污泥生物炭在土壤改良中的应用研究

污泥作为污水处理的副产物，随着工业化、城镇化的快速发展其产量在不断地增加，污泥内的有机污染物和重金属给污泥的无害化、资源化带来一定的难度。污泥热解制备生物炭作为近年来新型的污泥处理方式，具有稳定、减量、可循环利用等优势。污泥生物炭是性能良好的土壤改良材料，能够对土壤容重、酸碱度、阳离子交换量、重金属含量等理化性质进行改善，提高土壤肥力，促进植物生长。总结了污泥的成分来源和污泥生物炭热解的生产方式及表征，讨论了施用污泥生物炭对土壤理化性质和重金属含量的影响机制，并分析了目前单一及共热污泥生物炭的研究应用进展，提出污泥生物炭在土壤改良中面临的主要问题及未来的发展方向。     

生物炭对土壤养分及水分的影响

生物炭是在完全或部分缺氧条件下经生物质热解产生的一种难溶的固态物质,是含碳量高,结构稳定,孔隙大,吸附能力强,呈碱性的多用途材料.生物炭单独作为添加剂应用于土壤可以改善土壤理化性质,增加土壤持水能力,保持土壤养分,提高农作物的产量.与肥料混施,具有缓释功效,能延缓肥料在土壤中释放,降低养分的流失,提高肥料利用率.本文主要从生物炭特性以及生物炭对土壤理化性质、土壤持水能力、土壤养分等方面的影响展开综述,指出了目前研究中需要加强的方面,为生物炭在农业领域的应用推广提供了一些想法.     

生物炭对土壤肥力及作物产量和品质的影响研究进展

生物炭是在厌氧或无氧条件下,由生物材料经高温热解产生的一类富含碳素、孔隙发达、比表面积巨大、高度芳香化、性质稳定的固态多功能材料。生物炭施入土壤具有改善土壤结构、增强蓄肥保水能力、提高土壤养分含量、促进植物菌根生长,进而提高作物产量和品质的作用。本文从生物炭的性质特征以及生物炭对土壤理化性质和养分、作物产量和品质的影响等方面综述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展,分析现有研究的不足,指出了未来生物炭应用的研究方向,为生物炭的推广应用提供了参考。     

生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展

生物炭是由生物材料在厌氧或无氧条件下，经高温热解产生的一类富含碳素、孔隙发达、比表面积巨大、高度芳香化、性质稳定的固态多功能材料。生物炭施入土壤具有改善土壤结构、增强蓄肥保水能力、提高土壤养分含量、促进植物菌根生长，进而提高作物产量和品质的作用。本文从生物炭的性质特征以及生物炭对土壤理化性质和养分、作物产量和品质的影响等方面综述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展，分析现有研究的不足，指出了未来生物炭应用的研究方向，为生物炭的推广应用提供了参考。     

生物炭肥对大棚番茄产量及土壤质量的影响

通过田间试验研究了生物炭肥对番茄产量及土壤质量的影响。结果表明,施用生物炭肥可有效提高土壤p H值,降低土壤酸度、降低土壤盐碱度,明显提高土壤有机质,能有效改善土壤理化性质。施用生物炭肥的处理,其番茄株高、茎粗,单株结果数、有效台数等性状明显优于常规施肥处理。     

生物炭与有机肥对菜田土壤氨氧化菌丰度的影响

通过土壤培育试验,运用定量PCR技术,研究了添加生物炭和有机肥对土壤氮营养及氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度的影响。结果表明,土壤培育时间、有机肥显著增加硝态氮的含量(P0.001),促进硝化作用;生物炭通过抑制有机氮矿化作用降低硝化作用,106d时生物炭处理的硝态氮、可溶性总氮含量低于没有生物炭的处理(P0.05),并且中和了有机肥对矿化作用的促进效应。随着处理时间的延长,生物炭促进氨氧化菌群的丰度,AOA丰度的提高较AOB显著,且AOA丰度的变化与硝态氮含量的变化呈正相关。因此认为AOA是土壤中氨氧化作用的主要驱动力,且生物炭与有机肥主要对AOA的丰度产生影响。     

