《秸秆生物质炭对土壤-烤烟养分高效协同利用机制研究与应用》

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该项目是河南省烟草公司于2013年下达的重点科技攻关项目,河南农业大学为技术依托单位。项目组于2013-2017年对六种农作物废弃物在不同温度下制备的生物质炭(以下称“生物炭”)理化特性进行了系统分析,开展了生物炭田间应用及化肥配施生物炭减氮研究,探究了生物炭调控土壤Cd和缓解烟株Cd积累效应,阐明了生物炭促进土壤养分转化和植物高效吸收的机理,研发了生物炭基复合肥和生物炭基土壤调理剂。

1.主要技术内容:

该项目紧扣生物炭优化调控农田土壤,系统开展了三方面研究:(1)分析了不同温度下制备的烟秆、花生壳、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆和油菜秸秆的生物炭理化特性,证明生物炭的比表面积、孔容、孔隙特征等因材料和温度差异而不同,提出了最优炭化温度,解决了制备生物炭的关键技术条件,研发了烟草专用生物炭基缓释复合肥,为生物炭改良植烟土壤和促进养分高效吸收奠定了物质和理论基础;(2)从土壤物理、化学和生物学特性等方面证实了生物炭对植烟土壤的改良效果,生物炭具有复杂的孔隙特征、丰富的表面官能团和矿质元素等,施用生物炭可以减少养分损失,提高土壤养分有效性,促进根系发育,优化根际营养,增加养分吸收,改善烟叶品质,提高烟叶产量、产值,进而阐明了施用生物炭改良农田土壤及促进养分高效吸收的机理,开发了烟秆生物炭基土壤调理剂;(3)采用模拟试验和盆栽试验系统开展了生物炭对镉(Cd)污染土壤中Cd含量及烟株Cd含量影响的研究,证明施用生物炭能使土壤中有效态Cd和可交换态Cd含量显著降低,土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd含量升高,明显降低烟株各部位Cd含量,从而修复土壤并减轻烟草的Cd毒害,揭示了生物炭降低弱碱性土壤和酸性土壤Cd有效性及缓解烟株Cd积累的机理。

2.客观评价:

该项目于2018年12月通过科技成果评价,专家一致认为该项目在生物炭孔性特征研究、生物炭促进养分高效吸收的机理及生物炭对土壤Cd有效性和烟株Cd积累的缓解效应等方面有明显创新,总体达到国内同类研究领先水平。

3.授权专利情况:

获得授权发明专利2项,发表中文核心论文15篇。

4.技术经济指标:

(1)该项目阐明了生物炭促进养分高效吸收和烟株生长的机理,研发了生物炭基复合肥和土壤调理剂。(2)施用生物炭基肥的烟田化肥用量是普通烟田化肥用量的70%-80%,每亩减少肥料投入30元;上等烟比例提高1.43%-2.32%,亩均收益增加350-450元。

5.应用推广及经济效益:

2016-2018年在平顶山、洛阳和许昌,累计示范推广生物炭基肥101000亩,新增产值3973.32万元,新增利润476.79万元,新增税收874.13万元,综合经济效益5324.23万元。该项目的推广可改良土壤,减少化肥用量,固碳减排,保护环境,具有显著的生态效益和社会效益。

成果说明

该项目开展以来,建立了完善的省市县三级研究推广体系,采取试验研究与示范推广相结合的方式,在各烟区开展秸秆生物炭基肥示范推广。 2016-2018年在平顶山、洛阳和许昌烟区成功安排生物炭基肥的示范和推广应用,解决了土壤板结、容重高、土壤碳含量不足、肥料利用率低的难题,达到了改善烟叶质量、增加烟农收益的效果。2016年示范推广应用19800亩;2017年示范推广应用36200亩;2018年示范推广应用45000亩。2016-2018年累计推广应用生物炭基肥101000亩。新增产值3973.32万元,新增利润

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