生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响_张伟明

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(8): 1445?1451

https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9

E-mail: xbzw@https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,

本研究由国家自然科学基金项目(31101105), 院士专项基金和辽宁工程技术研究计划基金项目(2011402021)资助。

*

通讯作者(Corresponding author): 陈温福, E-mail: wfchen5512@https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,

Received(收稿日期): 2012-11-06; Accepted(接受日期): 2013-04-22; Published online(网络出版日期): 2013-01-04. URL: https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,/kcms/detail/11.1809.S.20130104.1734.005.html

DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01445

生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响

张伟明 孟 军 王嘉宇 范淑秀 陈温福*

沈阳农业大学 / 辽宁省生物炭工程技术研究中心, 辽宁沈阳110866

摘 要: 为明确生物炭对水稻根系与产量的效应, 探明生物炭在水稻生产上应用的潜力与价值。采用盆栽试验研究了生物炭对超级粳稻不同生育期根系生长、形态特征及生理特性的影响。结果表明, 土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根长、根体积和根鲜重, 提高水稻根系总吸收面积和活跃吸收面积。在水稻生育后期, 生物炭在一定程度上延缓了根系衰老。根系伤流速率与根系活力在整个生育期内均高于对照, 同时维持了较为适宜的根冠比, 根系生理功能增强; 生物炭处理的水稻产量增加, 表现为每穴穗数、每穗粒数、结实率提高, 比对照平均增产25.28%。以每千克干土加20 g 生物炭处理的产量最高, 比对照提高了33.21%。生物炭处理对水稻根系形态特征的优化与生理功能的增强具有一定的促进作用。 关键词: 生物炭; 水稻; 根系性状; 产量

Effect of Biochar on Root Morphological and Physiological Characteristics and Yield in Rice

ZHANG Wei-Ming, MENG Jun, WANG Jia-Yu, FAN Shu-Xiu, and CHEN Wen-Fu *

Shenyang Agricultural University, Biochar Engineering Technology Research Center of Liaoning Province, Shenyang 110866, China

Abstract: A pot experiment was conducted to clarify the effects of biochar on roots and yield of super japonica rice and the ap-plicable value of biochar in rice production. In early growing stage, biochar application increased the main root length and volume and fresh weight of roots, leading to enlarged root total absorption area and active absorption area. In late growing stage, biochar application delayed root senescence in some extents and maintained relatively high activity of rice roots. Compared to the control, biochar treatments showed higher root physiological activity, which resulted in increased bleeding rate and root activity in the whole growing period. The average yield of biochar treatments was 25.28% higher than that of the control, due to improved pani-cle number per hill, grain number per panicle, and seed-setting rate. The optimal amount of biochar application was 20 g in one kilogram of dry soil, which produced the highest yield with 33.21% increase over the control. Therefore, biochar is favorable to optimize root morphology and physiological characteristics in rice. Keywords: Biochar; Rice; Root traits; Yield

生物炭(Biochar), 通常是指以自然界广泛存在的生物质资源为基础, 利用特定的炭化技术, 由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的富碳产 物[1]。常见的生物炭有秸秆炭、木炭、花生壳炭等。生物炭可溶性极低, 具有高度羧酸酯化和芳香化结构[2-3], 生物质在炭化后具有较大的孔隙度和比表面积[2], 吸附能力强, 成为可应用于农业、工业等领域的一种理想材料。

近年来, 生物炭受到农业、环境、能源等领域

专家们的广泛关注, 被誉为“黑色黄金”。国内外相关研究结果表明, 生物炭施入农田土壤后可改变土壤理化性质, 对提高肥料利用效率, 增加作物产量,

促进农业可持续发展等都具有重要作用[4-10]。来自巴西亚马逊河地区的田间试验表明, 在土壤中施入生物炭(以11 t hm ?2标准), 2年4个生长季后水稻和高粱产量累积增加了约75% [8]。而在热带与亚热带地区施用生物炭发现, 除了可使大豆、玉米等作物增产外, 植株中的镁、钙含量也明显增加[11]。生物炭

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对不同作物有一定促长、增产作用, 已成为国内外研究学者的普遍共识。但也有研究认为, 生物炭的增产作用有一定“适用范围”。当生物炭施用量在0.5 t hm?2时, 作物产量有降低趋势[12]。作物生产受到气候环境、土质等诸多因素影响, 生物炭在不同区域的作用也不尽一致。因此, 有必要开展不同生态气候区, 特别是在我国自然环境和土壤条件下生物炭的作物学效应研究。

根系是作物吸收养分、水分和合成某些内源激素的重要器官, 其发育状况与地上部器官的形态建成和产量密切相关[13-16]。而生物炭施入土壤后, 成为土壤的直接“接触者”, 必然会引起根系的适应性响应。因此, 研究生物炭对根系生长的影响具有重要意义。目前, 在我国北方耕作条件下, 有关生物炭对水稻根系影响的相关研究报道较少。本文研究了生物炭不同施用量对北方超级粳稻根系的形态特征与生理特性的影响, 旨在为生物炭在水稻生产上的应用提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

2009—2010年在沈阳农业大学水稻研究所成果转化基地进行盆栽试验, 盆口直径25 cm, 高22 cm。盆栽土壤为沙壤土(偏沙), pH 6.52, 含有机质28.8 g kg?1、全氮1.19 g kg?1、碱解氮28.6 mg kg?1、速效磷6.08 mg kg?1、速效钾61.36 mg kg?1。供试水稻品种为北方粳稻沈农265。试验用生物炭原材料为玉米秸秆, 粒径1.5~2.0 mm。生物炭pH 9.23, 含氮1.53%、磷0.78%、钾1.68%, 由辽宁金和福农业开发有限公司生产提供。

1.2试验方法

设4个处理, 处理1为对照, 不添加生物炭(对照); 处理2为每千克干土加生物炭10 g, 折合每盆加生物炭75 g (C1); 处理3为每千克干土加生物炭20 g, 折合每盆加生物炭150 g (C2); 处理4为每千克干土加生物炭40 g, 折合每盆加生物炭300 g (C3)。随机区组试验设计, 各处理重复3次, 每个重复10盆。

盆栽用土全部过5 mm筛, 每盆装土8.6 kg (含水量12.8%, 折合干土重7.5 kg), 将生物炭与土壤充分混匀后沉积1周备用。5月29日选择长势相对一致的秧苗移栽, 每盆两穴, 每穴1株。移栽后施氮肥(尿素, 300 kg hm?2)、磷肥(磷酸二铵, 225 kg hm?2)、钾肥(氯化钾, 150 kg hm?2), 另在抽穗期前增施穗肥(尿素, 75 kg hm?2), 每盆用量按上述施肥标准折算, 按常规水稻大田生产规程管理。

1.3测定项目

分别于分蘖期(7月8日)、拔节期(7月26日)、抽穗期(8月15日)、灌浆期(9月6日)取样, 每处理取6盆。将每盆植株连根带土全部放入40目尼龙筛网袋里, 用水浸泡约30 min, 然后用流水小心冲洗根系后, 以单株为单位测定根系鲜重、根体积、根系氧化力、根系吸收面积。先用滤纸轻拭擦干根系表面水分, 用电子天平称量根系鲜重, 同时测定该株地上部总鲜重, 计算根冠比。于测定当日晚18:00从距盆内土壤表面5 cm处横切断植株, 用已称量好的脱脂棉覆盖切口处, 外围用自封袋包扎收集伤流液, 次日晨8:00取下脱脂棉称重, 每次收集14 h, 利用脱脂棉前后重量之差计算伤流速度。用排水法测定根体积[17], 用甲烯蓝比色法[17]测定根系总吸收面积与活跃吸收面积, 用α-NA氧化法[18]测定根系氧化力。成熟期取每处理5盆测定单株产量和产量构成因素相关指标。

两年试验结果趋势基本一致, 采用2010年的数据统计分析根系形态特征与生理特性, 采用2009年与2010年两年数据的平均值统计分析产量。利用Microsoft Excel和SPSS17.0软件处理与分析数据, 采用Duncan’s差异显著分析方法多重比较各处理。

2结果与分析

2.1 生物炭对水稻根系形态特征的影响

2.1.1 对根系主根长、根体积与根鲜重的影响 如表1所示, 生物炭处理的水稻单株主根长在不同生育期均高于对照, 其中在分蘖期, C1、C3处理与对照差异显著。可见, 在水稻生长前期, 生物炭有利于提高根系深度下扎, 促进根系纵向生长。但随着生育期推进, 生物炭处理与对照之间的根长差异逐渐缩小, 无明显影响。

