NaHCO3前处理对生物炭性质及其磷吸附能力的影响

为探究NaHCO₃前处理对不同种类生物炭性质及其磷吸附能力的影响,借助元素分析、光电子能谱、孔径分析、扫描电镜等手段对比处理前后秸秆、壳核及其他3类生物炭表面特性和孔结构的差异,基于吸附等温线和Freundlich与DubininRadushkevich模型拟合,探讨生物炭性质控制磷吸附的机理。结果表明：NaHCO₃前处理总体提高了各类生物炭的比表面积和孔体积,增幅分别为2.70%~110.84%和1.42%~123.80%,提高其芳香性（C=C）,H/C增幅为5.56%~29.41%,同时降低了极性官能团（C—O和C=O）含量,极性指数〔（O+N）/C〕降幅为13.18%~46.34%。原始生物炭的磷释放量范围为78.33~568.33 mg·kg^-1,NaHCO₃前处理显著增加各类生物炭对磷的吸附,使其表现出近似的磷吸附能力（Freundlich吸附系数K_F范围为119~254 mg^1-n·Lⁿ·kg^-1）,且以物理吸附为主（吸附自由能范围为5.85~7.29 kJ·mol^-1）。生物炭表面特性对其磷吸附能力的影响大于孔结构,其中C O官能团含量是关键因素。研究表明,NaHCO₃前处理通过温和地改变生物炭性质,显著提高其磷吸附能力,是生物炭环境应用的另一种预处理方法。     

玉米秸秆生物炭对磷酸三（2-氯异丙基）酯的吸附特性及机理

为探究生物炭对磷酸三（2-氯异丙基）酯（TCIPP）的吸附机理及pH、温度和吸附剂添加量对吸附效果的影响，以玉米秸秆为原料，经500 ℃限氧热解制备生物炭，通过元素分析、FTIR及XPS等方法分析了生物炭吸附前后表面官能团及元素的变化。结果表明，生物炭对TCIPP的吸附过程更符合准二级动力学（R²=0.964 1）和Temkin（R²=0.994 8）方程，吸附过程以化学吸附为主且存在分子间作用力；生物炭对TCIPP的吸附过程包括液膜扩散、表面吸附及颗粒内部扩散三个过程。pH值和吸附剂添加量对吸附效果的影响较大，而温度对吸附过程的影响较小。生物炭吸附前后的FTIR和XPS表明，生物炭表面的 OH、C O及芳环上的C H等官能团以π-π、配位作用参与了吸附过程。研究表明，生物炭对TCIPP的吸附受多个因素的影响，因此在使用生物炭去除污染物时要综合考虑其本身理化性质及外界环境因素的影响。     

不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响

为研究环境中生物炭和微塑料之间的相互作用对有机污染物吸附产生的影响,选取两种粒径范围[0.85~2.00 mm（L）和0.11~0.18 mm（S）]的小麦秸秆生物炭（BC）和聚乙烯微塑料（PE）,对其性质进行表征,并测定了吸附平衡溶液中溶解性有机碳的浓度和组成,研究了其单独和共存时吸附菲的行为。结果表明：同种颗粒物不同粒径间的差异主要体现在总比表面积、孔结构和表面官能团数量;SBC的总比表面积（216.32 m²·g^-1）约是LBC（2.31 m²·g^-1）的100倍,而LBC的平均孔径（8.92 nm）约是SBC（2.28 nm）的4倍;SPE的总比表面积（0.17 m²·g^-1）是LPE（0.07 m²·g^-1）的2倍多。SBC羟基振动峰（3 400 cm^-1）的强度显著高于LBC;SPE亚甲基振动峰的强度高于LPE。吸附等温线结果显示,颗粒物对菲的吸附均符合Freundlich模型（R²>0.94）;单一颗粒物吸附菲能力（lg K_f）的顺序为SBC>SPE>LPE>LBC;当生物炭与聚乙烯微塑料共存时吸附能力强于单一颗粒物,并且高于两相Freundlich模型预测值,说明菲在生物炭与聚乙烯微塑料混合颗粒物上的吸附不是独立的;同时,混合颗粒物吸附平衡溶液中溶解性有机碳的浓度和芳香度明显下降,并且溶解性有机碳浓度与颗粒物的lg K_f显著负相关,说明不同颗粒物对菲的吸附不仅受颗粒物表面性质的影响,还受溶解性有机碳的控制。     

腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd2+的吸附性能和机制研究

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭（BC300），通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷（3-MPTS）丰富其表面官能团，得到腐植酸改性生物炭（HBC300）和巯基改性生物炭（SBC300）两种改性生物炭，分析改性生物炭对Cd²⁺的吸附能力，借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论（DFT）计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd²⁺的作用。结果表明：改性过程改变了生物炭的理化性质，HBC300表面增加了COOH和OH官能团，而SBC300表面COC、CO和SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd²⁺吸附反应速率和吸附性能，表现出改性生物炭在水中去除Cd²⁺的潜力。其中，SBC300对Cd²⁺吸附效果最佳，其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g^-1，但吸附反应速率小于HBC300，符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明，生物炭表面修饰官能团加快了对Cd²⁺吸附反应速率，但COC和CO官能团限制了SBC300对Cd²⁺的吸附反应速率。     

高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻（WT,高硅）和硅缺失突变体水稻（lsi1,低硅）秸秆为原材料制备成300、500、700℃ 3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附特性及作用机制。野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88%和7.42%,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径。通过元素分析、电镜能谱扫描分析（SEM-EDS）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）以及比表面积分析（BET-N₂）等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1 090 cm^-1波峰处观察到Si-O-Si键。吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L^-1时对水溶液中Cd²⁺吸附效果最佳。吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型（R² >0.9）,说明该过程以化学吸附为主。通过Langmuir和Freundlich模型进行等温吸附拟合,均能较好反映出高低硅生物炭的吸附行为与特性。结合高低硅生物炭的基本理化性质、FTIR分析和SEM-EDS观察的结果表明生物炭吸附机制主要为离子交换、沉淀和官能团络合作用。研究表明,热解温度较高的高硅生物炭吸附效果更好,这可能与其具有较高的硅含量、较大的比表面积与孔体积、较多的阳离子及较为丰富的官能团有关。     

KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理

以花生壳为原料、KOH为改性剂，考察碱改性工艺流程中的参数（热解温度、碱炭比和碱处理方式）对改性生物炭吸附盐酸四环素（TCH）的影响。通过吸附实验，以原状生物炭（BC600）为对照，探讨改性工艺参数的变化对吸附性能的影响。对生物炭进行扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、比表面积与孔径分析、傅里叶红外光谱（FTIR）、pH_PZC等表征，探究生物炭对TCH的吸附机理。结果表明：碳化温度600℃、碱炭比2∶ 1、使用碱后处理-熔融法制备的改性生物炭（Post-MBC）对TCH去除能力最强。在25℃、pH=4的环境下，0.1 g的Post-MBC对40 mL 0.06 mg·mL^-1的TCH去除率可达99.07%，Post-MBC对TCH的理论最大吸附量可达240.94mg·g^-1（45℃）。Post-MBC的比表面积和微孔体积可达863.56 m²·g^-1和0.26 cm³·g^-1，KOH改性使生物炭的亲水性降低、表面带有负电荷，提高了对疏水性污染物和带正电荷污染物的吸附能力。生物炭的动力学模型更符合McKay方程，三种等温吸附模型的相关系数均较高。改性后的生物炭对TCH的吸附以化学吸附为主导，吸附过程吸热且自发进行。吸附机理包括孔隙填充作用、π-π相互作用、氢键作用、静电相互作用和疏水相互作用。     

施用玉米秸秆生物炭对镉生物有效性及其胁迫下生菜生长的影响

为明确施用玉米秸秆生物炭对重金属镉（Cd）生物有效性及其产生的植株生长胁迫效应的影响,本研究向模拟土壤溶液中加入0%和2%（m/V）的玉米秸秆生物炭,在不同pH值（4.3和7.0）条件下,通过等温吸附实验分析了Cd²⁺在生物炭上的吸附行为,并结合生菜（Lactuca sativa var.longifolia）幼苗植株的生长、根毒性及其Cd积累量的研究,探讨了生物质炭影响下Cd生物有效性与其环境行为之间的关系。结果表明,生物炭表面负电荷量随溶液pH值的增大而增加,玉米秸秆生物炭能够通过静电效应吸附Cd²⁺;Langmuir方程能够较好地拟合Cd²⁺在玉米秸秆生物炭上的吸附行为,且方程表征的Cd²⁺最大吸附量参数Q_m随pH值的增大而增加。生菜幼苗的根长和干质量均随生物炭的施加而增大,而根中Cd积累量则随生物炭的施加而降低;与模拟土壤溶液中Cd总量（Cd_total）和根中Cd积累量相比,溶液中Cd²⁺浓度指标能够更好地预测幼苗根伸长抑制率RRE（r²=0.80,P<0.001）和根中Cd积累量（r²=0.88,P<0.001）。上述研究结果表明,施加玉米秸秆生物炭能够有效降低重金属污染物的生物有效性及其生态环境风险。     

