不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除性能及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除效果和微生物群落的影响,获得去除土壤阿特拉津的最佳生物炭类型,为阿特拉津污染农田土壤的强化修复提供参考。【方法】以牛粪、甘蔗渣和污泥为原材料制备生物炭,分别于0、10、20、30和40 d测定阿特拉津降解率及土壤pH、有机质含量、腐殖质含量、酶活性和细菌群落结构,并采用冗余分析探明阿特拉津降解率与环境因子及土壤细菌群落结构的相关性。【结果】添加生物炭可明显促进土壤中的阿特拉津降解,3种生物炭的降解率排序为甘蔗渣生物炭(67.94%)>牛粪生物炭(58.39%)>污泥生物炭(48.63%)。同时,添加生物炭显著提高土壤p H、有机质和腐殖质含量(P<0.05,下同),提升微生物活性和群落结构多样性,加速阿特拉津的生物降解,以甘蔗渣生物炭效果最显著,相较于不添加生物炭(CK),pH提升23.76%,有机质含量升高4.39 g/kg,腐殖质含量升高2.24 g/kg。此外,施入生物炭显著提高土壤脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性,并促进阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)和小单孢菌科(Micromonosporaceae)的相对丰度提升。冗余分析表明,环境因子及降解功能微生物均对阿特拉津的降解做出贡献,甘蔗渣生物炭处理与pH、有机质、阿特拉津降解率及腐殖质呈正相关。【结论】施入生物炭可改善土壤理化性质(pH、有机质和腐殖质),明显提升阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科、伯克氏菌科、链霉菌科、微球菌科和小单孢菌科相对丰度,进而加速土壤中阿特拉津的去除,以甘蔗渣生物炭的效果最佳。收集废弃甘蔗渣制成生物炭,既可实现农业废弃物的回收利用,又能助力农田土壤中阿特拉津污染修复和地力提升。     

生物炭对北京郊区砂土持水力和氮淋溶特性影响的土柱模拟研究

为探讨生物炭对北京郊区砂土持水力和氮素淋溶特性的影响,通过分层采集不同深度(0~90 cm)北京郊区沙化地土壤(砂土),模拟田间容重和含水量填装土柱,将生物炭分别按照炭土质量比0%、0.5%、1%、2%和4%施入0~20 cm土层,依据常规施氮肥量(0.56 t N·hm-2)和年平均降雨量(616.6 mm)施肥和滴灌,开展土柱淋溶试验。结果表明:在9次淋溶后,水和总氮的累积淋失量均随着生物炭添加量的增加而减小,与不加炭处理相比最高分别减小41.3%和22.7%。添加生物炭增加了0~20 cm土层总氮含量,最高显著增加158%(P0.05)。淋溶结束后加炭处理土柱土壤中的无机氮总量比不加炭处理高19.5%~91.9%。添加生物炭有利于减小可溶性有机碳的淋失,比不加炭处理最高减小22.8%。淋溶液pH值和电导率随生物炭添加量增加而增大。在9次淋溶过程中,生物炭添加量越大,0~20 cm土层土壤持水量越高。相关性分析表明,总氮淋失量与淋溶液淋失体积显著正相关(r=0.978,P0.01),而与淋溶液中的总氮浓度无正相关关系。生物炭主要通过提高京郊砂土的持水能力,减缓水和氮素向下淋溶的速度,从而减小水和氮素的淋溶损失,提高水肥利用率,降低污染地下水的风险。     