生物炭对根系体积也产生了重要影响。在分蘖期与拔节期, 生物炭处理的根体积均大于对照。分蘖期根体积表现为C1>C2>C3>CK, 生物炭处理与对照差异显著, 较低施炭量对促进根系体积增长的作用明显。在抽穗期, 生物炭对根系体积增长的影响不大。而到了灌浆期, 根体积表现为C3>C2>C1> CK, 随炭量增加而增大, 高施炭量处理(C3)与其他各处理差异显著, 作用明显。由此可见, 生物炭可在生长后期保持一定根系体积, 从而延缓根系衰老, 有利于满足后期地上部对养分的需求。

第8期

张伟明等: 生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响

1447

表1 生物炭对不同生育期水稻根系形态性状的影响

Table 1 Effects of biochar on the root morphological characteristics at different growth stages

性状 Trait 处理 Treatment 分蘖期 Tillering stage

拔节期 Jointing stage 抽穗期 Heading stage 灌浆期 Filling stage 对照Control

32.50 c 52.75 a 45.40 a 49.00 a C1 40.50 a 59.00 a 53.60 a 55.00 a C2 34.50 bc 57.50 a 53.80 a 49.08 a 主根长 Main root length

C3

37.07 b 61.75 a 49.80 a 49.50 a 对照Control

35.47 c 61.33 b 113.67 a 88.33 b C1 67.50 a 70.17 ab 102.33 b 90.17 b C2 48.77 b 63.53 b 97.83 b 95.83 ab 根体积 Root volume

C3

47.73 b 74.27 a 96.33 b 105.17 a 对照Control

28.12 c 48.99 b 62.36 a 63.06 a C1 50.86 a 49.97 b 71.09 a 69.91 a C2 37.63 b 51.33 b 69.79 a 64.12 a 根鲜重

Root fresh weight

C3

35.10 b

55.07 a

67.55 a

71.47 a

C1 为每千克干土加10 g 生物炭, C2 为每千克干土加20 g 生物炭, C3 为每千克干土加40 g 生物炭。同一列中标以不同小写字母的值在0.05 水平上差异显著。

C1: the treatment with 10 g biochar per kilogram of dry soil; C2: the treatment with 20 g biochar per kilogram of dry soil; C3: the treatment with 40 g biochar per kilogram of dry soil. Means within a column followed by different small letters are significantly different at the 0.05 probability level.

生物炭处理的根系鲜重在全生育期均高于对照。在分蘖期, 根鲜重表现为C1>C2>C3>CK, 随炭量减少而有所增加, 生物炭处理与对照差异显著。可见, 生物炭对提高水稻生长初期根重的作用明显。拔节期根鲜重表现为C3>C2>C1>CK, 随炭量增加而增加, 高施炭量处理(C3)与其他各处理差异显著, 作用明显。而到了生长后期, 生物炭对根鲜重无明显影响。

总体上看, 生物炭在一定程度上促进了根系生长, 尤以水稻生长前期对根长、根体积与根鲜重的影响较大。

2.1.2 对水稻根冠比的影响 如图1所示, 生物炭处理的水稻根冠比在全生育期均高于对照。其中, 分蘖期达最高值。生物炭处理均高于对照, 其中C1、C2、C3处理分别比对照提高52.99%、21.86%、6.29%, 平均提高25.05%。随着生育期推进, 生物炭处理与对照间差异逐渐缩小, 到后期影响不大。在水稻生长前期, 生物炭处理保持了较高的根冠比, 表明根系发达, 有利于为植株生长供应充足的水分和养分。而在生长后期根冠比则相对较小, 减少了根系生长冗余, 有利于营养物质的合理分配。以上结果表明, 生物炭在水稻生长前期明显提高了根冠比, 促进了根系生长。而在后期, 生物炭在一定程度上延缓了根系衰亡, 保持了较为适宜的根冠比, 有利于提高根系吸收效率, 促进地上部植株生长。

2.2 生物炭对水稻根系生理特性的影响

2.2.1 对根系总吸收面积与活跃吸收面积的影响 由表2可知, 在分蘖期生物炭处理的根系总吸

图1 生物炭对不同生育期水稻根冠比的影响

Fig. 1 Effect of biochar on root-shoot ratio in different growth

stages

缩写同表1。Abbreviations are the same as given in Table 1.

收面积表现为C1>C2>C3>CK, 随炭量增加而减小, 生物炭处理与对照差异显著, 对根系总吸收面积的提升作用明显。在拔节期则表现为C3>C2>C1>CK, 随炭量增加而提高, 其中较高施炭量处理(C3、C2)与对照差异显著, 作用明显。而到了生育后期(抽穗期与灌浆期), 生物炭对根系总吸收面积的影响不大; 活跃吸收面积与总吸收面积表现相似趋势, 在分蘖期与拔节期, 生物炭处理均高于对照, 且差异显著。但随着生育期推进, 到抽穗期与灌浆期, 生物炭对活跃吸收面积的影响不大。

总体上看, 生物炭处理的根系总吸收面积与活跃吸收面积在全生育期呈不断上升趋势, 其中较高施炭量处理(C2、C3)的提升幅度较大。在水稻生长初期, 生物炭明显提高了根系总吸收面积与活跃吸

1448作物学报第39卷

表2生物炭对不同生育期水稻根系总吸收面积与活跃吸收面积的影响

Table 2 Effects of biochar on the root total absorption area and active absorption area in different growth stages (m2) 总吸收面积Root total absorption area 活跃吸收面积Root active absorption area

处理Treatment

分蘖期

Tillering

stage

拔节期

Jointing

stage

抽穗期

Heading

stage

灌浆期

Filling

stage

分蘖期

Tillering

stage

拔节期

Jointing

stage

抽穗期

Heading

stage

灌浆期

Filling

stage

对照Control 54.80 c 77.34 b 132.39 a 128.71 a 26.18 c 37.80 b 65.66 a 63.45 a C1 106.69 a 99.30 ab 128.48 a 131.06 a 52.96 a 50.68 a 64.23 a 64.43 a C2 74.98 b 107.21 a 125.50 a 131.56 a 36.21 b 52.70 a 63.91 a 64.52 a C3 72.87 b 109.96 a 113.96 a 133.78 a 35.44 b 54.07 a 57.40 a 66.10 a 缩写同表1。同一列中标以不同小写字母的值在0.05水平上差异显著。

Abbreviations are the same as given in Table 1. Means within a column followed by different small letters are significantly different at the 0.05 probability level.

收面积, 对提升根系吸收能力, 提高物质转运效率有重要作用。但随着生育期推进, 生物炭与对照之间的差异逐渐减小, 但仍保持了相对较高的根系总吸收面积和活跃吸收面积, 有利于增强后期根系对水分、养分等物质的持续供应能力。

2.2.2 对根系伤流的影响如图2所示, 除抽穗期C3处理的根系伤流速度小于对照外, 其余各时期生物炭处理均高于对照。在分蘖期, 根系伤流速度表现为随炭量增加而降低。在拔节期, 各处理根系伤流速度达到全生育期最高水平, 表现为C3>C2> C1>CK, 其中C3、C2、C1处理分别比对照提高了4

3.11%、27.9%、22.92%, 平均提高了31.31%, 促进作用明显。在灌浆期, 根系伤流速度表现为随炭量增加而降低, 其中低施炭量处理(C1)与对照差异显著, 作用明显。

图2生物炭对不同生育期水稻根系伤流的影响

Fig. 2 Effect of biochar on bleeding rate in different growth stages 缩写同表1。Abbreviations are the same as given in Table 1.

总体上看, 在水稻生长前期, 生物炭提高了根系伤流速度, 有利于提升根系输送物质效率, 促进地上部植株生长。而在后期, 生物炭在延缓根系衰老的同时, 和对照相比仍保持了较高的根系伤流速度, 使根系结构与功能得到了协调统一, 有利于物质积累与产量形成。

2.2.3 对根系活力的影响生物炭对根系氧化力也产生了重要影响(图3)。在分蘖期, 生物炭处理均高于对照, 根系活力随炭量增加而减小。而在拔节期, 生物炭处理的根系氧化力仍高于对照, 但表现为随炭量增加而提高。在抽穗期则与分蘖期表现相同趋势, 生物炭处理均高于对照, 随炭量增加而减小。在灌浆期表现为C2>C3>CK>C1, 较高施炭量(C2、C3)仍有助于维持一定根系活力。

图3生物炭对不同生育期水稻根系活力的影响

Fig. 3 Effects of biochar on root oxidization speed per plant in

different rice growth stages

缩写同表1。Abbreviations are the same as given in Table 1.