茶园多植物覆盖种植对土壤酶活性和有机碳矿化特征的影响

为量化不同覆盖作物种植模式对茶园土壤酶活性及有机碳矿化特征的影响，以湖北省十堰市郧阳区谭家湾茶园为研究对象开展覆盖作物多样性试验，设置四种覆盖作物种植模式：无覆盖作物（A0）、2种覆盖作物（A1）、4种覆盖作物（A2）、8种覆盖作物（A3），测定茶园0~20 cm和20~40 cm土层的土壤酶活性、有机碳矿化速率以及累积矿化量，并对其进行一级动力学方程拟合，得出有机碳潜在矿化势（C_p）和矿化常数（k）。结果发现，覆盖作物种植小区的土壤酶活性均高于对照小区，0~20 cm土层的酶活性均高于20~40 cm，不同覆盖作物类型对土壤过氧化氢酶和脲酶活性的影响具有显著差异（P<0.05），但对土壤磷酸酶没有显著影响。与过氧化氢酶相比，土壤脲酶、磷酸酶是更重要的土壤碳循环参与者，其活性与有机碳矿化作用之间呈极显著正相关关系（P<0.01），在土壤有机碳分解转化过程中具有重要作用。各处理的土壤有机碳矿化速率均呈现先升高后降低最后趋于平稳的趋势，0~20 cm土层的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量均高于20~40 cm土层。0~20 cm土层C_p/k表现为A1 > A2 > A3 > A0，20~40 cm土层C_p/k表现为A1 > A2 > A0 > A3，两土层均以A1的土壤有机碳矿化作用最强。A1的微生物量碳和可溶性有机碳均高于其他处理，为作物生长发育提供了充足的养分，pH值也最高，有利于阻抗土壤酸化。     

不同热解温度牛骨生物炭特征及对Cd2+的吸附

本文研究了不同热解温度条件下牛骨生物炭理化性质及对 Cd²⁺的吸附特性,采用限氧控温慢速热裂解的方式,在 300、350、400、500、700 ℃和900 ℃条件下制备牛骨生物炭。分别采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱以及扫描电镜能谱仪等设备对牛骨生物炭进行表征,并通过批量吸附实验分析其对Cd²⁺的吸附特性。结果表明：牛骨生物炭pH值、灰分含量随热解温度提高而增加,芳构度逐渐增强,孔径与比表面积增大,而挥发分、有机碳含量与全氮含量减少;准二级动力学模型可以准确拟合5种牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附动力学过程（R²>0.999）,在接近吸附平衡时,吸附速率由颗粒内扩散主导;牛骨生物炭对Cd²⁺等温吸附过程更符合Langmuir模型,700 ℃条件下制备的牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附效果最好,最大平衡吸附量为44.32 mg·g^-1;随着热解温度增加,牛骨生物炭对Cd²⁺吸附机制中官能团络合作用减弱,表面吸附、阳离子交换以及π电子配位作用增大。在实际规模化制备牛骨生物炭过程中应充分考虑能耗成本以及尾气收集问题。     

香蕉秆及其生物炭对双季水稻土团聚体及碳库管理的影响

为探明香蕉秆废弃物资源化利用及其在改善土壤质量方面的可行性，以珠江三角洲区域种植面积广泛的双季水稻土为研究对象，采用室内培养试验，通过测定添加0.5%、1.0%和2.0%香蕉秆及其生物炭后土壤团聚体稳定性和有机碳的变化特征，阐明添加不同比例的香蕉秆及其生物炭对土壤团聚体稳定性、碳库组成和碳库管理的综合影响。结果表明：添加香蕉秆能提高土壤>0.25mm水稳性团聚体含量和团聚体稳定性系数（ASI），降低土壤团聚体破坏率（PAD）和不稳定团粒指数（E_LT）；而香蕉秆生物炭处理降低了土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量和ASI，增加了PAD和E_LT。添加香蕉秆及其生物炭均能不同程度提高土壤总有机碳（TOC）和活性有机碳（EOC）含量，降低土壤氧化稳定系数（Kos），其中香蕉秆处理对EOC的提高更显著，而香蕉秆生物炭处理对TOC的提高更显著。香蕉秆及其生物炭处理分别通过提高碳库活度指数（CPAI）和碳库指数（CPI）来提高土壤碳库管理指数（CPMI）。相关性分析表明，土壤团聚体稳定性主要取决于土壤EOC占比，而非TOC含量。研究表明，添加香蕉秆更有利于土壤结构改善和土壤EOC的积累，2.0%香蕉秆添加比例具有最佳的土壤培肥效果。     