水稻秸秆和蚕沙生物炭对玉米植株镉累积的影响

【目的】研究生物炭对土壤镉生物有效性和玉米植株镉累积的影响,为生物炭在重金属污染土壤修复及农业废弃物的资源化利用提供参考。【方法】选用水稻秸秆和蚕沙在500℃限氧条件下制备生物炭,通过室内培养实验(45 d)研究添加1%生物炭对镉污染土壤(5 mg/kg)中镉化学形态(BCR法)的影响,并从土壤p H值和阳离子交换量的变换初步探讨生物炭对土壤镉的钝化机理;通过玉米盆栽实验(45 d)研究添加0.5%和1%生物炭对玉米植株镉含量变化的影响。【结果】在培养结束时,添加水稻秸秆生物炭和蚕沙生物炭的土壤镉弱酸可提取态含量分别降低了27.76%和38.40%,残渣态含量分别增加了150.00%和188.10%;添加1%的水稻秸秆生物炭和蚕沙生物炭,玉米植株地下部分镉含量分别下降了33.33%和50.00%,地上部分下降了42.85%和62.86%。【结论】2种生物炭能有效降低土壤镉的弱酸可提取态和可还原态含量,增加可氧化态和残渣态含量,使土壤镉的生物活性显著降低,有效地减少了其向玉米植株的迁移和富集,蚕沙生物炭对土壤镉的钝化效果较好。     

腐植酸作用下生物炭对Cd污染土壤的修复效果

为了探讨腐植酸对生物炭修复重金属污染土壤的影响，通过土培试验，分析两种不同添加量（0.1%和1%，m/m）的腐植酸[胡敏酸（HA）、富里酸（FA）]与两种生物炭[玉米秸秆生物炭（CBC）、稻壳生物炭（RBC）]复配处理下污染土壤中Cd形态的变化，并探究不同腐植酸作用下生物炭稳定Cd的差异和机制。结果表明：腐植酸增强了生物炭对土壤中Cd的稳定化程度。与未处理组相比，1% HA和 1% FA作用下的 CBC使土壤中残渣态 Cd占比升高了 145.89%和 117.96%，RBC使残渣态 Cd占比升高了 124.04%和159.58%。1%腐植酸添加量处理显著降低了土壤pH，提高了土壤阳离子交换量（CEC）、土壤有机质（SOM）和有效磷含量。生物炭表面具有丰富的含氧官能团、芳香碳，其可通过静电吸引、络合、表面沉淀和阳离子-π键相互作用等结合重金属离子。综合来看，1% FA和RBC复配添加对Cd污染土壤的修复效果最佳，其使污染土壤的CEC、SOM和有效磷含量上升了24.56%、27.14%和34.81%，并且使重金属Cd迁移指数下降了65.85%。     

外加阿特拉津土壤的微生物生物量对氮磷肥料的动态响应

通过室内恒温暗培养研究了在阿特拉津污染的3种不同水稻土(淡涂泥水稻土、青紫泥水稻土和黄筋泥水稻土)施用无机肥料对土壤微生物生物量碳的影响。结果表明,浓度为10mg·kg-1的阿特拉津明显降低了3种水稻土微生物生物量碳的含量。在整个培养过程中,淡涂泥水稻土、青紫泥水稻土和黄筋泥水稻土分别平均降低了19.5%,8.6%,7.3%。施用无机肥料则显著提高了土壤微生物生物量碳的含量。在3种土壤中,不同处理对土壤微生物生物量碳影响程度均为:阿特拉津处理土壤 氮肥 磷肥>阿特拉津处理土壤 氮肥>阿特拉津处理土壤 磷肥>对照>阿特拉津处理土壤。施用不同无机肥料后不同土壤微生物生物量碳增加程度不同,与对照相比,氮磷配施、单施氮肥、单施磷肥处理的土壤微生物量碳的增加程度均为青紫泥水稻土>黄筋泥水稻土>淡涂泥水稻土。     

600℃秸秆生物炭对典型黑土阳离子交换性能和盐基离子组成的影响

为促进生物炭在黑土区农业生产上的合理应用,采用盆栽试验的方式,供试植物为油菜,共设4个处理,土壤中生物炭添加量分别为0,100,200,300g·kg~(-1),研究了高温秸秆生物炭对典型黑土阳离子交换量和盐基离子组成的影响。结果表明:添加高温秸秆生物炭导致黑土阳离子交换量降低,当生物炭用量为300g·kg~(-1)时显著低于不添加生物炭的土壤;黑土添加高温秸秆生物炭后,交换性Ca~(2+)含量下降,交换性Na~+含量变化不显著,而交换性K~+和Mg~(2+)含量上升。通过本研究,建议土壤中高温裂解生物炭用量不超过300g·kg~(-1),对土壤阳离子交换量不会有显著影响。     