总体上看, 生物炭明显提高了水稻全生育期的根系活力, 尤以前3个时期较为明显, 表明生物炭对根系生理进程的影响较大。特别是在生育后期, 生物炭仍维持了相对较高的根系活力, 在一定程度上延缓了根系生理衰老, 对提高根系吸收能力, 促进物质吸收、转运与分配具有重要作用。

2.3 生物炭对水稻产量及其构成因素的影响

从表3可以看出, 生物炭处理的水稻每穴产量均高于对照, 表现为C2>C1>C3>CK, 生物炭各处理比对照平均提高了25.28%。其中以C2处理的每穴

第8期张伟明等: 生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响1449

表3生物炭处理对水稻产量及其构成因素的影响

Table 3 Effects of biochar treatments on rice yield and its components

处理Treatment

每穴穗数

Panicles per hill

每穗粒数

Spikelets per panicle

结实率

Seed setting rate (%)

千粒重

1000-grain weight (g)

每穴产量

Yield per hill (g)

对照Control 8.44 b 131.22 b 91.87 b 23.63 a 24.87 b C1 9.79 ab 144.52 a 95.18 a 23.60 a 32.56 a

C2 10.15 a 137.72 ab 92.89 ab 24.27 a 33.13 a

C3 8.75 ab 135.64 ab 93.50 ab 24.30 a 27.78 b 缩写同表1。同一列中标以不同小写字母的值在0.05水平上差异显著。

Abbreviations are the same as given in Table 1. Means within a column followed by different small letters are significantly different at the 0.05 probability level.

产量最高, 比对照提高了33.21%, 且差异显著。说明适宜的生物炭用量对增产有重要作用。产量构成因素中, 生物炭处理的每穴穗数均高于对照, 其中C2处理与对照差异显著。生物炭处理的每穗粒数、结实率亦均高于对照, 其中C1处理与对照差异显著。生物炭提高了水稻每穴穗数、每穗粒数与结实率, 是增产的主要原因。

3讨论

国内外研究认为, 施用生物炭对土壤理化性质和不同作物生长发育与产量提高有着积极作用[5,8,19-21]。生物炭对作物的良好效应, 已经为越来越多的试验研究所证实。目前, 关于生物炭与作物的研究报道大多集中于低纬度地区, 其他不同区域的研究结果也不尽相同, 但生物炭对作物有正向效应的总体趋势是一致的。由于生物炭材质、施炭量、土壤类型和环境条件等差异, 使生物炭对作物产量等的提升作用局限于一定范围内。生物炭对作物的影响机制, 特别是对作物根系的相关研究还较少。由于年际间效应和环境变化等综合因素影响, 生物炭的作物学效应还有待进一步长时间田间验证, 但其良好的综合效应已得到了众多专家和学者认可。本试验研究表明, 生物炭提高了水稻根系主根长、根体积、根鲜重、总吸收面积和活跃吸收面积, 尤以生长前期促进作用明显, 并在一定程度上延缓了后期根系衰老。生物炭提高了根系生理活性如根系伤流速率、氧化力等, 同时维持了较为适宜的根冠比, 最终产量也得到了明显提高。

生物炭对根系的这些良好效应, 首先得益于其丰富的微观孔隙结构和理化特性。很多研究结果表明, 生物质在炭化以后较好保留了原有生物质的细微组织结构(图4), 孔隙丰富[2-3]。且pH值较高, 比表面积较大, 具有丰富的表面官能团和较强的吸附能力[22]。同时, 富含多种元素, 其中不乏一些作物生长所需的营养元素和微量元素[5]。生物炭所具有的优良结构和理化特性, 使其对土壤理化性质产生重要影响。生物炭本身质轻、多孔, 施入土壤后首先对土壤物理结构产生直接影响。研究表明, 施用生物炭可使土壤容重降低9%, 而总孔隙率则从45.7%增加到50.6% [23]。土壤容重降低和通气孔隙提高为根系提供了良好的生长空间, 有利于根系的深扎和伸展, 提高抗倒伏能力; 此外, 生物炭本身大都呈碱性, 能够在一定程度上提高土壤pH值和盐基饱和度[5,24], 表现为随炭量增加而有所提高[25]。土壤pH的变化对作物尤其是根系的生长有直接影响。水稻秧苗移栽前的育苗土为偏酸性, 移栽后由于秧苗对pH的变化较为敏感, 若土壤pH有较高变幅, 并不利于其生长。而施用较低量生物炭不会对土壤pH 值产生较大影响, 从而保持了较为适宜的pH值范围, 有利于促进前期作物根系生长; 而生物炭表面丰富的官能团和较大的比表面积, 则可以提高土壤阳离子交换量, 吸附更多养分离子, 避免养分流失, 从而提高土壤肥力和肥料利用效率[4,25], 起到一定的养分吸附和缓释作用。特别是对氮素, 生物炭对铵离子有很强的吸附性, 可降低氮素的挥发[26], 对提高氮肥利用率, 促进根系生长有重要作用。同时, 生物炭在一定条件下其自身养分也可能有一定程度的释放, 但其养分释放并非是土壤养分的主要“供应源”[5,27]。随着环境变化, 其释放可能存在“高峰期”和“临界点”。生物炭对土壤养分的吸附与控释效应及其自身的养分释放, 动态调节了土壤供肥状况, 强化了土壤“肥源”的持续供应能力, 直接影响了根系的生长, 并在不同时期有不同表现。在抽穗期, 生物炭处理的根系体积相对较小, 则可能与抽穗期前施入肥料, 生物炭对养分离子有一定吸附和控释作用, 从而影响根系对肥料养分的吸收利用有关; 另一方面, 微生物作为土壤各种理化反应的“催化剂”, 在生物炭作用下其数量和种群多样性都得到了提

1450作物学报第39卷

高[28], 特别是一些有益菌群。微生物活动的增强, 改善了根际生长环境[29-30], 因而有利于促进根系生长。另有研究者在试验过程中发现, 生物炭在水、土交融作用下可能会释放一些小分子如乙烯等, 或者产生激素类物质, 对根系分泌物产生影响, 从而刺激和干扰根系生理进程, 影响根系生长。但目前尚没有相关大量、系统的试验结果支持, 尚需深入研究。

综上, 土壤中输入生物炭促使土壤水、肥、气、热等环境条件得到了改善, 土壤生态系统功能增强, 为根系提供了良好的生长环境。从而使根系形态特征得到了优化, 生理功能增强, 促进了根系生长。同时, 为地上部营养物质供应、转化与积累提供了重要保障, 并促使最终产量提高。但限于盆栽试验条件和环境与土壤等因素影响, 生物炭对作物根系与产量的长期效应还有待进一步田间试验验证, 并对其作用机制等科学问题系统研究和深入探讨。

图4玉米秸秆炭微观扫描

Fig. 4 SEM micrographs of the maize straw

4结论

生物炭施入土壤后, 水稻根系体积、鲜重、总吸收面积、活跃吸收面积明显提高, 生物炭在一定程度上延缓了生长后期根系衰老, 根系形态特征优化; 生物炭提高了根系伤流速度与氧化力, 同时维持了较为适宜的根冠比, 根系生理功能增强; 适宜的生物炭用量(10 g kg?1、20 g kg?1)促进了根系生长发育与生理功能的协同发展, 增产效果良好; 生物炭可应用于水稻生产, 前景广阔。