猪粪制备的生物炭对西维因的吸附与催化水解作用

以猪粪为原料,在不同温度下制备生物炭,并对其进行除灰处理,研究了不同处理温度和灰分含量的生物炭与西维因的相互作用。猪粪制备的生物炭含有无机矿物、不定型有机质和结晶态芳香碳,且随处理温度升高,灰分含量增加,BET比表面积增加。生物炭对西维因的吸附表现为非线性,等温线符合Freundlich方程,且随生物炭制备温度的升高,非线性增强。生物炭除灰后,吸附作用大大增强,表明有机碳与无机成分复合造成其一部分吸附点位的损失。生物炭对西维因的吸附由亲脂性分配与特殊作用力构成,随着生物炭不同以及西维因浓度的变化,吸附机制发生变化。生物炭可提高溶液pH,pH随生物炭添加量和处理温度而升高,生物炭含有的矿物对西维因水解具有催化作用,其水解速率及程度与生物炭灰分含量呈正相关。     

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。     

不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同秸秆转化生物炭对红壤性水稻土养分含量及微生物群落结构的影响差异,为土壤改良和秸秆资源的合理利用提供理论参考。【方法】以水稻和玉米秸秆300℃、400℃和500℃裂解得到的生物炭为添加材料,以发育于第四纪的红壤性水稻土为供试土壤,通过135 d室内培育试验,研究秸秆生物炭添加对红壤性水稻土pH、有机碳和养分含量、土壤微生物生物量碳（MBC）的影响,及其对磷脂脂肪酸（PLFA）表征的微生物群落结构的影响。试验共设7个处理：对照（CK）、添加水稻秸秆炭300℃（RB300）、400℃（RB400）、500℃（RB500）和添加玉米秸秆炭300℃（CB300）、400℃（CB400）、500℃（CB500）。【结果】物料类型和制备温度因素显著影响裂解得到生物炭材料的养分含量和化学性质。培育试验表明,两种秸秆生物炭的添加,平均提高土壤pH值0.16个单位;土壤有机碳、速效磷和速效钾水平,分别比对照增加26.1%、20.6%和281.8%。水稻秸秆炭对土壤速效钾水平促进作用较大,而玉米秸秆炭则主要增加速效磷含量。低温裂解秸秆炭（300℃）的添加,并没有显著影响土壤碱解氮和无机氮含量;而添加RB500和CB500处理的碱解氮分别比对照低10.4%和8.1%,硝态氮含量分别比对照高63.6%和100.7%（P＜0.05）。添加生物炭处理,微生物生物量碳和磷脂脂肪酸总量平均比对照增加63.4%和47.5%,但添加300℃秸秆炭处理与对照差异不显著;两种秸秆炭的输入均可以增加革兰氏阴性细菌（G-）、革兰氏阳性细菌（G+）、放线菌和真菌的含量,且不同制备温度处理间的差异表现为300℃＜400℃＜500℃。主成分分析表明,水稻秸秆炭对土壤微生物群落结构的影响较玉米秸秆炭更为显著;不同温度水稻秸秆炭间,群落结构差异明显,而不同温度玉米秸秆炭间没有区分开来。典范对应分析结果表明,生物炭添加可以通过改变土壤性质,间接影响微生物群落结构;其中,土壤速效磷、有机碳和速效钾含量与土壤微生物群落分布显著相关。【结论】水稻和玉米秸秆炭均可以改良红壤性水稻土的酸度,提高土壤养分含量和微生物量水平;两种秸秆炭的添加均改变了土壤微生物群落结构,其中以水稻秸秆炭的影响更为明显。     