生物炭对茶园酸性红壤氮素养分淋溶的影响

福建省山地茶园水土流失严重,高坡度开垦茶园会造成土壤养分淋失,引起土壤酸化。为研究生物炭对茶园酸性土壤氮素养分淋溶的影响,采用室内土柱模拟试验,设置对照CK（C0N0）、单施常规量氮肥（C0N1）、单施两倍量氮肥（C0N2）、常规施氮肥增施2%生物炭（C1N1）、常规施氮肥增施5%生物炭（C2N1）5个处理,研究不同生物炭和氮肥添加处理下茶园酸性土壤氮素养分淋溶变化和规律。结果表明,常规施肥条件下,随着生物炭添加量增大,淋滤液体积显著降低,全氮、硝态氮、铵态氮的淋失量显著降低。添加生物炭处理土柱中NO-3-N和NH+4-N的淋溶开始时间均晚于未添加生物炭处理土柱,且NO-3-N的浓度峰值较NH+4-N的出现早。与C0N1相比,生物炭施用处理（C1N1和C2N1）显著提高了土壤pH,NO-3-N的淋溶量分别降低了60%和77%,NH+4-N的淋溶量分别降低了40%和39%。就不同氮素形态而言,C1N1和C2N1处理中均先检测到NO-3-N,说明生物炭对NH+4-N的固持能力大于NO-3-N。研究表明在茶园酸性红壤中添加生物炭可减缓氮素损失,提高土壤养分含量,结果为茶园酸性红壤的土壤改良提供理论依据和参考意义。     

不同种类生物炭对土壤重金属镉铅形态分布的影响

为探讨不同生物炭对土壤镉(Cd)、铅(Pb)复合污染的钝化修复效果,在Cd、Pb复合污染的土壤中施加不同种类、添加量的常见农业废弃物与城市污泥制备的生物炭,分析了土壤中Cd、Pb形态分配的变化,结果表明,添加生物炭可以改变土壤的理化性质,4种生物炭均显著提高了土壤的pH值、阳离子交换量和有机质的含量,与1%添加量相比,4%添加量增加幅度更大,pH、阳离子交换量和有机质含量分别比对照增加了2.7%~11.6%、12.7%~54.3%和252.0%~594.8%。4种生物炭不同程度地降低了重金属的弱酸提取态和可还原物质结合态含量,增加了可氧化物质结合态和残渣态的含量。不同种类生物炭相比,棉花秸秆炭对Cd的钝化效果最佳,其次为玉米秸秆、小麦秸秆和污泥生物炭,其中4%棉花秸秆炭处理下弱酸提取态、可还原物质结合态含量分别下降5.2%、25.5%,可氧化物质结合态、残渣态含量分别增加177.8%、166.7%。生物炭添加同样对土壤中Pb表现出了不同程度的钝化效果,不同生物炭对土壤中Pb的钝化能力表现为玉米秸秆炭小麦秸秆炭棉花秸秆炭污泥生物炭。相关分析表明,添加生物炭导致的土壤理化性质的变化可能是导致土壤重金属形态变化的重要原因。本研究结果表明,施用生物炭可有效改变土壤Cd、Pb赋存形态,促进Cd、Pb由生物有效性高的弱酸提取态、可还原物质结合态,向生物有效性低的可氧化物质结合态、残渣态转化,降低其生物可利用性,从而减轻土壤重金属污染危害。     

有机肥与生物炭对沙化土壤理化性质的影响

为了探讨有机肥、生物炭配施对吉林省西部沙化土壤理化性质的影响,设置不施改良剂、单施有机肥、单施生物炭、低量生物炭+有机肥、高量生物炭+有机肥这5种处理,进行为期3年的大田试验。结果表明,改良剂的施加能够降低土壤容重,改善土壤持水性及团聚体结构的稳定性,提高土壤电导率、阳离子交换量和速效养分元素含量。不同处理间的效果存在差异,其中生物炭、有机肥联合施加对土壤各项理化性质的影响均明显高于单施处理的效果,以高量生物炭+有机肥处理效果最佳。单施生物炭对土壤阳离子交换量、总有机碳及速效钾含量的影响优于有机肥,单施有机肥对速效磷含量作用效应优于单施生物炭处理。     

