生物炭对土壤环境质量的影响研究进展

连作障碍是导致土壤质量降低的重要原因之一。文章综述了生物炭对土壤肥力和环境质量的影响效应及其机制。生物炭凭借其特殊的结构和理化性质影响着土壤的理化性状,对减少土壤养分流失、提高肥料利用率、消减有机污染和农药残留、抑制污染物富集、降低污染物生物有效性等具有积极作用。生物炭在设施栽培和果园连作中能有效缓解连作障碍,在提高土壤微生物群落多样性和酶活性方面有巨大潜力,应加强其在土壤连作障碍治理及其可持续性利用方面的研究。     

生物炭对农药的吸附及土壤中环境行为的影响

生物炭因其在碳封存和改良土壤方面的应用前景而受到广泛关注,全面了解其对农药吸附和环境行为的影响有利于发挥其在控制农药污染中的作用。利用"分配作用/表面吸附"相结合的机理探讨了生物炭对农药的吸附作用,以及生物炭特性、农药结构性质和土壤环境因素对吸附作用的影响,阐述了生物炭对调节农药在土壤中迁移、消解的研究进展。     

生物炭及其对土壤环境的影响

综述了生物炭的基本特性、环境效应以及生物炭对土壤理化性质、微生物数量及种群结构多样性的影响。土壤中添加生物炭可以提高其对土壤水分和养分的吸附能力,并且增加土壤持水性和养分有效性,延缓肥料养分的释放,进而增加土壤保肥能力,提高养分利用率;生物炭的特性也为土壤微生物提供了栖息的场所和养分,从而提高土壤微生物的数量。不同生物炭类型所提供的碳源的差别,将会引起土壤微生物群落组成和多样性发生变化。最后,对生物炭研究过程中需要注意的问题进行了展望。     

生物炭对土壤磷素循环影响机制研究进展

土壤全磷含量较高而有效磷含量不足,是限制全球农业可持续发展的重要因素。生物炭作为一种新型的土壤改良剂,成为近年来研究的热点,是由于生物炭具备特殊的性质,施入土壤后会对土壤中磷的化学行为产生重要影响。鉴于此,结合国内外已有的研究成果和最新的进展,从不同条件下制备生物炭的磷素特征及其对土壤磷素吸附解吸、土壤酸碱度、磷素形态转化、土壤磷酸酶及微生物等的影响机制几个方面综述了国内外对生物炭影响土壤磷素有效性的研究现状,提出了目前在生物炭对土壤磷素影响的研究中存在的一些问题以及今后研究的热点,以期为增加土壤磷素的有效性、提高农作物的生产力、减少土壤中磷素流失对环境的污染,以及为生物炭在土壤环境中的管理应用提供理论资料,对解决世界农业生产中所引起的资源、环境和经济问题具有一定意义。     

添加生物炭对土壤磷素有效性影响研究进展

磷固定是土壤磷素生物有效性降低重要因素.生物炭因其独特理化性质,对提高土壤磷素可利用性、降低土壤磷素固定、减少磷肥施用、促进农业可持续发展以及生态环境保护具有重要作用.生物炭作为长效缓释磷资源,可降低土壤对磷吸附,增加微生物数量和酶活性,减少磷淋溶.文章综述在添加生物炭后土壤的pH、微生物、吸附和截留磷作用特征,讨论生物炭对土壤磷素的影响机理,对进一步认识生物炭影响土壤磷素有效途径具有重要意义.     

土壤结合态农药残留生物有效性研究进展

对国内外关于结合态农药残留的概念、与土壤的相互作用机理、在土壤中的残留量以及对土壤动物、微生物、植物的有效性研究作了较为全面的综述。综述指出，土壤中农药残留与有机质存在以下几种作用机理：共价键结合、离子键结合、电荷转移复合体、配位体交换、疏水性结合、整合作用以及氢键和范德华力；农药残留与粘土矿物也存在相互作用。与可萃取态残留相比，结合态农药残留对土壤动物、微生物、植物的有效性明显降低；土壤结合态农药残留对植物生长有抑制作用并在植物体内积累，积累量与农药品种、作物类型、利用方式等有关。     