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水稻的特点

水稻从播种至成熟的天数称全育期，从移栽至成熟称大田（本田）生育期。水稻生育期可以随其生长季节的温度、日照长短变化而变化。同一品种在同一地区，在适时播种和适时移栽的条件下，其生育期是比较稳定的，它是品种固有的遗传特性。 水稻的一生（王维金，1998.8） 幼苗期：秧田期 秧苗分蘖期：返青期有效分蘖期无效分蘖期 幼穗发育期：分化期形成期完成期 开花结实期：乳熟期蜡熟期完熟期 水稻的一生要经历营养生长和生殖生长两个时期，其中，营养生长期主要包括秧苗期和分蘖期。秧苗期指种子萌发开始到拔秧这段时间；分蘖期是指秧苗移栽返青到拔节这段时间。秧苗移栽后由于根系受到损伤，需要5-7天时间地上部才能恢复生长，根系萌发出新根，这段时期称返青期。水稻返青后分蘖开始发生，直到开始拔节时分蘖停止，一部分分蘖具有一定量的根系，以后能抽穗结实，称为有效分蘖；一部分出生较迟的分蘖以后不能抽穗结实或渐渐死亡，这部分分蘖称为称为无效分蘖。分蘖前期产生有效分蘖，这一时期称有效分蘖期，而分蘖后期所产生的是无效分蘖，称无效分蘖期。 水稻营养生长期的主要生育特点是根系生长，分蘖增加，叶片增多，建立一定的营养器官，为以后穗粒的生长发育提供可靠的物质保障。这一阶段主要是通过肥水管理搭好丰产的苗架，要求有较高的群体质量，应防止营养生长过旺，否则不仅容易造成病虫为害而且也容易造成后期生长控制困难而贪青倒伏等，对水稻产量形成影响很大。 水稻生殖生长期包括拔节孕穗期、抽穗开花期和灌浆结实期。拔节孕穗期是指幼穗分化开始到长出穗为止，一般需一个月左右；抽穗开花期是指稻穗从顶端茎鞘里抽出到开花齐穗这段时间，一般5-7天；灌浆结实期是指稻穗开花后到谷粒成熟的时期，又可分为乳熟期、蜡熟期和完熟期。水稻生殖生长期的生育特点是长茎长穗、开花、结实，形成和充实籽粒，这是夺取高产的主要阶段，栽培上尤其要重视肥、水、气的协调，延长根系和叶片的功能期，提高物质积累转化率，达到穗数足，穗型大，千粒重和结实率高。 温度水稻为喜温作物。生物学零度粳稻为10℃、籼稻12℃，早稻三时期以前，日平均气温低于12℃三天以上易感染绵腐病，出现烂秧、死苗，后季稻秧苗温度高于40℃易受灼伤。日平均气温15～17℃以下时，分蘖停止，造成僵苗不发。花粉母细胞减数分裂期（幼小孢子阶段及减数分裂细线期），最低温度低于15～17℃，会造成颖花退化，不实粒增加和抽穗延迟。抽穗开花期适宜温度为25～32℃（杂交稻25～30℃），当遇连续3天平均气温低于20℃（粳稻）或2～3天低于22℃（籼稻），易形成空壳和瘪谷，但气温在35～37℃以上（杂交稻32℃以上）造成结实率下降。灌浆结实期要求日平均气温在23～28℃之间，温度低时物质运转减慢，温度高时呼吸消耗增加。温度在13～15℃以下灌浆相当缓慢。粳稻比籼稻对低温更有适应性，

生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响_张伟明

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(8): 1445?1451 https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@https://www.sodocs.net/doc/302391460.html, 本研究由国家自然科学基金项目(31101105), 院士专项基金和辽宁工程技术研究计划基金项目(2011402021)资助。 * 通讯作者(Corresponding author): 陈温福, E-mail: wfchen5512@https://www.sodocs.net/doc/302391460.html, Received(收稿日期): 2012-11-06; Accepted(接受日期): 2013-04-22; Published online(网络出版日期): 2013-01-04. URL: https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,/kcms/detail/11.1809.S.20130104.1734.005.html DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01445 生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响 张伟明 孟 军 王嘉宇 范淑秀 陈温福* 沈阳农业大学 / 辽宁省生物炭工程技术研究中心, 辽宁沈阳110866 摘 要: 为明确生物炭对水稻根系与产量的效应, 探明生物炭在水稻生产上应用的潜力与价值。采用盆栽试验研究了生物炭对超级粳稻不同生育期根系生长、形态特征及生理特性的影响。结果表明, 土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根长、根体积和根鲜重, 提高水稻根系总吸收面积和活跃吸收面积。在水稻生育后期, 生物炭在一定程度上延缓了根系衰老。根系伤流速率与根系活力在整个生育期内均高于对照, 同时维持了较为适宜的根冠比, 根系生理功能增强; 生物炭处理的水稻产量增加, 表现为每穴穗数、每穗粒数、结实率提高, 比对照平均增产25.28%。以每千克干土加20 g 生物炭处理的产量最高, 比对照提高了33.21%。生物炭处理对水稻根系形态特征的优化与生理功能的增强具有一定的促进作用。 关键词: 生物炭; 水稻; 根系性状; 产量 Effect of Biochar on Root Morphological and Physiological Characteristics and Yield in Rice ZHANG Wei-Ming, MENG Jun, WANG Jia-Yu, FAN Shu-Xiu, and CHEN Wen-Fu * Shenyang Agricultural University, Biochar Engineering Technology Research Center of Liaoning Province, Shenyang 110866, China Abstract: A pot experiment was conducted to clarify the effects of biochar on roots and yield of super japonica rice and the ap-plicable value of biochar in rice production. In early growing stage, biochar application increased the main root length and volume and fresh weight of roots, leading to enlarged root total absorption area and active absorption area. In late growing stage, biochar application delayed root senescence in some extents and maintained relatively high activity of rice roots. Compared to the control, biochar treatments showed higher root physiological activity, which resulted in increased bleeding rate and root activity in the whole growing period. The average yield of biochar treatments was 25.28% higher than that of the control, due to improved pani-cle number per hill, grain number per panicle, and seed-setting rate. The optimal amount of biochar application was 20 g in one kilogram of dry soil, which produced the highest yield with 33.21% increase over the control. Therefore, biochar is favorable to optimize root morphology and physiological characteristics in rice. Keywords: Biochar; Rice; Root traits; Yield 生物炭(Biochar), 通常是指以自然界广泛存在的生物质资源为基础, 利用特定的炭化技术, 由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的富碳产 物[1]。常见的生物炭有秸秆炭、木炭、花生壳炭等。生物炭可溶性极低, 具有高度羧酸酯化和芳香化结构[2-3], 生物质在炭化后具有较大的孔隙度和比表面积[2], 吸附能力强, 成为可应用于农业、工业等领域的一种理想材料。 近年来, 生物炭受到农业、环境、能源等领域 专家们的广泛关注, 被誉为“黑色黄金”。国内外相关研究结果表明, 生物炭施入农田土壤后可改变土壤理化性质, 对提高肥料利用效率, 增加作物产量, 促进农业可持续发展等都具有重要作用[4-10]。来自巴西亚马逊河地区的田间试验表明, 在土壤中施入生物炭(以11 t hm ?2标准), 2年4个生长季后水稻和高粱产量累积增加了约75% [8]。而在热带与亚热带地区施用生物炭发现, 除了可使大豆、玉米等作物增产外, 植株中的镁、钙含量也明显增加[11]。生物炭

水稻参考资料的生物学特性

水稻的生物学特性 2.1水稻品种生育期水稻的一生，包括营养生长和生殖生长两个阶段，一般以幼穗开始分化作为生殖生长开始的标志。 2.1水稻品种生育期水稻的一生，包括营养生长和生殖生长两个阶段，一般以幼穗开始分化作为生殖生长开始的标志。 2.1.1 营养生长阶段是水稻营养体的增长，它分为幼苗期和分蘖期。在生产上又分为秧田期和大（本）田期(从移栽返青到拔节)。 2.1.2 生殖生长阶段是结实器官的增长，从幼穗分化到开花结实，又分为长穗期和开花结实期。幼穗分化到抽穗是营养生长和生殖生长并进时期，抽穗后基本上是生殖生长期。长穗期从幼穗分化开始到抽穗止，一般30天左右。结实期从抽穗开花到谷粒成熟，因气候和品种而异一般25?/FONT>50天之间。 2.1.3 水稻生育类型（幼穗分化和拔节的关系）早、中、晚稻品种各异，早稻品种先幼穗分化后拔节，称重叠生育型;中稻品种，拔节和幼穗分化同时进行，称衔接生育型;晚稻品种拔节后隔一段时间再幼穗分化，称分离生育型。 2.2 水稻品种生育期的稳定性和可变性水稻品种的生育期受自身遗传特性的控制，又受环境条件的影响。 2.2.1 水稻品种生育期的稳定性同一品种在同一地区.同一季节，不同年份栽培，由于年际间都处于相似的生态条件下，其生育期相对稳定，早熟品种总是表现早熟，迟熟品种总是表现迟熟。这种稳定性主要受遗传因子所支配。因此在生产实践中可根据品种生育期长短划分为早稻，全生育期100?/FONT>125天，中稻130?/FONT>150天，连作晚恼120?/FONT>140天，一季晚稻150?/FONT>170天，还可把早、中、迟熟稻中生育期长短差异划分为早、中、迟熟品种，以适应不同地区自然条件和耕作制度的需要，从而保证农业生产在一定时期内的相对的稳定性和连续性。 2.2.2 水稻品种生育期的可变性随着生态环境和栽培条件不同而变化，同一品种在不同地区栽培时，表现出随纬度和海拔的升高而生育期延长，相反，随纬度和海拔高度的降低，生育期缩短;同一品种在不同的季节里栽培表现出随播种季节推迟生育期缩短，播种季节提早其生育期延长。早稻品种作连作晚稻栽培，生育期缩短;南方引种到北方，生育期延长。 2.3 水稻品种的“三性”三性是感光性、感温性和基本营养生长性的遗传特性。不同地区、不同栽培季节，水稻品种生育期长短(从播种到抽穗的日教)，基本上决定于品种“三性”的综合作用。因此水稻品种的三性是决定品种生育期长短及其变化的实质。水稻三性是气候条件和栽培季节的影响下形成的，对任何一个具体品种来说，三性是一个相互联系的整体。 在适于水稻生长的温度范围内，因日照长短使生育期延长或缩短发生变化的特性，称水稻的感光性。对于感光性品种，短日照可以加速其发育转变而提早幼穗分化，这就是指短于某一日长时抽穗较早；长于某一日长时抽穗显著推迟，这又称为“延迟抽穗的临介日长”，即是诱导幼穗分化的日长高限。水稻品种不同，种植地区不同，延迟抽穗的临介日长亦不同。我国南北稻区，水稻生育期间大多处于11?/FONT>16小时之间。 2.3.2 水稻品种的感温性在适于水稻生长的温度范围内，高温可使水稻生育期缩短，低温可使生育期延长，这种因温度高低而使生育期发生变化的特性，称水稻品种的感温性。水稻在高温条伴下品种生育期会缩短，但缩短的程度因品种特性而有所不同。晚稻品种的感温性比早稻更强，但晚稻品种其发育转变，主要受日长条件的支配，当日长不能满足要求时，则高温的效果不能显现。中稻品种介于早、晚稻之间。 2.3.3 水稻品种的基本营养生长性水稻进入生殖生长之前，在受高温短日影响下，而不能被缩短的营养生长期，称为水稻的基本营养生长期。它不受环境因子所左右的品种本身所固有的特性，又称为品种的基本营养生长性。营养