生物炭对土壤-植物体系中铅镉迁移累积的影响

为探讨不同特性生物炭对土壤-植物体系中典型重金属铅（Pb）和镉（Cd）迁移累积的影响,分别选择花生壳、水稻壳、小麦秸秆、椰壳及生物燃气副产物5种材料制备的生物炭及不同粒径椰壳生物炭作为土壤调理剂,进行多茬蔬菜盆栽试验,研究各茬蔬菜可食用部位生物量及Pb和Cd累积量,土壤理化性质及土壤有效态Pb和Cd含量变化规律。结果显示,生物炭的施加均可不同程度提升土壤pH、土壤有机碳含量及阳离子交换量（CEC）。除小麦秸秆生物炭外,其余4种生物炭均可显著降低土壤有效态Pb和Cd及蔬菜可食用部位Pb和Cd累积量,并对蔬菜有明显促生长效果。生物炭粒径越小对土壤有效态Pb和Cd含量的降低、蔬菜生长的促进及蔬菜Pb和Cd累积量的降低作用越显著。蔬菜生长与土壤pH、有机碳含量及CEC水平均呈显著正相关关系,而蔬菜Pb和Cd累积量及土壤有效态Pb和Cd含量则与土壤pH、有机碳及CEC含量呈显著负相关关系。连续3茬蔬菜轮作后,80~120目椰壳生物炭、花生壳生物炭、水稻壳生物炭及生物燃气副产物生物炭仍对Pb和Cd复合污染酸性土壤具有明显的修复效果。结果表明,生物炭可通过改变土壤pH、CEC、有机碳等基本理化性质,对土壤重金属产生钝化作用,显著促进蔬菜的生长并可消减蔬菜对土壤重金属元素的累积效应。     

两种生物质炭对红壤团聚体结构稳定性和微生物群落的影响

【目的】研究烟秆炭和桑条炭对红壤团聚体结构稳定性和微生物群落丰度的影响,为培育结构稳定的红壤团聚体提供优质改良材料。【方法】通过室内培养试验,添加1%、2%、4%、6%土壤质量的烟秆炭（Y₁、Y₂、Y₄、Y₆）和桑条炭（S₁、S₂、S₄、S₆）,对照（CK）无添加,4个月后采用筛分法对土壤团聚体结构（＜0.25、0.25-0.5、0.5-1、1-2、＞2 mm团聚体粒级分布,平均重量直径（MWD）,＞0.25 mm团聚体含量（R_0.25）、团聚体破坏率（PAD））进行分析,采用微生物稀释平板法测定土壤真菌、放线菌、细菌数量。【结果】施入生物质炭后,水稳性团聚体发生显著变化。Y₄和S₄处理下,0.5-1 mm团聚体较对照显著增加61.0%和43.6%;Y₁和S₂处理,0.25-0.5 mm团聚体较对照显著增加40.8%和27.1%,＜0.25 mm的团聚体含量较对照显著降低9.2%和8.4%;Y₂和S₂处理的MWD表现一致,均较对照显著提高10%以上,Y₁和S₂处理R0.25较对照显著提高31.4%和28.7%,Y₆和S₆处理PAD显著降低22.0%和18.2%;土壤真菌、放线菌、细菌数量均显著增加,Y₄和S₄处理微生物群落最丰富;烟秆炭处理下,土壤团聚体稳定性指标（MWD、R_0.25）和土壤微生物之间存在显著和极显著相关性,尤其与真菌(R²=0.89, P=0.030; R²=0.86, P=0.039)和放线菌(R²=0.87, P=0.035; R²=0.90, P=0.021)相关性更显著;PAD随真菌数量的增加而极显著降低(P＜0.01）,随放线菌和细菌数量的增加而显著降低（P＜0.05）。【结论】烟秆炭和桑条炭均能促进大团聚体（0.25-1 mm）的形成,提高红壤团聚体结构稳定性,增加土壤微生物群落丰度,烟秆炭改良效果优于桑条炭,以2%-4%添加量为宜。     

