烟秆生物质炭对土壤碳氮矿化的影响

为优化烟草废弃物的资源化利用,采用室内培养试验,研究了烟秆生物质炭对土壤有机碳、有机氮矿化特征的影响。结果发现,与对照(生物质炭添加质量分数为0.0%)相比,添加烟秆生物质炭后能一定程度促进土壤有机碳的矿化,且1.0%添加量处理的有机碳累积矿化量最高,其次为0.5%及2.0%的添加量处理;与其他处理相比,2.0%添加量处理能显著降低土壤总有机碳的累积矿化率,促进土壤中有机碳的积累;添加烟秆生物质炭对土壤无机氮含量、有机氮的矿化及硝化速率均无显著影响。说明较高量的烟秆生物质炭(2.0%)添加能提高土壤有机碳含量,对于烟田土壤的增碳固氮效应及废弃烟秆的资源化利用方面具有重要指导意义。     

烟草废弃物生物炭元素组成及其重金属安全性研究

为明确热解温度对不同烟草废弃物生物炭中元素组成及重金属安全性的影响,以烟秆、烟梗及废弃烟叶为原材料,研究了2种热解温度(450℃和600℃)下制备生物炭的产率、元素组成、重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)含量及其浸出毒性特征。结果表明,当热解温度从450℃升至600℃,各废弃物生物炭的产率降低,生物炭中的碳(C)含量升高,而氮(N)和氧(O)含量降低;其中烟梗炭的产率最高,烟秆炭的碳含量及烟叶炭的氮含量最高。随热解温度升高,各生物炭中Ni、Cu、Zn、As和Pb等重金属含量均呈不同程度升高,而烟叶炭中Cr及烟梗和烟叶炭中Cd含量在600℃热解温度下显著低于原材料中含量;随热解温度升高,烟梗炭的Cr、As元素和烟叶炭的Zn、As元素的相对富集系数(REF)下降,且由富集趋势(REF>1)转为挥发趋势(REF<1);烟叶炭的Ni、Cu元素则由挥发趋势转为富集趋势。各生物炭中重金属的沥滤浸出毒性(TCLP)均低于其原材料浸出液,生物炭浸出液中Cu、Cd和Pb含量随热解温度升高而降低,As含量呈相反趋势,各生物炭浸出液重金属含量均低于GB 5085.3-2007浸出毒性规定限量值,表明烟草废弃物生物炭的重金属浸出毒性较低,可以在农田中安全施用。     

烟秆生物炭对烤烟根系生长的影响及其作用机理

为揭示烟秆生物炭对烤烟根系生长的作用机理,通过田间试验研究了烟秆生物炭不同施用量(0、1、10、50 t/hm~2)对烤烟根系生长和土壤理化性质的影响。结果表明:土壤中施用生物炭可促进烤烟根系前期生长,根系体积和干质量均有提高。随着生物炭用量的增加,烤烟根系伤流强度呈递增趋势,根系活跃吸收面积、活跃吸收面积百分比及干质量呈现出先增加后减少的趋势。10 t/hm~2烟秆生物炭处理的烤烟根系形态生理特征指标最优、烟叶产量最高。随着生物炭用量的增加,土壤质量含水率、毛管持水量、气相率、有效磷及速效钾含量(质量分数)逐渐增加,土壤碱解氮含量和过氧化氢酶活性先增加后降低。与对照比较,生物炭处理的土壤速效钾含量增幅为11.0%~382.3%。     