不同生物炭配比对小青菜生长及土壤改良效果的影响

通过大棚盆栽试验, 以青菜为试验材料, 研究2种生物炭不同施用率(0.5%和1.0%)下与45%复合肥(氮磷钾有效养分各15%)混施后, 对青菜植株性状和生物量积累的影响, 以及对土壤改良的效果差异。结果表明, 生物炭配施能提高青菜产量、改善土壤理化性质和增加土壤无机态氮素含量, 且自制生物炭优于商业竹炭。在青菜增产上以自制生物炭0.5%施用率为最佳, 青菜鲜重增产38.1%。从改善土壤理化性质和增加土壤无机态氮素含量而言, 自制生物炭1.0%施用率最有利于土壤养分含量积累, 土壤速效钾、有效磷、有机质和土壤无机态氮素含量的增幅分别为9.6%、15.5%、77.9%和27.5%。     

生物炭对土壤氮磷转化和流失的影响

针对土壤非点源污染产生的负面环境问题,近年来国内外的研究主要集中在有效减少农业生态系统中土壤氮磷的流失等方面。笔者综述了化学修复钝化剂生物炭对土壤中氮磷转化和流失影响的研究进展。生物炭凭借其特殊的材料结构和理化性质,影响着土壤中氮磷的存在。生物炭能够增加农作物对土壤中氮磷养分的吸附作用,提高作物的存活率和产量;改善土壤理化性质,起到减少土壤中氮磷养分的流失作用;降低田面水中氮磷的流失,抑制土壤中氮磷淋失,减少氨挥发损失,改善肥料效益。生物炭在促进氮磷吸收和吸附、促进氮磷形态转化和减少农田氮磷流失方面有巨大潜力,未来应加强其在土壤环境污染治理及其可持续性利用方面的研究。     

模拟酸雨条件下铁硅材料和生物炭对土壤镉砷形态及生物有效性的影响

采用温室盆栽实验,研究了模拟酸雨条件下铁硅材料、鸡粪及其高温裂解生物炭单施或复配对土壤Cd、As形态及生物有效性的影响。结果表明:酸雨导致土壤p H值显著降低,并提高土壤有效态Cd、As含量,几种钝化剂的添加能提高土壤p H值0.41~1.34个单位,铁硅材料与生物炭组合能显著降低土壤Cd、As有效态含量。酸雨对蔬菜的生长有显著抑制作用,并促进重金属在蔬菜体内积累,且显著增加铁硅材料和生物炭单一处理蔬菜对Cd、As的吸收,而铁硅材料与生物炭复合处理可以有效抵御酸雨的不良影响。土壤重金属的化学形态分析显示,酸雨处理显著提高土壤中水溶交换态Cd(1 mol·L-1Mg Cl2提取)比例,降低有机硫化物态和残渣态Cd比例。铁硅材料与生物炭复合处理(IS+BC700)土壤中水溶交换态Cd显著降低,土壤中Cd形态主要向铁-锰氧化物结合态和有机硫化物结合态转化且土壤中残渣态Cd比例升高,从而显著降低其生物有效性。IS+BC350组合处理显著降低土壤中非专性吸附态As比例。本研究表明铁硅材料与生物炭的组合可以有效缓解酸化条件下镉砷复合污染农田土壤重金属对作物的毒害作用。     

不同改良剂及其组合对土壤镉形态和理化性质的影响

生物炭和石灰作为土壤钝化剂施用能够有效地降低土壤中重金属的生物有效性,而聚丙烯酰胺(PAM)在改善土壤理化性质方面效果显著。本研究在模拟镉(Cd)污染土壤中单独施加不同改良剂以及其不同组合,比较不同处理对土壤理化性质、Cd的有效性及形态变化的影响。结果表明,石灰、生物炭可以有效钝化土壤中的重金属,土壤有效Cd含量比对照组分别降低了43.69%~57.00%、8.42%~11.83%;石灰与生物炭的组合效果在复配处理中最为显著,使土壤有效Cd的含量降低45.38%~62.22%;但是石灰会使土壤p H增加29.05%~50.90%,对土壤理化性质有一定的负面影响。PAM虽没有显著影响Cd的有效态及形态变化,但却提高了土壤团粒体含量。三者共施能够使土壤中有效态Cd含量降低46.13%~62.48%,并改善土壤结构;从形态分布来看,则明显减弱了弱酸提取态和可还原态Cd比例,难利用态Cd比例显著增加。本研究结果表明,PAM+生物炭+石灰三者共同施用可以在不对土壤性质造成较大负面影响的前提下,有效降低土壤中可利用态Cd含量,这对于重金属污染土壤的钝化修复具有一定的参考价值。     