秸秆、木质素及其生物炭对潮土CO2释放及有机碳含量的影响

研究添加秸秆、木质素及其生物炭后潮土CO2释放特征及土壤有机碳含量变化,为合理利用有机物料提供科学依据。采用室内模拟试验,等碳量(1%秸秆/土壤质量比)施入4种物料(秸秆、木质素及其裂解的两种生物炭),分析不同处理土壤CO2释放速率、累积释放量和有机碳、水溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)及微生物量碳(MBC)含量的变化与相关性。结果发现,土壤中添加不同物料对土壤CO2释放和有机碳含量有显著影响,秸秆和木质素能提高土壤CO2释放速率、累积释放量及有机碳矿化强度,均达到极显著差异,但两种生物炭处理与对照相比没有显著差异。在培养前期(30 d),不同物料均显著提高了土壤有机碳含量;但培养一年后,仅两种生物炭处理土壤有机碳含量较高,秸秆及木质素与对照相比没有显著差异。秸秆和木质素能显著增加DOC、ROC和MBC等土壤活性有机碳含量,而两种生物炭与对照相比没有明显差异;土壤DOC、ROC(167 mmol·L-1KMn O4)、ROC(33mmol·L-1KMn O4)和MBC直接影响CO2累积释放量,ROC(333 mmol·L-1KMn O4)对CO2累积释放量具有较强的间接作用。相对于秸秆和木质素而言,生物炭增加土壤有机碳含量,而没有增加CO2释放量,因此生物炭农用在固碳减排方面更具有积极意义。     

微生物固定化生物炭对水体铵态氮去除效果的研究

为探究微生物固定化生物炭对水体铵态氮(NH_4~+-N)去除效果的影响,以花生壳生物炭(BC)为载体,通过吸附和包埋两种方法将脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、假单胞菌(Pseudomonas)和拉乌尔菌(Raoultella)固定在生物炭上,然后将该微生物固定化生物炭投加到NH_4~+-N模拟废水中,结合表面微观结构表征,研究其对水体NH_4~+-N的去除性能。结果表明:吸附和包埋法均能将微生物固定到生物炭表面,并在生物炭表面呈饼状、杆状和粒状分布。吸附法固定脱氮副球菌和假单胞菌,分别缩小生物炭比表面积和孔容积5.5%～17.2%和5.4%～25.8%。吸附法固定拉乌尔菌,分别增大生物炭比表面积和微孔容积45%和43%,缩小介孔和大孔容积。包埋法引入—CH_2、C—H和C=O键等新的官能团,但由于带入包埋材料,使固定微生物生物炭比表面积减少87.3%～96.3%,孔容急剧缩小,其中介孔缩小84.1%～98.2%,微孔几乎全部被封堵。因此,吸附法制得的固定化微生物生物炭对水体NH_4~+-N去除速率较包埋法高1.16～3.44倍。研究表明,吸附法和包埋法均能将微生物固定在生物炭表面,包埋法对生物炭的孔隙结构和表面官能团影响更大,吸附法对水中NH_4~+-N的去除效率更高。     

不同原料生物炭理化性质的对比分析

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。     

不同生物质炭对酸化茶园土壤N2O和CO2排放的影响

为了研究不同生物质炭对酸化茶园土壤温室气体排放的影响,采用原料为小麦秸秆、柳树枝、椰壳3种生物质炭,通过室内培养试验来探究不同生物质炭对茶园土壤性质及N_2O、CO_2排放特征的影响。试验中生物质炭添加量为20 g·kg~(-1),同时设置了施氮肥处理,采用尿素作为外加氮源,施氮量为100 mg·kg~(-1)。结果表明,施加生物质炭提高了酸化茶园土壤pH值,柳树枝生物质炭处理土壤pH值最高为6.71,显著高于其他处理。不同生物质炭对土壤DOC含量的影响效果存在差异,柳树枝生物质炭使土壤DOC平均含量增加了95.6%,椰壳生物质炭使土壤DOC含量降低36.1%,小麦秸秆生物质炭则影响不显著。生物质炭通过抑制土壤硝化和反硝化作用降低土壤N_2O的排放,椰壳生物质炭降低N_2O排放比例达91.7%,减排效果最显著。在施氮条件下柳树枝生物质炭对土壤N_2O的减排效果显著低于小麦秸秆和椰壳生物质炭。土壤CO_2的排放通量与pH值、DOC含量均呈极显著正相关,生物质炭促进了土壤CO_2的排放,柳树枝生物质炭处理CO_2的排放显著高于其他处理。此外,外加氮源降低了土壤pH值,增加了土壤N_2O的排放,但是对土壤DOC含量变化无显著影响。     