两种生物炭对植烟土壤生物学特性的影响

目的:研究花生壳生物炭和烟秆生物炭对植烟土壤生物学特性的影响。方法:选用品种为中烟100,在河南郏县开展大田试验。试验设四个处理,分别为:CK不施肥、T1为常规施肥、T2为花生壳生物炭+常规施肥、T3为烟秆生物炭+常规施肥,生物炭的用量均为6000kg/hm~2。结果表明:施用生物炭增加了植烟土壤细菌数量,尤其是在移栽后45d～75d,细菌数量提高幅度较大;施用生物炭增加了土壤真菌数量,烟秆生物炭在烟株生长前期作用明显,而花生壳生物炭在烟株生长后期作用明显;施用烟秆生物炭有增加放线菌数量的趋势,而花生壳生物炭对放线菌数量影响不明显。施用花生壳生物炭增加了植烟土壤微生物生物量碳含量,而烟秆生物炭降低了烟株生长后期的微生物生物量碳含量;施用烟秆生物炭增加了微生物生物量氮含量。施用生物炭增加了前期微生物生物量碳和微生物生物量氮的比值,降低了后期微生物生物量碳和微生物生物量氮的比值。施用生物炭增加了植烟土壤全碳和全氮含量,以花生壳生物炭效果明显。结论:施用花生壳生物炭和烟秆生物炭对植烟土壤的生物学特性有较好的改良作用。     

烟秆生物质炭对烟草根际土壤养分及细菌群落的影响

通过田间小区试验研究了不同生物质炭用量对植烟土壤养分、微生物多样性和菌群丰度的影响。结果表明,梯度施入烟秆生物质炭提升了酸性土壤pH,促进了土壤有机质及全氮的积累,随着生物质炭用量的加大,土壤pH、有机质含量均有逐步升高的趋势,土壤速效钾释放速率也得到提高。施用烟秆生物质炭后,烟草根际土壤的微生物种类(OTU数)提高了26.4%。优势菌种中,变形菌门所占比例最大,达到47.19%~54.32%。生物质炭施用下,部分有利植物生长的促生菌呈增长趋势。将烟秆生物质炭用于烟田土壤改良,既可提升土壤肥力,又可缓解烟秆不合理利用导致的环境污染问题,但烟秆生物质炭推广应用还有一定的局限性。     

不同有机物料对烤烟根际土壤碳库、酶活性及根系活力的影响

为分析不同有机物料对植烟土壤的改良效应,优化农业废弃资源循环利用,采用盆栽试验,以单施化肥为对照,研究草炭、生物炭、汽爆玉米秸秆对烤烟根际土壤碳库、酶活性和根系活力的影响。结果表明,与对照相比,各处理土壤总有机碳和活性有机碳含量在烤烟不同生育期都有显著提高,移栽后90 d时总有机碳含量最多增加45.24%,活性有机碳含量最多增加238.70%,草炭和汽爆玉米秸秆提高了根际土壤碳库活度和AOC/TOC比例,生物炭降低了碳库活度和AOC/TOC比例;汽爆玉米秸秆提高了土壤脲酶和蔗糖酶活性,在烤烟不同生育期最多分别比对照提高了66.03%和210.32%,草炭和生物炭对土壤酶活性影响不显著,但延缓了成熟期根系衰老,汽爆玉米秸秆对烟株根系活力有一定抑制作用。因此,施用有机物料均可提高烤烟根际土壤总有机碳和活性有机碳含量,但对酶活性和根系活力效果不一致,尚需开展大田及长期定位试验进一步研究。     

秸秆生物炭对烤烟生长发育、土壤有机碳及酶活性的影响

为探讨秸秆生物炭在植烟土壤的应用效果,通过盆栽试验研究了不同生物炭添加量对烤烟生长发育、土壤有机碳及酶活性的影响。结果表明,土壤中添加适量生物炭（0.2%~1.0%）有助于烤烟的生长发育,表现为株高、叶面积及地上部茎、叶生物量的增加,而较高的添加量（5.0%）则有抑制作用;但烟株根系发育与此不同,其根系生物量与根冠比随生物炭添加量的增加而增加,其中以添加量5.0%时烤烟根系生物量及根冠比最高。此外,随生物炭添加量的增加,土壤有机碳及活性有机碳含量均呈增加趋势,但活性有机碳的增加效果没有总有机碳明显。土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均随生物炭添加量的增加有不同程度提高,过氧化氢酶活性则下降或变化不大。因此,生物炭施用对烤烟生长发育及土壤生物活性具有重要影响,由于生物炭与土壤的相互作用是一个长期过程,后续还需通过长期定位试验来系统研究其对烟草生长发育的正负效应及其内在机理。     