两种生物炭对污染土壤铜有效性的影响

采用盆栽试验,探究了添加不同比例（0, 1%, 2%, 4%）玉米秸秆炭和商陆根生物炭对铜污染红壤中小油菜生长与铜有效性的影响。结果表明,与对照相比,添加两种生物炭均能够增加铜污染红壤上小油菜的生物量。在低铜污染水平下,4%玉米炭和商陆炭处理小油菜生物量分别增加了21.2倍和67.9倍;高铜污染水平下,4%玉米炭和商陆炭处理小油菜生物量分别增加了8.6倍和109.6倍。商陆炭的添加能够显著提高土壤pH值,在低铜污染水平下,商陆炭处理土壤pH值升高了0.4～1.66个单位,较玉米炭处理土壤pH值多升高了0.25～1.35个单位;在高铜污染下,商陆炭处理土壤pH值升高了0.33～1.52个单位,较玉米炭土壤pH值多升高了0.3～1.25个单位。向污染土壤中添加两种生物炭均能够显著降低土壤有效态铜的含量。其中,在低铜污染土壤中,4%玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜含量分别降低了21.9%和45.2%;在高铜污染土壤中,4%玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜含量分别降低了41.9%和53.8%。两种生物炭均能够显著降低小油菜铜累积量,向低铜污染土壤中添加4%的玉米炭和商陆炭,小油菜地上部铜含量下降了21.2%、67.8%。高污染土壤中添加4%的玉米炭和商陆炭小油菜地上部铜含量下降了19.9%、66.8%。两种生物炭均可以改良红壤的酸度,降低土壤铜有效性,并提高小油菜的生物量,降低小油菜铜累积量,但是商陆炭的效果更为明显。     

施用城市生活污泥对土壤肥力长期效应的影响

利用盆栽试验,研究了一次施用不同数量城市生活污泥连续5茬种植油菜对褐土性土和石灰性褐土中有机质和速效氮、磷、钾含量的影响。结果表明,施用城市生活垃圾能够明显提高2种土壤中有机质和速效氮、磷、钾养分的含量,且随施用量增加效应的提高,其效果可持续相当长的时间。施用等量污泥对于养分相对贫瘠的褐土性土的养分提高量要大于石灰性褐土。     

两种外源性有机物料对设施土壤磷变化的影响

采用室内强化模拟试验研究了90 d培养期内稻草和草炭2种外源性有机物料对设施菜地土壤磷素转化的影响。结果显示,与对照相比,添加量为2 g C·kg-1和4 g C·kg-1的稻草处理土壤微生物生物量磷分别增加111.1%~310.0%和197.7%~356.3%,草炭处理分别增加23.7%~54.6%和63.2%~157.1%;添加量为2 g C·kg-1和4 g C·kg-1的稻草处理土壤有效磷平均降低了15.0%和20.2%,草炭处理土壤有效磷与对照差异在前期(45 d)并不显著;土壤易解吸磷30 d后持续降低,培养结束时稻草和草炭处理土壤易解吸磷均值分别降低了21.3%和10.9%。以培养结束时各组分磷占全磷的比例来看,稻草和草炭均可促进土壤无机态的Al-P、Fe-P、O-P及有机态的MLOP、HROP等组分向有机态的LOP和MROP转化,土壤微生物生物量磷、有效磷和易解吸磷均与Fe-P呈显著线性相关。研究表明,添加稻草和草炭有利于设施土壤磷素的管理,且稻草的效果总体上比草炭的要好;Fe-P是调控设施土壤磷素周转与流失的重要形态。     

两种土壤微生物生物量对外源镧的反应

在实验室条件下研究了黄潮土、水稻土微生物生物量对外源镧的反应。外源镧对两种土壤微生物生物量均表现为抑制的影响并随着浓度增加抑制作用增强。镧对黄潮土微生物生物量的抑制作用要高于水稻土，这可能与黄潮土有机质含量和阳离子交换量较低有关。土壤微生物生物量氮对外源镧的反应较生物量碳更为敏感。外源镧使土壤微生物群落向C／N比高的微生物方向发展。     

