处理与传统施肥处理番茄鲜重分别能增加97%与86%;能显著提高果实N、P养分累积量,提升幅度在31%～69%之间;能提高果实Fe、Mn、Cu、Zn微量元素含量,提升幅度在31%～108%之间;能显著促进番茄秸秆的生长发育,BCOR组番茄秸秆干重较空白处理与传统施肥处理分别提高了55%、60%。本文分析了土壤、番茄植株以及果实重金属含量情况,对炭基有机肥的重金属污染风险及人体健康风险进行评价,结果表明:（1）施加炭基有机肥能降低土壤有效态重金属、秸秆与果实重金属含量。相比于空白处理,施加炭基有机肥会显著降低土壤有效态Cd浓度,降幅为14%,但与传统施肥没有显著差异;能显著降低土壤有效态Cr浓度,较空白与传统施肥处理降幅分别为19%、9%;相比于空白,会显著降低秸秆中As、Pb、Cr浓度,幅度分为38%、23%、22%,但As、Pb浓度与传统施肥处理没有显著性差异,且Cr浓度有显著升高的趋势;相比于空白处理,会显著降低番茄果实中的As与Cr浓度,分别降低了66%、41%,且Cr浓度也显著低于传统施肥处理。（2）施加炭基有机肥能降低番茄重金属污染程度。相较于空白处理,能显著降低番茄污染指数,显著降低As与Cr的富集指数,且Cr的富集指数较传统施肥处理也有显著降低;较空白与传统施肥处理均显著降低了As、Cr与Pb的转移指数,较传统施肥处理显著降低了As、Cr的转移指数。（3）施用炭基有机肥可以降低由番茄果实带来的致癌与非致癌健康风险,效果均优于其它施肥处理。本文对不同施肥处理下的番茄进行生命周期评价,分析炭基有机肥对环境的影响,结果表明:施用生物炭与炭基有机肥的能源消耗均为负值,均具有能源产出;生物炭环境的综合影响低于传统施肥处理,炭基肥高于单独施加生物炭或有机肥,但低于单施有机肥处理。本文开发了一套炭基有机肥成型模具,采用变径式压辊与柱塞相结合的方式,可以降低转动过程中平模与压辊之间的摩擦力,降低了动力浪费与零件磨损。经过力学模拟确定模具强度在安全范围之内,经计算模具生产效率可达269 kg/h。通过对炭基有机肥的系统研究,明确了其应用效果并评价了其对人体健康和自然环境的影响。结果表明:炭基有机肥的整体肥效优于传统化肥,也优于单独施用生物炭与有机肥,带来的环境影响少于单施有机肥,对能源消耗的影响优于传统化肥,能降低番茄果实带来的人体重金属健康风险。为使用生物质炭基有机肥替代传统化肥、实现传统化肥减量化应用以及炭基有机肥料的土壤化应用提供了参考。
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