不同原料低温生物炭的性质及氨氮吸附性能

本研究以油葵秸秆（SS）、扁桃核（AH）和核桃壳（WS）3种组织结构差异较大的农业废弃物为原料,在低温下（250、300、350 ℃）慢速热解制备生物炭材料,探究其性质与氨氮吸附性能。结果表明,热解温度和原料种类对生物炭的性质影响较大,由SS制备性质稳定的生物炭所需碳化温度低,且C元素含量高。含氧官能团含量与热解温度呈负相关,SS、AH和WS在250 ℃时制备生物炭的含氧官能团含量最高,分别为2.65、2.46和2.47 mmol/g;而300 ℃时制备的生物炭对氨氮的平衡吸附量最大（pH值=7）,分别为0.9512、0.9548和0.6085 mg/g。生物炭与溶液中NH₄⁺吸附时存在静电作用,在酸性或阳离子共存条件下,吸附量降低。生物炭和商业活性炭（AC）的吸附过程均符合伪二级动力学模型与Langmuir模型,属于单层化学吸附,且生物炭对氨氮的吸附量高于AC。     

生物质炭用量对烤烟烟叶净光合速率和香味物质含量的影响

为了探明生物质炭(生物炭)用量对烤烟烟叶净光合速率和香味物质含量(质量分数)的影响,通过田间试验研究了生物炭用量(0,300,600和900 kg/hm2)对烤烟烟叶净光合速率、香味物质含量和经济性状的影响。结果表明:随着生物炭用量的增加,烟叶净光合速率、美拉德反应产物含量(质量分数)、芳香族氨基酸降解产物含量(质量分数)升高,烟叶产量显著提高;烟叶类胡萝卜素降解产物含量(质量分数)、总香味物质含量先升高再降低。生物炭用量600kg/hm2的烟叶类胡萝卜素降解产物含量、芳香族氨基酸降解产物含量、总香味物质含量及烟叶纯收益最高,烟叶净光合速率、美拉德反应产物含量较高。      

连续施用不同生物质炭对植烟土壤特性和烤烟品质的影响

为探讨连续施用生物质炭对改良植烟土壤、提高烟叶品质的长期效应,设置不添加生物质炭（CK）、添加烟秆炭（T1）、废弃烟叶炭（T2）和玉米秸秆炭（T3）4个处理,通过连续3年定位试验研究其对植烟土壤pH和CEC值、烟叶外观质量及内在化学成分的影响。结果表明,施用生物质炭能够显著提高土壤的pH和CEC值,提升效果为T2>T1>T3。生物质炭处理的叶片外观质量略优于对照。连续施用生物质炭后烟叶品质显著高于对照,其中T2显著高于T1和T3。随着试验年限的延长,烟叶的总糖、还原糖、总氮含量和氮碱比、糖碱比升高,而烟碱、氯含量和糖氮比降低。整体上废弃烟叶炭（T2）处理更有利于提高土壤pH和CEC值、烟叶化学成分含量及协调性指标。施用生物质炭显著提高土壤理化性质、烟叶内在化学成分含量及协调性,但其效应存在一定的滞后性,随着试验年限的增加,连续施用生物质炭更有利于改良植烟土壤、提高烤后烟叶品质。     

陈化烟叶中纤维素降解菌群的分离及其特性研究

从陈化烟叶中分离到具有降解纤维素活性的菌群,分析了温度、pH和纤维素材料对菌群酶活性的影响,采用16SrDNA片段的PCR-DGGE（变形梯度凝胶电泳）技术分析菌群组成。结果显示,菌群主要由5种细菌组成。20℃时菌群纤维素酶活性很低,随着温度升高酶活性升高,在60℃时纤维素酶活性达到最高值,继续升温则酶活性下降。pH从3升高到8时,菌群纤维素酶活性不断增大,pH为8时酶活性达到最大,pH继续升高到9时则酶活性下降。菌群对烟叶、滤纸和烟梗中的纤维素都有降解作用,在以烟叶作为纤维素材料培养菌群时,纤维素酶活性明显高于滤纸和烟梗。陈化过程中微生物可能对烟叶纤维素有降解作用,从而影响烟叶的陈化效果;可以利用分离到的菌群在烟叶或烟梗发酵中降解纤维素,改善烟叶或烟梗的品质。     