黄棕壤和黄褐土粘粒胶膜的元素组成特征与粘粒矿物

通过对黄棕壤和黄褐土粘粒胶膜中元素和粘粒矿物的分析。比较了粘粒胶膜和基质土壤的性质，元素和矿物组成之间的关系。结果表明：粘粒胶膜的pH值，粘粒含量，有机质，P2O5，MnO2,Fe2O3，盐基等的含量和铁的活化度均比基质土壤的高；粘粒胶膜能富集Co,Pb,Zn,Cd等重金属元素。2种土壤的粘粒胶膜和基质的粘粒矿物均由1.4nm矿物，水云母，高岭石组成；黄棕壤基质和胶膜中的1.4nm矿物为1.4nm过渡矿物和蛭石的混合相，而黄褐土基质和胶膜中的1.4nm矿物全部由蛭石组成。     

两种典型湖南森林土壤SO_4~(2-)NO_3~-吸附及解吸的研究

采用现场采集土样及室内处理和分析方法,研究了2种典型湖南森林土壤对SO42-、NO3-的吸附及解吸规律。结果表明,红壤和黄红壤都具有相当强的SO42-和NO3-吸附能力,但其NO3-最大吸附量约为SO42-吸附量的39%～62%;表土SO42-解吸率远高于底土SO42-解吸率,且NO3-解吸率明显低于SO42-解吸率;土壤SO42-和NO3-的解吸率随着解吸液pH值的下降而下降;由于SO42-与NO3-的竞争,共同吸附试验中土壤对SO42-或NO3-的吸附量都小于单独吸附试验中的吸附量,共同解吸试验中解吸液明显增加了对SO42-的解吸率而降低了对NO3-的解吸率。     

两种表面活性剂对污染土壤中重金属的萃取研究

选取2种非离子型表面活性剂Tween80和TritonX-100,设定0.5%、1.0%、3.0%、5.0%不同浓度和4.0、6.8、8.0、10.0不同pH值,对受重金属污染的土壤进行萃取试验。结果表明:Tween80溶液的浓度越高,pH值越低,对重金属的萃取效果越好,对重金属的萃取能力大小顺序为Cu>Cd>Zn>Pb;TritonX-100溶液的浓度越低,pH值越低,对重金属去除效果越好,对重金属的萃取能力大小顺序为Cu>Pb>Zn>Cd。2种表面活性剂相比较,Tween80对Cu和Cd的萃取效果比TritonX-100的萃取效果好;TritonX-100对Pb的萃取效果比Tween80的萃取效果好。Tween80和TritonX-1002种表面活性剂对重金属的萃取效率都偏低,用于重金属污染土壤修复不大可行。     

两个丘陵山地粘棕壤土壤剖面不同土层有机碳与比重的关系

采样分析位于黄渤海分界线的旅顺南端丘陵山地松树林、玉米田两种土地利用方式下0～50cm土壤有机碳含量与土壤比重。结果表明：2种土地利用方式下土壤有机碳含量分布存在极显著差异（P〈0．01）,松树林0～50cm土壤有机碳总含量（3．57％）高于玉米田（2．41％）,松树林平均土壤比重（2．55g·cm^-3）低于玉米田（2．67g·cm^-3）。不同层次土壤有机碳富集系数显示,土壤有机碳主要富集在表层（0～20cm）土壤,土壤有机碳含量随着土壤深度增加而递减,土壤比重则有相反规律。同时看出土壤比重越大,相应层次的土壤有机碳含量就越低。相关分析表明,土壤有机碳与土壤比重之间相关性达到极显著水平（R松树林^2=0．9297,R玉米田^2=0．9214）,认为林地在增加碳储量和改善环境方面具有很大的潜力。     

两种土壤中邻苯二胺对铜离子吸附-解吸平衡影响的研究

采用室内测试方法,研究了低浓度的外源铜离子在两种不同性质土壤中的吸附、解吸过程及其受邻苯二胺的影响。结果发现,外源铜离子在红壤中的吸附随pH的变化明显变化,而在黑土中的吸附则随pH变化改变较小,吸附在红壤中的铜较吸附在黑土中的铜更易于解吸。有机物邻苯二胺对铜在两种土壤中的吸附和解吸过程产生了明显影响,酸性条件下邻苯二胺的存在增加了红壤对铜的吸附量,但同时也增加了铜的解吸百分数。而邻苯二胺基本不改变铜在黑土中的表观吸附量,但显著影响铜的解吸百分数。