水稻根系的空间分布及其与产量的关系

收稿日期:2002-07-11 作者简介:蔡昆争(1970-),男,助理研究员,博士. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(39770138和30100107);教育部博士点基金资助项目(2000065402);广东省自然科学 基金资助项目(980145和20000636) 水稻根系的空间分布及其与产量的关系 蔡昆争1,骆世明1,段舜山2 (1华南农业大学农学院,广东广州510642;2暨南大学水生态研究所,广东广州510632) 摘要:选择9个水稻品种,在水稻生长根系最旺盛的抽穗期进行取样,研究高产水稻群体的根系空间分布特征.结果表明:不同水稻品种的根系体积和质量的总量存在差异.各品种水稻根系的体积和质量均随土层深度增加而下 降,但主要分布在土壤耕作层(0～20cm ),且表层(0～10cm )占80%以上.其垂直分布可用指数模型、乘幂模型、对数函数、多项式函数表示,相关系数都在0.9以上.上层根(0～10cm )质量与产量之间没有显著的相关关系,而下层根质量(10cm 以下)与产量之间呈显著正相关关系,相关系数达017258.研究认为,从整株根系和高产的角度来看,适当减少表层根系,培育和增加深层根系的比例有利于促进水稻产量的提高.关键词:水稻;根系;空间分布;产量 中图分类号:S181;S314 文献标识码:A 文章编号:1001-411X (2003)03-0001-04 理想株型结构是作物高产的重要基础[1,2].良好的株型必须保证植株充分利用光能,有利于群体内气体的交换,以及减少个体之间的竞争[3].D on 2ald [4]提出了理想株型(Ideotype )的概念,他指出禾谷类作物理想株型的特征应该是在同类植株间相互干扰最小.松岛省三[5]从水稻高产栽培的角度提出了理想稻的形态要求,即多穗、矮秆、短穗,上部2～3叶要短、厚、直立,抽穗后叶色褪淡缓慢,绿叶较多.我国在株型育种上曾先后经历了矮化育种阶段、理 想株型育种阶段、超高产育种阶段[6～9] .对水稻株型分布的研究主要集中在地上部,而关于水稻根系的空间分布研究相对较少,Y oshida [10]使用1081个水稻品种,在温室中用根箱观察了不同品种的株高、分蘖和根系生长的关系,发现根系分布较深的品种植株较高,分蘖也很少[10].凌启鸿[11]采用水培实验研究了叶角与根系分布的关系认为,根系分布较深且多纵向时,叶角较小,叶片趋向于直立;根系分布较浅且少纵向时,叶角较大,叶片趋向于披垂[11].这些研究大都在个体条件(单株)或水培条件下进行,而系统研究大田高产群体条件下根系的空间分布规律较少.本研究通过选择目前生产上推广的品种进行研究,试图寻找高产水稻群体的根系分布特征,并建立描述根系空间分布的模型,从而为培育优良根型提供依据. 1　材料与方法 1.1　材料 水稻品种选用培杂72、丰矮占1号、特三矮、二 青矮、七山占、粳籼89、华粳籼74、华航1号、七华占.其中培杂72、二青矮、华粳籼74、华航1号、七华占由华南农业大学农学院植物育种系提供,丰矮占1号、特三矮、七山占、粳籼89由广东省农业科学院水稻研究所提供.1.2　方法 1998～1999年在华南农业大学试验农场进行.本田每公顷施N 150kg ,P 2O 590kg ,K 2O 150kg.插植规格为20cm ×20cm ,每穴插两苗,设3个重复,随机区组排列,小区面积为24m 2,田间管理同一般大田.根系取样采用田间土柱法.在水稻根系最旺盛的抽穗期取样,以水稻植株为中心,先割取地上部分,然后借助铁铲挖取20cm 长×20cm 宽×40cm 深的土柱,沿垂直方向上每5cm 切割为1个层次,重复3～4次.取出的土样,小心用水漂洗干净,将泥土和根系分离,带回实验室测定.根系体积采用排水法、根质量用烘干法测定.成熟期进行测产和考种. 2　结果与分析 2.1　根系体积的空间分布 从表1可看出,不同水稻品种的根系体积总量存在差别,比较大的品种有华航1号、七华占、华粳籼74、二青矮,单株根系体积都超过20cm 3,而不同水稻品种根系在土壤不同层次的分布差异较大,根系体积都随着土层深度增加而逐渐减少,主要分布在耕作层(0～20cm ),而耕作层以下则根较少.在同一层中,不同品种在上层(0～10cm )和下层(10cm 以 第24卷第3期　2003年7月 华南农业大学学报(自然科学版)Journal of S outh China Agricultural University (Natural Science Edition ) V ol.24,N o.3　Jul.2003

生物炭在农业中的运用讲解

课程名称：化学前沿 题目：生物炭在农业中的运用学院：化学与化工学院 年级： 专业： 班级： 学号： 姓名： 教师：

目录 摘要 (3) 关键词 (3) Abstract. (3) Key words (3) 前言 (3) 1、生物炭的生产原料 (4) 2、生物炭的生产过程及其理化特性 (4) 3、生物炭对土壤的作用机理。 (5) 3． 1 生物炭对土壤物理性质的影响 (5) 3． 1． 1 生物炭对土壤容重的影响 (5) 3． 1． 2 生物炭对土壤孔隙度的影响 (6) 3． 1． 3 生物炭对土壤水分的影响 (6) 3． 2 生物炭对土壤化学性质的影响 (7) 3． 2． 1 生物炭对土壤pH 的影响 (7) 3． 2． 2 生物炭对土壤阳离子交换量的影响 (8) 4、生物炭对土壤污染物环境风险的消减作用 (9) 4.1生物炭对土壤中N、P的持留 (9) 4.2生物炭对土壤中重金属的吸附和固持 (9) 5、生物炭在农业上应用的模式 (10) 5.1炭基有机肥模式 (10) 5.2炭基有机-无机复混肥模式 (10) 5.3改良土壤的模式 (11) 5.4土壤重金属污染治理的模式 (12) 6、生物炭在农业生产上的应用价值分析 (13) 7、发展与展望 (13) 8、参考文献。 (14)

生物炭在农业中的运用 摘要 生物炭(Biochar)是在限氧或隔绝氧的环境条件下，通过高温裂解，将小薪柴、农作物秸秆、杂草等生物质经炭化而形成的，是一种碳含量极其丰富的炭。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的炭被科学家们称为“生物炭”。生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂备等运用越来越广。其农用的效益是多元化的，将生物炭农用已作为当前农业的重要课题。 关键词：生物炭、性质特点、农业、改良、应用现状、发展前景 Abstract: Biochar is an insoluble solid matter with high aromatization produced by biomass pyrolysis in completely or partially hypoxic conditions. In recent years，biochar is widely used in agriculture as a soil amendment and controlle release carrier for fertilizers. In order to boost the study and utilization of biochar in agriculture，this study summarized the factors that affect properties of biochar and its effects on soil physical and chemical properties，amount of microorganisms in soil，and growth and yields of crops. The fu-ture research issues were also suggested.Biochar has showed important roles in controlling non-point source pollution, improving soil quality, increasing soil production, alleviating climate changes, and maintaining agro-ecosystem sta-bility. The prospect of biochar industrialization and development in China was also proposed. Keywords:Biochar;Character;Agriculture;Improvement;Application status;Development prospect 前言 作为农业大国的中国，年产作物秸秆8×108 t以上[1]，而以作物秸秆为主的广泛存在的生物质Cbiomass)是制备生物质炭(biochar)的主要原料。生物质炭是由生物质在完全或部分缺氧的条件下经热裂解、炭化产生的一类高度芳香