烤烟烘烤过程中微生物的动态变化

为研究烤烟在烘烤过程中微生物数量及优势群体的变化,对下、中、上三部位烤烟在烘烤过程中真菌、细菌进行了连续分离计数。结果表明,烘烤过程中不同部位烟叶含微生物量的变化趋势基本一致。真菌含量呈先下降后上升的变化趋势,42℃烟叶全黄时达到最高。细菌量从烘烤阶段开始逐渐增多,38℃烟叶八成黄时达到最高。不同部位烟叶烘烤过程中优势微生物的种类不完全相同,鉴定出优势真菌属5种,其中青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)出现频率最高;优势细菌属11种,其中棒杆菌属(Corynebacterium)、肠杆菌属(Enterobacter)、芽孢杆菌属(Arthrobacter)、泛菌属(Pantoea)出现频率最高。     

炭化三维间隔棉织物的制备及其电加热性能

为开发一种结构稳定可应用于压阻传感和电加热的功能型纺织品,研制出一种机织三维间隔织物基体,通过在惰性气体高温环境制备炭化三维间隔棉织物,应用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和拉曼光谱对制备炭化棉织物纤维结构进行表征,研究其电加热性能。结果表明：炭化三维间隔棉织物具有很好的导电性,可视为均匀的电阻介质,且电阻变化率随着织物炭化温度升高呈指数降低;在较低炭化温度情况下电阻变化率较大,随着炭化温度升高,电阻变化率逐步降低。通过对织物升温效果与加热性能分析可知,织物在低于62.4℃时,其理论加热效率与升温温度呈等比关系,可应用于温度精准可控的电加热织物。     

低温加热状态下烤烟气溶胶释放量及其影响因素

为考察烟草在低温加热状态下气溶胶释放特性,采用自制稳态热解装置和烟密度计联用测试系统(SSTF-SDG)建立了可定量表征气溶胶释放量的烟草质量光密度(D_m)测试方法,考察了全国不同产区、品种、部位共34种烤烟样品在低温加热状态下的D_m,并对D_m与烤烟主要元素及常规化学成分的关系进行了统计分析。结果表明:①基于SSTF-SDG,该方法可分析低温加热状态下烟草D_m。②D_m与烟草中碳、氢、氮、烟碱均在0.01水平显著正相关,与钾硫比、钾氮比、(碳+氢)/氧以及糖碱比均在0.01水平显著负相关。③D_m各影响因素重要性排序依次为:碳 > 烟碱 > 钾硫比 > 氮 > 钾氮比 > 氢 > (碳+氢)/氧 > 糖碱比 > 硫 > 钾 > 总糖 > 氧 > 还原糖 > 氯 > 钾氯比。④由碳、氮和钾硫比为自变量的回归方程可较好地评价烤烟烟叶低温加热状态下气溶胶释放量。      

蔗渣纤维炭化特性及不同预处理方法的影响研究

以蔗渣纤维为生物质原料,通过热重分析仪和扫描电镜,考察不同升温速率、不同气氛下蔗渣纤维的炭化特性。研究不同预处理方法对蔗渣纤维炭化特性的影响及蔗渣基炭材料的形貌结构。随着升温速率增加,蔗渣纤维在氮气氛下炭化过程的最大失重速率对应的热分解温度明显升高。蔗渣纤维在空气氛下的最大失重速率对应的温度为347℃,低于氮气氛下最大失重速率对应的温度372℃。不同的预处理方法对蔗渣纤维的成分比例影响略有不同,导致炭化过程的热分解温度有所差别。不同的预处理方法得到的蔗渣纤维在炭化后都保持很好的纤维结构,其纤维直径主要取决于炭化前蔗渣纤维的直径。蔗渣纤维制备炭纤维材料完全可行,对预处理方法调控可以制备不同的炭纤维材料。     

