微藻-生物炭联合固沙及其对荒漠土壤的改良作用

论文摘要

全球荒漠化问题不仅对生态环境造成影响,同时也影响着社会和经济的发展。现今全世界荒漠化面积达3600万km2,有100多个国家受荒漠化问题困扰,10亿人口受荒漠化直接威胁。为应对荒漠化问题,全世界提出了许多固沙、改沙的技术与方法,由工程固沙、化学固沙、生物固沙向联合多种方法固沙转变,从单纯固定沙漠的诉求转变为改善荒漠生态环境的愿景。本研究在荒漠微藻结皮固沙研究的基础上,创新性的加入了生物炭作为荒漠土壤肥料和保水材料。首先对实验藻种—具鞘微鞘藻进行恢复、扩大培养,其次分析生物炭的理化性质,确定两种实验生物炭—400℃,6 h谷壳生物炭和400℃,6 h锯末生物炭。本研究共设置14个处理,每个处理设置2个平行样。以400 g荒漠沙土为基底,14个处理分别为空白处理、仅施入谷壳生物炭的3个处理（质量比为2%、4%、8%）、仅施入锯末生物炭的3个处理（质量比为2%、4%、8%）、仅施入50 mL叶绿素a含量为20 mg/L微藻溶液的处理、微藻联合谷壳生物炭的3个处理（质量比为2%、4%、8%）、微藻联合锯末生物炭的3个处理（质量比为2%、4%、8%）。通过沙盘模拟对微藻联合生物炭混施荒漠土壤进行90 d的实验室培养。培养结束后,对受试荒漠土壤的粒径范围、保水率、有效磷含量、全氮含量、有机碳含量、pH值进行检测分析,实验结果表明:（1）生物炭能有效提高荒漠土壤肥力。在仅施入生物炭的6个处理中,荒漠土壤的有效磷、全氮、有机碳含量均随生物炭施入量的增加而上升。其中表现最好的是施入了8%谷壳生物炭的处理,土壤中的有效磷含量是空白处理4.6倍、全氮含量较空白增长2.1倍、有机碳含量也提高了2.4倍。土壤中的养分含量增长显著。（2）过量施入生物炭会阻碍微藻结皮。施入质量比为8%生物炭后,荒漠土壤pH值上升,呈碱性,对微藻生长造成胁迫。实验显示微藻的生长速度与施入生物炭质量成反比,适量的生物炭对微藻结皮没有影响,在施入2%、4%的谷壳生物炭和2%锯末生物炭的荒漠土壤中,微藻仍能形成结皮。并且在微藻结皮与生物炭的共同作用下,受试土壤pH值降至弱碱性范围。（3）生物炭在沙土中具有较好的保水效果。其中微藻联合8%谷壳生物炭在荒漠土壤中持水效果最好,10 d后保水率仍有68%,较空白处理高出21%。保水率实验30 d内,0-10 d沙土中水分含量迅速下降,呈线性关系;10 d后下降速度减缓,变化较小。（4）微藻-生物炭联合较单施生物炭改良荒漠土壤的效果更好。其中微藻联合谷壳生物炭的组合效果最优,施入8%谷壳生物炭时有效磷含量达33.74 mg·kg-1,较单施生物炭增长9%;施入2%谷壳生物炭时全氮含量达3.43%,是单施2%谷壳生物炭的17倍。因此综合实验效果、经济成本来看,微藻联合4%谷壳生物炭的组合在固沙及改良荒漠土壤方面效果最佳。

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第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 荒漠微藻的基本情况

1.2.1 荒漠微藻的定义

1.2.2 荒漠微藻的应用

1.3 生物炭的基本情况

1.3.1 生物炭的定义

1.3.2 生物炭的制备

1.3.3 生物炭的基本性质

1.4 荒漠土壤改良研究进展

1.4.1 微生物方法改良荒漠土壤的研究进展

1.4.2 化学方法改良荒漠土壤的研究进展

1.4.3 联合固沙及改良荒漠土壤的研究进展

1.5 研究目的与研究意义

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究意义

1.6 研究内容与技术路线

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

第2章实验材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验藻种

2.1.4 生物炭原料

2.2 微藻的恢复与扩大培养

2.2.1 培养基的制备

2.2.2 微藻的实验室培养

2.2.3 微藻的叶绿素a含量

2.3 生物炭的制备及分析

2.3.1 生物炭的制备

2.3.2 生物炭的检测分析

2.3.3 实验生物炭的选择

2.4 荒漠土壤

2.5 沙盘实验

2.5.1 施入生物炭的沙盘实验

2.5.2 微藻联合生物炭的沙盘实验

2.6 数据处理

第3章生物炭对荒漠土壤的改良作用研究

3.1 施入生物炭对土壤保水率的影响

3.2 施入生物炭对荒漠土壤化学性质的影响

3.2.1 土壤pH值的变化

3.2.2 土壤有机碳含量的变化

3.2.3 土壤有效磷含量的变化

3.2.4 土壤全氮含量的变化

3.3 本章小结

第4章微藻联合生物炭对荒漠土壤的改良作用研究

4.1 微藻结皮实验

4.1.1 微藻联合生物炭培养0 d的沙盘模拟

4.1.2 微藻联合生物炭培养45 d的沙盘模拟

4.1.3 微藻联合生物炭培养90 d的沙盘模拟

4.2 微藻-生物炭混合土壤的物理性质分析

4.2.1 土壤粒径分析

4.2.2 土壤保水率分析

4.3 微藻-生物炭混合土壤的化学性质分析

4.3.1 土壤pH值的变化

4.3.2 土壤中有效磷含量的变化

4.3.3 土壤中全氮含量的变化

4.4 本章小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈萌萌

导师: 唐东山,龙飞宇

关键词: 生物炭,微藻,固沙,持水能力,土壤改良

来源: 南华大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,环境科学与资源利用,农业基础科学,农艺学

单位: 南华大学

分类号: X171.4;S156

DOI: 10.27234/d.cnki.gnhuu.2019.000039

总页数: 67

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微藻-生物炭联合固沙及其对荒漠土壤的改良作用

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