水稻根系研究进展

环境因子对水稻根系的影响 报告人：邓亚萍导师：王忠 水稻根系既是吸收养分和水分的重要器官,又是多种激素、有机酸和氨基酸合成的重要场所,其形态和生理特性与地上部的生长发育、产量和品质形成均有着密切的关系。自1919年Weaver 首先报道根系与生态关系的研究结果以来，人们开始对植物根系进行了广泛的研究。其中，根系的形态结构与活性及其与产量的关系一直是水稻根系研究的一个热点，其核心问题是高产水稻应该具有什么样的根系形态生理特征及高产水稻根系在不同的环境条件下的应答。 在由于自然状态的根系生长在黑暗条件下以及研究方法的局限,过去国内从事根系形态结构及环境因子对水稻根系影响的研究较少,近二十年来不少学者已陆续开展了环境因子水稻根系影响的研究，积累了众多经验，本文对已有的结果进行了总结。 1.温度因子 温度几乎影响着植物所有的生物学过过程，在植物的生长发育过程中起着重要的作用。对 于根系而言，根际温度更是影响着根系的生长发育、形态结构及根中各种代谢过程。 水稻根系大部分集中在0～20cm耕层中,土壤温度变化也以0～20cm土层内最为明显。因此,这个层次的温度变化对水稻根系影响最大。水稻根系的生长受温度的影响主要表现在生长前期根系的形成和生长后期的衰竭,水稻根系生长的最适温度是28～32℃，当水温在16℃以下时,根的生长几近停滞,当温度上升到28℃时,支根生长良好,地上部与地下部均可得到最大限度的协调增长。在此界限以内,温度越高,地上部发育越好;温度低时,则根部的生长量增大。Neilsen(1974)认为,在根系生长的最适温度或较高温度下, 有利于根系的发生伸长, 相反较低的土壤温度则可以延缓根系细胞的衰老, 延长根系生理活性。吴岳轩(1995)研究也证实了高温有利于根系发生伸长这一结论。同时他也指出, 后期高温会加速根系衰老进程。由此可见, 水稻根系发育和根系生理活性对温度高低的需求是不同的。根系生长时期不同, 根系着生位置不同, 温度的影响也不同。总之,水稻根系发育和根系生理活性对温度高低的需求是有差异的,不同时期、不同着生位置的根系对温度的要求也各不一样。王忠（2003）的研究表明在供试的4个温度处理中，10℃时水稻发生冷害，根系停在生长，看不到负向光性反应；20℃时水稻根系生长，有负向光性反应；在30℃时稻根的生长和负向光性反应最快；40℃时稻根的生长量和根负向光性倾斜度降低。 目前有关温度对水稻根的内部形态，及生理生化方面的研究还不是很多，主要有：S.B.Varade 的研究指出在提高温度及光照强度，加能量输入，促使稻根中孔隙度的增加。而温度对水稻根系生理代谢的影响，主要是通过影响各种酶的活性以及促进或抑制某些植物激素的合成和运输来调节根系代谢。Lakkakula（2004）认为温度对水稻根中谷氨酰胺合成酶（GS）活性具有相反的作用，23℃下生长的水稻根的GS活性明显高于32℃下生长的活性。低的根区温度常会减少作物根系CTK、GA的合成和向上运输,同时增加根系ABA的合成和向上运输。 2.水分因子 水稻根系对土壤水分的反应非常敏感。田间持水量的不同会对根系的生长发育及分布产生影响。吴志强(1992)的研究表明淹水田根系主要分布在土壤上层,密集成网,而湿润灌溉和旱田栽培的稻田上层根较少,根系主要分布在中下层。张玉屏等(2001)认为土壤水分为田间持水量的70%～75%时最有利根系的生长发育,土壤水分过多或过少,都会导致根干重、根系吸收面积的全面下降;而且生育时期不同,根系对土壤水分的敏感程度也不同,如分蘖期干旱对根系生长发育影响较小,

微生物的基本特征概述

课堂报告名称：微生物的基本特征 一、课堂报告依据的知识背景 食品微生物学是基础微生物学的一个重要分支，属于应用微生物学的范畴，今年来随着分子生物技术的不断发展，许多新技术也越来越多的应用到食品微生物学的领域。要了解微生物学，首先要了解什么是微生物，其基本特征有哪些，然后我们才能对其进一步的研究、应用。微生物种类资源丰富，目前利用率不高，开发微生物不像稀有动物，微生物繁殖快，属于可再生资源。适应能力强，用途广。 二、撰写课堂报告的目的 本次报告主要通过对微生物的定义、分类、基本结构、结构功能等方面进行讲述，使大家对微生物有基本的了解，另外，在此基础上能够了解不同微生物再结构与功能上的差异。 三、撰写课堂报告的思路 根据本次课堂报告目的，从微生物的三大类原核生物、真核生物、病毒分别对其形态、结构以及功能进行阐述 四、课堂报告的正文 （一）原核微生物 1.单个细菌形态 a)球菌：细胞球形或椭圆形，当几个球菌连在一起是

接触面扁平。 单球菌：细胞沿一个平面进行分裂，子细胞分散而单独存在。 双球菌：细胞沿一个平面分裂，子细胞成双排列。 链球菌：细胞沿一个平面分裂而第二次细胞分裂与第一次分裂面平行，子细胞呈链状排列。 四联球菌：细胞按两个互相垂直的平面分裂，子细胞呈田字形排列。 八叠球菌：细胞按三个互相垂直平面进行分裂，子细胞t 特征性叠在一起呈立方体排列。 葡萄球菌：细胞分裂无定向，子细胞呈葡萄状排列。 b)杆菌：杆状或类似杆状的细菌。各种杆菌的大小、长短、弯度、粗细差异较大。排列一般分散存在，无一定排列形式。排列一般分散存在，无一定排列形式。 c)螺旋菌：细胞呈弯曲状的细菌。 弧菌，细胞短，不满一圈仅有一次弯曲，呈弧状，如脱硫弧菌。 螺旋菌，细胞为2次以上弯曲、呈螺旋形，较坚韧，如小

水稻根系活力测定

一、水稻根系活力测定 1. 水稻根系流液的测定 （1）测定意义水稻根伤流液的多少与根系活力有密切的关系，在一定时间内测定伤流液的重量，是衡量根系活力的一个较为简便的方法。 （2）测定方法选用一端封闭，一端开口的很薄的塑料套管，管内放进少时脱脂棉（在天平上称得重W2），两次重的差数，代表一定时间内（t）的伤流量，并按下式计算：伤流量（g/小时）=（W1-W2）/t （3）注意事项 ① 如果没有合适的塑料套管，可以自己制作，直径大小出切口直径稍大一点，使能自由套昆为度。水稻伤流量较少，套管的长度一般2-3cm即可。用塑料薄膜根据所需大小栽成小片，在需要合缝的地方折迭起来上面紧贴上玻璃纸，而后将烧燃的烙铁在纸上前后左右移动，检查套管不漏气即可使用。 ② 收集伤流液在一天当中的最适时间随植物种类和环境条件而异，一般最好在上午进行。 ③ 套管理与地上部切口套管理接之处，一般不须密封。一则可省去手续上的麻烦，二是水分从套接的地方蒸发的机会微不足道，不影响测定结果。 2. 水稻根系氧化的测定（a-萘胺法） （1）测定意义：水稻根系的氧化力除了叶部吸收的氧转入根部外，根部还有一条乙醇酸氧化途径，这条途径可产生过氧化验氢，以后在过氧化酶的作用下产生氧，是水稻根产生氧化力的一条特殊代谢途径，由于水稻根有氧化力，可氧化土壤中有害的还原物质，从而保证了根的正常代谢。据试验报道，当根氧化力增大时，根的有氧呼吸较旺盛，吸收养料也较多。根的a蔡胺氧化力可作为水稻根系活力的一个重要指标。 （2）原理与方法 a-蔡胺吸附在水稻根表面时，能被根系氧化，生成红色羟基蔡胺，故可从根表面染争的深浅，粗略地估计根的氧化力。定时测定则是对a-蔡胺氧化前后浓度的变化进行测