生物炭添加对猪粪菌渣堆肥过程中Cu、Zn的钝化作用

为探讨生物炭对猪粪堆肥过程中重金属钝化效果的影响,利用强制通风静态堆肥技术研究不同生物炭添加量对猪粪菌渣好氧堆肥发酵效果及重金属Cu、Zn形态的影响。结果表明:与未添加生物炭堆肥处理相比,添加生物炭处理提高堆肥pH值0.2～0.3个单位,至堆肥结束时提高堆肥含水率15.6%～20.0%。添加生物炭改善了通气条件、pH、含水率等堆肥性质,加速了堆肥进程,其中6%和9%生物炭添加处理高温持续期显著高于未添加生物炭处理。堆肥处理后,猪粪、菌渣等混合物料中交换态Cu、Zn含量分别下降了4.25%～12.06%和2.83%～20.87%;堆肥处理能促进堆肥中Zn、Cu的形态向活性低的方向转化,降低重金属的生物有效性。堆肥物料中适量添加花生壳生物炭可提高对重金属Cu、Zn的钝化作用,其中6%生物炭添加处理对重金属Cu、Zn的钝化效果最好,分别为18.84%和11.55%。适量添加生物炭可加速猪粪菌渣堆肥进程和降低堆肥中Cu、Zn有效性,其中以6%生物炭添加量的钝化效果最好。     

施用城市污泥堆肥对土壤和青椒重金属积累的影响

采用盆栽试验方式,将污泥堆肥与农田土按不同质量比进行混合(0:100、1:99、5:95、10:90、20:80、40:60、80:20、100:0),研究施用不同量的城市污泥堆肥对土壤以及青椒器官重金属积累的影响,为城市污泥堆肥农田利用提供参考。试验结果表明:在污泥堆肥施用量为1%~5%的条件下,青椒的总干重随堆肥施用量的增加而增加,5%的污泥堆肥施用量使青椒的总干重达2.67 g·株^-1,果实重量达0.84 g·株^-1;施用量大于5%时,青椒植株总干重与果实产量均出现下降趋势。施用不同量污泥肥后青椒果实产量(干重)的大小顺序为5%> 10%> 20%> 40%> 1%> CK(无果实);随污泥堆肥施用量的增加,基质土中重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd呈显著增加趋势。在5%的施用量下,土壤及青椒果实中的重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni含量均未超过国家相关标准,表明5%的污泥堆肥是青椒的适宜施用量。     

城市污泥堆肥对菠菜生长和土壤环境的影响

[目的]探讨城市污泥堆肥施加于菠菜地的可行性及其施加控制量。[方法]以北京市庞各庄污泥堆肥厂的污泥堆肥作为蔬菜地施用的有机肥源,采用自制土柱试验装置,研究不同用量污泥堆肥施用后菠菜的生长情况及对土壤的影响。试验设4个处理,污泥堆肥施用量分别为0（ck）、2、4、和6 kg/m2。[结果]壤土和沙土上不同用量污泥堆肥施用后,菠菜的株高、冠幅和叶面积都有一定的增加,对菠菜生长有促进作用,以4 kg/m2处理的效果最好。污泥堆肥施用后对菠菜重金属含量有显著影响,明显提高了菠菜地土壤中养分及有机质含量,污泥堆肥用量与污泥中重金属含量之间呈显著相关关系。[结论]城市污泥堆肥可以施加于蔬菜地,施加量以4 kg/m2为宜。     

堆肥在园林绿化中的应用研究

[目的]为了研究堆肥对破坏土壤的修复作用。[方法]利用污泥好氧静态堆肥装置生产的堆肥对月季、杨树、油松等花卉树木及草坪进行了栽种施用的对比试验。[结果]草坪草施用污泥,其生物量增加,绿期延长。堆肥施用于观赏性植物月季,花卉的开花量增加,花径增大,花期延长。施用污泥1年后,杨树、泡桐和小油松的树高和地径比对照增长了9.2%~41.2%和5.6%~20.8%。[结论]堆肥对树木生长具有良好的效果,且对土壤修复具有很好的效果。     

花卉栽培基质中城市污泥堆肥替代腐殖土比例的研究

[目的]为了探讨花卉栽培基质中污泥堆肥替代腐殖土的可行性及最佳比例.[方法]通过盆栽试验,研究了污泥堆肥不同比例对花卉栽培基质的理化性质及凤仙花生长发育的影响.[结果]在污泥堆肥、蛭石、珍珠岩和腐殖土的混合基质中,随着污泥堆肥比例的提高,基质容重降低,孔隙度和持水率增加,基质盐分及pH、有机质、氮磷钾全量、磷钾有效量升高,有效氮含量降低,凤仙花株高增加量、最大叶长、最大叶宽、花朵数和花期、鲜重均提高,但当污泥堆肥全部替代腐殖土时,上述指标呈下降趋势.[结论]混合基质以污泥堆肥∶腐殖土∶珍珠岩∶蛭石为2∶1∶1∶1时最佳,即污泥堆肥替代67％左右的腐殖土最佳.     

