水热炭影响水稻氮利用率与淋溶损失的研究
文献综述
1 前言
水稻是我国主要的粮食作物，分析现阶段我国稻田氮流失现状及影响因素，解决稻田氮利用及损失具有重要意义。我国农田施氮率每年都在增加，化肥中纯氮含量最高可达作物可回收利用的两倍多。据2013年统计，我国水稻的氮肥利用率为35%，与世界主要稻米生产国相比，我国水稻生产上氮肥施用量较高而其利用率较低。稻田利用率低的主要原因是氮素损失过大，其中氨挥发损失占主导地位，径流损失其次，渗漏损失最小，其中由于水稻土多黏重，地表径流损失是稻田磷素流失的主要途径。近年来，生物质炭作为一种土壤改良剂和固碳减排措施，其在农业中的环境效应引起了大量关注，水热炭化技术为实现生物质的高效资源化提供了契机。不同于传统的热化学处理方法 (例如慢热解法)，水热炭化法可以在不需要干燥预处理的情况下直接处理湿润的生物质原料且反应温度较低，近年来引起了学术界的极大关注。作为生物质水热碳化的产物，水热炭因其丰富的孔隙结构和官能团等良好的表面特性，在提高水稻氮利用率方面有着良好的应用前景。本研究将水热炭施加到稻田土壤中，通过水稻全生育期土柱试验体系，考察水热炭对水稻氮利用率与淋溶损失的影响，探索水热炭施用影响稻季氮素淋溶损失的规律，使水热炭环境友好地应用于稻田，实现氮素利用增效，减少淋溶损失与环境减排。
2 研究进展
炭材料的合成和应用历史悠久，吸附剂、催化剂载体、气体储
藏及电极领域的潜在应用促使其不断地发展, 但由于人类的大量开采导致煤炭、石油等炭材料原料储量日益锐减，世界面临能源短缺、环境污染等危机。因此，必须寻求一种绿色环保、成本低廉及可持续发展的新能源来替代传统炭原料，满足对炭材料的巨大需求。生物质年产量巨大，是一种环境友好型的可再生资源，也是合成高价值炭材料的合格原料。但迄今为止，仍然没有一种令人满意的，将天然生物质转化为高附加值炭材料的生成方法。水热法是在密闭的高压反应釜中，以水为反应介质，在一定温度和压强下将水热反应釜内的生物质转化为水热炭(炭球)的过程。因水热法制备炭材料过程环保无毒、能耗低，现已成为国内外研究热点。作为当前研究的热点，生物炭在很多领域应用前景十分广泛，未来发展潜力较大。将生物质分别在高温裂解和水热炭化条件下制备得到裂解生物炭和水热生物炭,国内研究表明水热炭施加稻田，低用量裂解生物炭能够增加水稻产量、收获指数、氮肥偏生产力和籽粒吸氮量，提高氮肥吸收利用率和农学效率。而高用量裂解生物炭处理水稻产量、氮肥偏生产力、籽粒吸氮量、氮肥吸收利用效率和农学效率有所降低，但收获指数增长。与裂解生物炭处理相比，高施加量水热炭处理几乎对所有指标都具负面效应，而较低施加量水热炭对水稻生长没有明显负面效应。因此，可将施用低量裂解生物炭作为一种增加作物经济效益和提高氮肥利用率的方法加以推广。水热炭作为一类新型炭基材料，其稻田应用的环境效应和对水稻生长影响的机制还需要进一步研究，以全面评价其在农业领域的应用前景。水热炭施加量是影响水稻生长的关键因素。考虑到水热炭表面富含的有机物质易溶于水，过量施加可能导致水稻大幅减产，因此，在将水热炭应用于稻田时需严格控制其施加量，或者对其表面进行物理化学或生物预处理，以减少其环境应用时产生的负面效应。目前，针对裂解生物炭工程改良措施的研究较多，对水热炭的工程改良措施研究尚处于起步阶段。未来可以开展应用水热炭进行工程改良的研究，以实现水热炭炭化技术在农业环境领域的推广应用，同时实现其经济和环境效益。水热炭的农田和环境应用潜力十分突出，我国对土壤氮素淋溶流失的研究还在进行中，寻找减少氮素损失的方法，对氮素淋溶机制进行分析,通过不同的水肥管理和施用不同生物质方面研究。
3 总结
水热炭应用农田可以提高作物生产力，减少农田氮素环境损失。水热炭在农田和环境应用潜力十分突出，但要注意施用量，对于水热炭的施用对稻田氮利用和氮淋溶损失还在研究中，本次研究基于稻田氮素淋溶损失现状分析及水热炭的应用，在3个施氮水平下，探究施用高低用量水热炭对稻田淋溶损失的影响规律及氮素利用率。水热炭施用稻田未来研究和应用中值得关注，使水热炭环境友好地应用于稻田，实现氮素利用增效与环境减排。
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