栽培水稻的基本知识

栽培水稻的基本知识 1 水稻的背景知识 1.1 学名、俗名和其他名称 水稻，学名：Oryza sativa L。 1.2 分类学地位 水稻是重要的粮食作物，分类上属于单子叶植物纲禾本科(Gramineae) 稻属(Orgza)，目前认为属内有20~25个种，不同的分类学家稍有分歧，其中二个是栽培种，即普通栽培稻(O.sativa L)或称亚洲栽培稻和非洲栽培稻(O.glalerrima Steud)。普通栽培稻世界各地都有栽培，非洲栽培稻只限于西非一带。中国有三种野生稻，即:普通野生稻(O.Stiva L f.spontanea.Roschev.)、药用野生稻(O.offinalis Wall.)、疣粒野生稻(O.meyeriana Baill); 其中普通野生稻是栽培稻的祖先。 1.3 原产地及引进时间 稻属是世界性分布的植物。我国栽培稻种为普通栽培稻，它直接起源于我国的普通野生稻。普通野生稻在中国的分布是南起海南三亚(18°09’Ｎ)，北至江西东乡(28°14’N)，西自云南盈江(97°56’E)，东至台湾桃园(121°15’E)。据已有考古资料和古书记载，我国栽培水稻历史最早，余姚河姆度(6950±130 B.C)和浙江桐方罗家角(7,040±150 B.C)出土的稻谷证明，早在7000年前我们的祖先就已经栽培了水稻。最晚也有云南剑川海口遗址(1335±155B.C)。但多数年代为至今4000－5000年间。比世界其它国家发现的有关考古资料都早。据现有资料表明，中国的原始稻作是从长江流域向黄河流域传播的。最早记载有关种稻之书有西汉《汜胜之书》和北魏《齐民要术》。 1.4 用途 栽培水稻的种子可作为人类的粮食和畜禽饲料或加工成淀粉、酿酒等工业原料，茎叶可作为家畜的青贮饲料或干饲料。 2 水稻的生物学特性 2.1 是一年生还是多年生 水稻为一年生植物，在我国华南稻作区一年可种2~3季，华中、西南地区可种植单、双季，华北、东北、西北地区可种植单季。在热带地区，经适当管理，某些水稻可以多年生。然而，在我国北方，在自然条件下，水稻不能越冬(熊振民等，1992) 。 2.2 水稻的繁殖方式 水稻主要靠有性繁殖，水稻雌雄同花，着生在茎端的园锥花序上，为严格的自花授粉植物，天然异交率少于1％(见《作物育种学》1980)。 2.3 水稻在自然条件下与同种或近缘种的异交率 在普通栽培稻中有两或三个亚种(型)，即粳稻和籼稻、瓜哇稻，籼粳稻杂交F1为半不育，瓜哇稻与籼、粳稻杂交均为可育，少数出现不育。亚种内各品种杂交正常结实，但也有少量组合出现不育(如选育不育系)。普通栽培稻与其祖先普通野生稻杂交多数可育，少量组合不育(如选育不育系)。在中国出现的三种野生稻之间因染色体组不同，杂种不育。目前未见栽培水稻与其它杂草杂交可育的报道(胡兆华，1993)。 2.4 水稻的育性 栽培水稻的大多数品种是可育的。在自然条件下有许多可以引起水稻雄性不育的因素，如高温、低温、干旱、辐射、化学药物处理等。水稻品种中也存在受遗传控制的不育类型，如受细胞质基因控制的细胞质不育型，核基因控制的核不育型，以及质核互作雄性不育型(三系杂交稻)，温光条件诱导的核不育型(两系杂交稻)。本研究所使用的水稻品种为正常可育品

微生物生理生化复习题

微生物生理生化 名词解释 同多糖、杂多糖、大荚膜、微荚膜、肽聚糖、假肽聚糖、脂磷壁酸、脂多糖、脂A、转座子、插入序列、水活度、两向代谢途径、次级代谢、初级代谢、静息细胞、同功酶、特异营养突变株、合作生物合成、发酵作用、无氧呼吸、别构酶、异化型硝酸还原、同化型硝酸还原、异化型硫酸还原、呼吸链解偶联剂、β-氧化反应、斯提克兰反应、内源性代谢物、cccDNA、ocDNA、类菌体、初生氨基酸、次生氨基酸、协同诱导、顺序诱导、衰减子、同步生长、前体、微生物分析法、帽子结构、细胞凋亡、核酶、酶活性调节、协同反馈抑制、累积反馈抑制、超相加反馈抑制、别构酶的脱敏作用、共价修饰、同步培养、连续培养、稀释度、PPGPPP、PPGPP、膜骨架、糖胺聚糖、载体蛋白、通道蛋白、细胞质基质、糙面内质网、核被膜、核孔复合物、核小体、常染色质、异染色质、隔离子 问答 1、试述细菌细胞壁中肽聚糖分子间肽桥联接的几种类型 2、试述磷壁酸的种类 3、试述G-细菌细胞壁的结构组成的特点 4、试述真细菌原生质膜的组成及功能 5、试述原核生物基因组的结构特点 6、试述真核生物细胞膜系统及功能 7、试述水分对微生物活动的主要影响及功能 8、试述微生物对水分营养物质的运输方式及机理 9、试述微生物自身代谢的特点 10、试述微生物纤维素酶的种类、性质及作用方式 11、试述微生物利用葡糖分解为丙酮酸的代谢途径的功能及特点 12、试述微生物有氧呼吸过程及丙酮酸脱氢酶系的组成及作用机制 13、试述细菌呼吸链的特点 14、试述微生物氧化磷酸化的特点及目前几种有关机制的假说 15、试述肽聚糖生物合成过程及微生物的糖合成特点 16、试述固氮酶的组成及性质 17、试述固氮酶的催化反应过程 18、试述氢气和氧对固氮反应的影响 19、试述DNA的损伤及修复机制

微生物课后答案

绪论 3微生物是如何分类的？ 答为了识别和研究微生物，将各种微生物按其客观存在的生物属性 （如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、细胞结构，生理生化反 应、与氧的关系、血清学反应等）及谈们的亲缘关系，有次序的分门 别类排列成一个系统，从小到大按域、界、门、纲、目、科、属、种 等分类。 6微生物有哪些特点？ 答、①个体极小：微生物的个体极小，有几纳米到几微米，，要 通过光学显微镜才能看见，病毒小于0.2微米，在光学显微镜可视范围外，还需要通过电子显微镜才可看见。②分布广，种类繁多环境的多样性如极 端高温、高盐度和极端pH造就了微生物的种类繁多和数量庞大。③ 繁殖快大多数微生物以裂殖的方式繁殖后代，在适宜的环境条件下， 十几分钟至二十分钟就可繁殖一代。在物种竞争上取得优势，这是生 存竞争的保证。④易变异多数微生物为单细胞，结构简单，整个细 胞直接与环境接触，易受外界环境因素影响，引起遗传物质DNA的改 变而发生变异。或者变异为优良菌种，或使菌种退化。 第一章 1病毒是一类怎样的微生物？他有什么特点？ 答病毒是没有细胞结构，专性寄生在活的敏感素主体内的超微笑微生 物。它们只具有简单的独特结构，可通过细菌过滤器。特点：个体小、

没有合成蛋白质结构----核糖体、也没有合成细胞物质和繁殖所必需 的酶系统，不具有独立代谢能力，必须专性寄生在活的敏感细胞内依 靠宿主细胞和成病毒的化学组成和繁殖新个体。 3病毒具有怎样的化学组成和结构？ 答、病毒的化学组成由蛋白质和核酸，个体大的病毒还含有脂质和多 糖。病毒没有细胞机构，确有其自身特有的结构。整个病毒体分两部 分：蛋白质衣壳和核酸内芯，两者够成核衣壳。完整具有感染力的病 毒体叫病毒粒子。病毒粒子有两种一种不具被膜（囊膜）的裸漏病毒 粒子，另一种是在核衣壳外面有被膜包围所构成的病毒粒子。 4叙述大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程。 答、吸附、侵入、复制与聚集、释放。吸附：大肠杆菌T系噬菌体以 及它的尾部末端吸附到敏感细胞表面上某一特定的化学成分。侵入： 噬菌体的尾部借着尾丝的帮助固着在敏感细胞的细胞壁上，尾部的酶 水解细胞壁的肽聚糖形成小孔，尾鞘消耗ATP获得能量而收、、、、、、、、、、、、P18 5什么叫毒性噬菌体？什么叫温和噬菌体？ 答、噬菌体有毒性噬菌体和温和噬菌体两种类型，侵入宿主细胞后， 随即引起宿主细胞裂解的噬菌体称作毒性噬菌体。维恩和噬菌体则 是：当他侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿 主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细 胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。 6什么叫溶原细胞（菌）？什么叫原噬菌体？

炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响-土壤

土 壤 (Soils), 2014, 46(5): 814–818 ①基金项目：国家自然科学基金项目(31260502)资助。 * 通讯作者(paul98@https://www.sodocs.net/doc/302391460.html,) 作者简介：侯建伟(1986—)，男，内蒙古通辽人，博士研究生，主要从事土壤肥力与植物营养研究。E-mail: hjw19860627@https://www.sodocs.net/doc/302391460.html, 炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响① 侯建伟，索全义*，梁 桓，韩雪琦，刘长涛 (内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特 010018) 摘 要：沙蒿是半灌木典型沙生植物，作为制炭物料具有其特殊性，而炭化温度决定生物炭形貌特征和化学性质。通过无氧炭化法制备了不同温度(300 ~ 900℃)的沙蒿生物炭，研究了炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征、表面官能团种类、产率变化和有机组分含量的影响。结果表明：生物炭孔径随着炭化温度的升高而增大，700℃以后生物炭结构有一定程度的破坏；生物质炭化后C–O–C 、–COOH 、–CH 3、–CH 2、–OH 和C=O 逐渐消失；生物炭产率随着炭化温度的升高而降低，尤其是从 300℃升高至 400℃产率降低最为明显，这与纤维素及半纤维素的分解有直接关系；生物炭中有机组分的C 元素含量增加，由 701.7 g/kg 增加到 899.3 g/kg ，增加了 197.6 g/kg ；而H 、O 和N 元素含量则逐渐降低，分别降低了21.4、171.8 和 6.6 g/kg ；生物炭中有机组分的原子比 H/C 、O/C 和 (N + O)/C 都逐渐减小。总之，生物质升温炭化过程中，炭化温度与生物炭孔径及有机组分的C 元素含量呈正相关关系而与生物炭产率、生物炭中有机组分的H 、O 和N 元素含量呈负相关关系，低温和中温炭化时生物炭保留原有的骨架结构，而高温时对其有一定程度的破坏作用，沙蒿生物质含有丰富的官能团，升温裂解过程中多数官能团消失，无机组分 Si–O–Si 得以保留，此外，生物质升温裂解是一个芳香性逐渐增强，亲水性和极性逐渐减弱的过程。 关键词：沙蒿；生物炭；表面结构；官能团；生物炭产率；有机组分 中图分类号：S152.4 沙篙是菊科篙属(Artemisia )的一个半灌木类群，是一种典型的沙生植物，具有很强的抗寒、抗旱和耐沙埋等特性。沙蒿在其生境中经过漫长的自然选择成为建群种和优势种，广泛地分布在半固定或固定的沙地，是较好的固沙防风植物，在生态保护和恢复中起到了非常重要的作用，也是恶劣生境下的重要碳汇植物。沙蒿平茬或刈割可明显促进其生长，增强它的生活能力，平茬或刈割后的沙蒿可将其就地转化成为生物炭(biochar ，无氧条件下炭化的产物[1–3])进行沙地封存。这一方面可以利用生物炭的稳定性实现碳汇的目的，为减缓全球气候变化做出贡献；另一方面可利用生物炭的多孔性、亲水性、吸附性等特性，实现改善沙地生境效应的作用[4–5]。 生物炭的特性由原料和制备条件所决定。目前研究制备生物炭的原料主要包括阔叶树、牧草、树皮、作物残余物(如稻草、坚果壳和稻壳)、柳枝梭、有机废物(如酒糟、甘蔗渣、橄榄废物、鸡粪、牛粪、剩余污泥和纸浆)等，而对沙地特殊生境下的沙蒿作为制取生物炭材料的研究尚未见报道[6]。 近些年来，因生物炭可充分发挥环境和农业效益而备受研究者的亲睐，而生物炭的含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、理化性质稳定等固有的特点是生物炭还田改土[7–9]、提高农作物产量、缓释肥效[10–12]，实现碳封存的重要结构基础。为此，本试验以沙生植物沙蒿为材料，研究炭化温度对沙蒿生物炭产率、表面特征、官能团、有机组分含量和有机组分中原子比的影响，为沙蒿生物炭的制取和应用提供基本依据。 1 材料与方法 1.1 材料 供试材料为黑沙蒿，取自内蒙古呼和浩特市托克托县沙地，该沙地是库布齐沙地的东缘，分布在托克托县的西南。将取回的沙蒿平铺于室外阳光下晒干后粉碎放入烘箱中65℃烘至恒重(约24 h)，然后放入干燥器中以备制取生物炭。 1.2 试验设计 炭化温度设300、400、500、600、700、800和

不同原料生物炭理化性质的对比分析

不同原料生物炭理化性质的对比分析 来源：《农业资源与环境学报》2017 年第 6 期 作者：孙涛1，朱新萍1，李典鹏1，顾祝禹1，张佳喜2，贾宏涛1* 单位：1、新疆农业大学草业与环境科学学院；2、新疆农业大学机械交通学院为研究不同原料生物炭理化性质的差异，以苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭、污泥生物炭和褐煤生物炭6 种生物炭为测试材料，利用傅里叶红外光谱仪和Boehm 滴定法对生物炭表面官能团进行定性和定量分析，用电子扫描显微镜观察生物炭表面形貌，并测定生物炭的pH值、有机碳含量和阳离子交换量等基本理化性质。 结果表明，除污泥生物炭呈弱酸性外（pH=6.76），其他生物炭均呈碱性（pH=8.49~9.96）。苜蓿秸秆生物炭有机碳含量最高（588.43 g·kg-1），污泥生物炭最低（168.17 g·kg-1）。阳离子交换量大小排序为，苜蓿秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭＞葡萄藤生物炭＞小麦秸秆生物炭＞污泥生物炭＞褐煤生物炭。FTIR 图谱表征显示，生物炭表面存在芳香烃类和含氧基团，生物炭的结构以芳环骨架为主。苜蓿生物炭表面官能团总数最多，污泥生物炭最少。扫描电镜（SEM）结果表明，苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭表面有明显孔隙结构，褐煤生物炭和污泥生物炭表面并无明显的孔隙结构。 综上，苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭适用农田土壤改良与培肥，褐煤生物炭和污泥生物炭可尝试用于污染土壤的修复，同时污泥生物炭可用于盐碱土的改良。 前言 生物炭是生物质材料在限氧、低温（＜700 ℃）环境下，经加热分解最终获得的一种碳含量丰富的固态产物。因其表面具有丰富的孔隙结构，以及稳定的脂

微生物的适应性进化

微生物的适应性进化 适应进化又称定向进化"实验室进化或驯化，是目前备受瞩目的菌种改良技术，能够使菌株在较短的时间有效地改变菌株的某些表型或生理特性（如菌体生长速度，底物消耗速度，耐受高温高低pH值以及不同有机溶剂等），并且基本不会影响除目的表型外的其他优良性状。目前实验室最常用的适应进化方法是在特定条件（给予选择压力）下将微生物连续传代培养，通过菌株自发突变的不断富集，获得适应特定条件的表型或生理性能。 在微生物进化过程中，选择压力的存在可以保证微生物在与选择压力的相互作用下，菌种的随机变异实现定向淘汰，与环境相适应的基因型得以保存，特别是在人工选育过程中，通过人工施加定向的选择压力，使微生物沿着所需的方向的进化，从而获得目标性状的菌种。乙酸作为细胞毒素经常在很多生物过程中作为副产物不断积累，乙酸浓度逐渐升高的环境压力存在于许多工业微生物领域。以生物乙醇的生产为例，副产物乙酸会严重抑制乙醇的生产，Peter Steiner 等人将不耐受乙酸的野生型 Acetobacter aceti 进行适应性进化实验，将逐渐提高浓度的乙酸作为选择压力，经过 240 代的适应性进化，获得了能够耐受50g/L 浓度的乙酸的菌株。Hillesland 和 Stahl 首次将脱硫弧菌和产甲烷菌混合培养300 代来研究混菌体系的进化历程，脱硫弧菌为产甲烷菌提供氢离子，产甲烷菌通过消耗氢离子为脱硫弧菌提供适宜生存的条件，两者通过代产物的交流实现专性的互利关系。虽然两种菌株都是从共生微生物体系中分离，但是它们是从不同的环境中分离出来，而且单独培养。将这一严格互利共生的混菌体系进行适应性进化实验，其实验核心就是将体系中的一种微生物作为另一微生物的选择压力进行了实验设计，这种生物选择压力的存在能够使适应彼此物质代交流的菌种得以保存和扩大种群优势，进化后的混菌体系生长速率提高了80%，生物量提高了30%。 单菌多次级代产物策略在“沉默代途径”的应用 在非自然条件下，微生物中很多编码次级代产物的基因簇是保持沉默的。在细菌和真菌中有关次级代产物合成的基因簇数目远远大于实验室条件下实际合成的天然产物的数目[29]。毫无疑问，这些沉默的基因簇是发现活性药物组分的巨大资源库，如何激活这些未表达或者表达量比较低沉默基因将是我发现新化合