不同秸秆与城市污泥好氧堆肥过程中重金属质量分数及形态变化

以油菜、小麦、玉米和水稻秸秆为调理剂,与城市污泥混合进行好氧堆肥,研究了不同作物秸秆作调理剂对城市污泥好氧堆肥产品重金属质量分数及形态的影响.结果表明:好氧堆肥使堆体中Cd,Pb和Cr 3种重金属质量分数升高,使Pb,Cr可交换态质量分数及生物有效性降低,但不能降低Cd的生物有效性.其中,添加玉米秸秆有利于Cd的碳酸盐结合态向残渣态转化;添加油菜和水稻秸秆促进Cr分别向有机结合态和残渣态转化;添加玉米秸秆能有效降低Pb碳酸盐结合态质量分数,而水稻秸秆更有利于Pb向残渣态转化.表明4种秸秆作为调理剂对重金属形态的影响有一定的差异,对不同的重金属钝化效果不同,应根据污泥中的重金属选择合适的调理剂.     

两种有机添加物与低有机质污水污泥的堆肥研究

[目的]为低有机质含量污泥的处理提供方法。[方法]以重庆地区低有机质含量的污水污泥为对象,选择园林有机废弃物和蘑菇渣2种外源添加物,在小试试验的规模上,研究2种有机添加物对污泥堆肥温度和理化指标的影响,并研究通气和未通气状态下堆体内氧气浓度的变化。[结果]蘑菇渣和园林有机废弃物均可作为有机质含量偏低的污泥堆肥合适的调理剂,其中园林有机废弃物作调理剂发酵起爆速度快,堆体温度较高,发酵效果较好。[结论]低有机质含量污泥的堆肥需要添加有机物料调理剂以促进堆肥的进行。     

污泥好氧堆肥的试验研究

[目的]研究城市污水处理剩余污泥农用的可行性。[方法]利用自行设计的好氧堆肥装置,将某污水处理厂的剩余污泥与稻草按体积比1∶11、∶2、1∶3、1∶4进行混合堆肥,观察堆肥过程中堆肥箱内的温度、含水率、钾含量等参数的变化,评价堆肥腐熟度。[结果]污泥与稻草按体积比1∶2进行混合堆肥时,堆肥箱内的温度上升较快,含水率的下降幅度较大,有机质含量下降较快,钾含量较高,铜含量增加最少,锌含量降低最明显,堆肥腐熟度较好,各项指标均符合腐熟度要求,实现了污泥的资源化、无害化和稳定化。[结论]城市污水处理剩余污泥具有农用性,当污泥与稻草体积比为1∶2时,堆肥的效果较好。     

不同微生物菌对福清市生活污泥堆肥化处置的影响

以福清生活污泥为原料,草木灰及鸡粪为辅料,添加枯草芽孢杆菌(T1处理)和BFA腐殖酸(T2处理)进行堆肥,研究微生物菌剂对堆肥过程中堆体(表层和中间)温度、水分、腐殖酸、有机质、全氮、全磷、全钾和GI(种子发芽率指数)的影响。结果表明:T1和T2处理较对照升温迅速,且高温期的温度高,维持时间长;堆肥期内各处理的水分均逐渐减少,而T2处理水分减少最多,减少了22.9%,其次是T1处理减少了19.6%,而对照仅减少了16.9%;堆肥40d后,T1、T2处理的堆体腐殖酸、有机质、全氮和全钾含量均高于对照;堆肥40d后,各处理的GI值均大于50%,其中T2处理的GI值大于80%,堆肥腐熟度达到最佳。     

施用污泥堆肥对玉米产量及土壤性质的影响

采用污泥堆肥用于农作物方法,研究污泥农用对作物及土壤环境的影响。在田间施用消化污泥、污泥堆肥与污泥肥料1年。结果表明,各处理玉米均比对照显著增产,并且使土壤养分情况得到改善,对土壤和作物没有明显的重金属影响,说明消化污泥、污泥堆肥、污泥肥料与化肥和其他有机肥一样,是一种常效肥,但对土壤和地下水的长期影响应作进一步的研究。