烟丝组织结构与平衡含水率的关系

为了解烟丝组织结构与保润性能的关系,应用扫描电子显微镜(SEM)观察了烤烟、白肋烟、香料烟3种烟丝表面和切面结构,光学显微镜观察烟丝下表皮气孔,比表面积测试仪测定烟丝毛细管比表面积大小。结果表明:①香料烟结构最为紧密,切面含有很多空隙结构,国产烤烟和津巴布韦烤烟的切面较疏松。②白肋烟气孔数目在烤烟与香料烟之间,同一品种烤烟不同部位烟丝样品比表面积大小:中部 >下部 >上部。③低湿度(RH=30%)环境条件下烟丝组织结构与平衡含水率正相关;高湿度(RH=60%)环境条件下,烟丝组织结构与平衡含水率负相关,随着相对湿度的增加,烟丝表面化学成分对含水率的影响程度逐渐加强。      

感染青枯病与黑胫病烟株的根际土壤、根及茎秆微生物代谢特征分析

为明确感染青枯病、黑胫病烟株的根际土壤、根及茎秆中微生物代谢特征,采用Biolog-ECO代谢表型技术研究了微生物群落对6类31种碳源的代谢情况。结果表明：(1)同一烟株的根际土壤、根、茎秆中微生物的碳源代谢能力依次减弱;烟株感病后根和根际土壤中微生物对6类碳源的利用率无显著变化,茎秆微生物对多聚物类、氨基酸类和酚类碳源的利用率提高。(2)感染青枯病、黑胫病烟株根和根际土壤微生物均能代谢31种碳源;感染青枯病烟株茎秆微生物对除2-羟基苯甲酸以外的30种碳源均能正常代谢;感染黑胫病烟株茎秆微生物不能代谢D-甘露醇、葡萄糖-1-磷酸盐、D-葡萄糖胺酸等10种碳源。(3)感染黑胫病烟株的根和根际土壤微生物的平均颜色变化率（Average well color development,AWCD）显著低于健康烟株,茎秆微生物AWCD值略高于健康烟株;感染青枯病烟株茎秆微生物的AWCD值显著高于健康烟株,根和根际土壤微生物AWCD值与健康烟株无显著差异。(4)感病烟株的根和根际土壤微生物的香农-威纳指数（Shannon-Wiener）、辛普森指数（Simpson）和皮诺（Pielou）指数较健康烟...     

外源水杨酸对低温胁迫下烤烟抗氧化代谢的影响

为有效解决烤烟生产中的低温危害问题,用不同浓度的水杨酸(SA)喷施烤烟后置于5℃低温下胁迫,研究外源SA处理对低温胁迫下烤烟抗氧化代谢的影响.结果表明:外源SA预处理的烤烟叶片中超氧化物歧化酶( SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增加,相对电导率降低,脯氨酸(Pro)、叶绿素(chl)和抗坏血酸( AsA)含量均提高,且以浓度1.0 mmol·L-1的效果最好,说明适宜浓度的SA能够增强低温胁迫下烤烟抗膜脂过氧化能力,从而抵御低温危害.     

生长发育过程中烤烟磷含量的变化

对烤烟下、中、上3个部位的烟叶磷元素含量变化进行了田间试验。结果表明:在烤烟叶片生长发育过程中,随着烟叶着生部位的升高,叶片中磷含量逐渐增加;随着叶龄的增长,各部位鲜烟叶中磷含量逐渐下降,降至最低点后基本趋于稳定;不同部位之间烟叶磷含量的差异不显著,而不同叶龄之间烟叶磷含量的差异显著。     

烤烟烟叶主要元素与燃烧热关系研究

为考察烤烟烟叶中主要元素对其燃烧特性的影响, 对全国17个区域、7个品种、上中下三个部位的37个烤烟样品进行元素分析和燃烧热测试, 利用R统计方法对烤烟总燃烧热(THR) 及其主要元素含量(C、H、O、N、K、S和Cl) 进行了描述, 并研究了两者间的相关性。结果表明: ①烤烟烟叶总燃烧热主要由三个部分组成, 按照产生顺序依次为易挥发小分子挥发热解产物燃烧热、难挥发大分子热解产物燃烧热以及焦炭热解产物燃烧热; ②烤烟七种元素中C和O含量最高, 然后依次为H、N、K、S和Cl。其中, 不同烤烟烟叶中Cl含量差异较大, C、H和O含量则差异较低; ③烤烟THR与C、H和N含量呈极显著正相关, 与S呈显著正相关, 与O、K、Cl、K/Cl无显著相关性。