固定化改性生物质炭模拟吸附水体硝态氮潜力研究

为了有效去除水体硝态氮污染,对两种生物质炭(花生壳炭、小麦秸秆炭)进行铁改性处理,研究其对硝态氮吸附特性,考察吸附时间、硝态氮初始浓度、p H、生物质炭添加量和共存离子对改性生物质炭吸附效果的影响。在此基础上,为解决粉末态生物质炭易随水流失的问题,对改性生物质炭进行固定化处理,探索固定化改性生物质炭对硝态氮吸附潜力。研究结果表明,改性生物质炭对硝态氮的吸附主要发生在前6 h,并在24 h左右达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中硝态氮浓度的上升而升高,改性花生壳炭和小麦秸秆炭对硝态氮最大吸附潜力分别为2674、1285 mg N·kg-1,且酸性至中性条件有利于改性生物质炭对硝态氮的吸附。在20 mg·L-1的硝态氮溶液中,改性花生壳炭和小麦秸秆炭的适宜固液比分别为10、28 g·L-1,其去除率达到80%。当包埋载体海藻酸钠浓度为2%、改性生物质炭含量为0.1 g·m L-1时,固定化改性生物质炭微球成形完整,对硝态氮具有较强的吸附能力,固定化并未显著降低改性生物质炭的吸附性能。因此,固定化改性生物质炭能有效吸附水体硝态氮,为污水处理厂尾水等低污染水硝态氮去除提供有效的技术方法。     

小麦秸秆生物质炭对碱性土壤中油菜生长和镉吸收的影响

为探讨小麦秸秆生物质炭对镉（Cd）污染碱性土壤的修复效果,采用序批式吸附试验和Cd污染土壤盆栽试验,研究了小麦秸秆生物质炭施用（1%,m/m）对碱性土壤吸附Cd的影响,以及对Cd污染土壤中油菜生长和Cd吸收的影响。结果表明：Cd在生物质炭上的吸附等温线非线性较强,生物质炭对Cd的表面吸附起主导作用,Cd在生物质炭上的分配系数（K_d）是在土壤上的1.5~3.0倍。生物质炭施用可促进土壤对低浓度Cd的吸附,0.1 mg·L^-1平衡浓度下K_d值提高了19.5%;生物质炭施用可抑制土壤对高浓度Cd的吸附,在10 mg·L^-1条件下K_d值降低了37.2%。生物质炭施用对土壤pH值影响不显著,但缓解了Cd污染对油菜生长的抑制作用,油菜生物量最高提高了45.0%,也抑制了油菜对Cd的富集,油菜富集Cd的量最高降低了40.6%;CaCl₂、Mg（NO₃）₂、NH₄OAC、HCl、DTPA和BCR1作为提取剂提取出土壤中Cd的量与油菜地上部分吸收Cd的量相关性较强（线性回归方程决定系数R²> 0.8）,而Mg（NO₃）₂萃取出土壤中Cd的量更能预测油菜地上部分吸收Cd的量。研究表明,小麦秸秆生物质炭有利于降低碱性土壤中Cd的生物有效性,但并非通过提高土壤pH值和吸附能力来实现。     

不同农林废弃物生物质炭对雷竹林酸化土壤的改良效果

以竹材边角料、玉米Zea mays秸秆和山核桃Carya cathayensis蒲壳制备的生物质炭为材料,采集浙江省杭州市临安区集约经营模式下雷竹Phyllostachys violascens林酸化土壤进行90 d的黑麦草Lolium perenne盆栽试验,探究不同原料生物质炭添加对黑麦草生长及土壤养分、酸度、微生物丰度和酶活性的影响。结果表明:玉米秸秆炭和山核桃蒲壳炭显著提高了黑麦草生物量、土壤有机碳质量分数、全氮质量分数和pH值,而显著降低了土壤交换性氢和交换性铝的质量摩尔浓度（P < 0.05）;竹炭处理仅显著提高了土壤有机碳质量分数,降低了交换性氢质量摩尔浓度（P < 0.05）。相比对照,玉米秸秆炭可以显著提高真菌丰度,提高幅度为53%;而山核桃蒲壳炭和竹炭可以提高细菌丰度,提高幅度分别为71%和66%。相比玉米秸秆炭和竹炭,山核桃蒲壳炭可以更大程度地促进土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖苷酶和酸性磷酸酶活性。山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭处理下黑麦草生物量的提高主要归因于这2种生物质炭对土壤酸度、养分、微生物丰度和相关酶活性的改善作用。综合而言,山核桃蒲壳炭和玉米秸秆炭对雷竹林酸化土壤的化学性质和生物学性质具有较好的改良能力,而竹炭效果较差。