秸秆生物炭对土壤功能微生物生长及吸附的影响

生物炭具有多孔结构和较大的比表面积能够为许多土壤微生物的生长、繁殖提供有利的条件。生物炭通过促进土壤功能微生物的生长及活性,从而间接提高作物产量,在农业领域有着广阔的应用前景。为了研究秸秆生物炭对12种不同土壤功能微生物的影响,在培养基中添加0.6%的生物炭后,利用MTT法测定微生物生长曲线的变化,同时在一定浓度的菌悬液中加入0.6%的生物炭,室温振荡1h后,测定生物炭对微生物的吸附率。结果表明,秸秆生物炭对不同的细菌的生长影响不同,对于部分细菌存在明显生长促进作用,其中对胶质芽孢杆菌1.217的促进作用最明显,培养12h后其最大生长量可提高3.6倍;对于巨大芽孢杆菌1.217、短小芽孢杆菌04306以及褐球固氮菌01077,加入生物炭培养14~20h后最大生长量可提高1.5倍左右;巨大芽胞杆菌01667加入生物炭培养12h后,其最大生长量也可提高1.3倍;而对于另外一部分细菌,生物炭对其生长基本没有影响或有较小的抑制作用。同时,生物炭水洗后,对不同细菌的影响与水洗前基本一致,对于巨大芽孢杆菌1.217、短小芽孢杆菌04306、绿色北里孢菌02567、苏云金芽孢杆菌04311、蜡状芽孢杆菌04289、巨大芽孢杆菌01667和短小芽孢杆菌01736,生物炭水洗前后对其生长影响差别不大。另外,秸秆生物炭对部分微生物具有一定的吸附作用,其中吸附效果最为明显的是蜡状芽胞杆菌4289和胶质芽胞杆菌1.153,吸附率分别为54.40%和48.10%。这些研究结果证明生物炭能够改变土壤功能微生物的生长状况,但是对于不同的微生物,生物炭的作用效果不同。     

生物炭对噻虫胺在土壤中吸附和降解的影响

为探究由不同热解温度和原材料制备的生物炭对噻虫胺在黑土中吸附和降解的影响,以玉米秸秆和猪粪为原材料,分别在300、500℃和700℃下限氧热解制备了六种生物炭,并将其添加到黑土中,研究生物炭对土壤理化性质与噻虫胺在土壤中吸附-降解的影响。结果表明:添加生物炭可显著提高土壤的pH、有效态磷和有机碳含量,降低土壤的H/C。噻虫胺在土壤及生物炭-土壤混合体系中的吸附过程符合Freundlich模型。添加生物炭显著提高了土壤对噻虫胺的吸附,且吸附量随生物炭热解温度的升高而增大。不同热解温度的生物炭对噻虫胺在土壤中降解的影响不同。高温生物炭-土壤混合体系的强吸附能力降低了噻虫胺被微生物降解的速率,但噻虫胺在低温生物炭-土壤混合体系中具有相对较高的微生物降解速率。因此,在利用生物炭修复农药污染土壤时应该充分考虑生物炭的类型和性质。     

长期施用生物炭对土壤中Cd吸附及生物有效性的影响

考察了Cd在长期施用生物炭农田土壤上的吸附及解吸过程,并结合大田试验稻麦轮作结果探究了长期施用生物炭对土壤中Cd有效性的影响。实验结果表明,与对照农田土壤相比,生物炭的施入量越高,土壤对Cd的吸附固定能力越强,这主要是由于生物炭的加入可显著增加农田土壤的pH、阳离子交换量(CEC)和有机质含量。大田数据显示生物炭可降低土壤中Cd的有效性,抑制土壤中的Cd向稻麦中迁移。     

生物炭对土壤中DBP和DEHP微生物降解的影响

为了探明添加生物炭对土壤中邻苯二甲酸酯微生物降解的影响,选择DBP和DEHP作为目标污染物,通过室内模拟试验对添加生物炭土壤中DBP和DEHP的微生物降解规律进行了研究。结果表明,土壤中DBP和DEHP微生物降解过程符合一级动力学方程,半衰期分别为3.054、34.657 d,其降解速率的差异可能与邻苯二甲酸酯类化合物的理化性质有关;随着生物炭添加量的增加,DBP的微生物降解速率呈降低趋势,而DEHP降解速率变化很小;与未添加生物炭的土壤相比,添加1.0%生物炭的土壤中DBP和DEHP的半衰期分别延长6.709、6.116 d,表明添加生物炭不利于土壤中邻苯二甲酸酯的微生物降解,可能与生物炭提高土壤对邻苯二甲酸酯的吸附能力导致其生物有效性降低有关。     

生物炭对杉木人工林土壤碳氮矿化的影响

为探讨杉木生物炭输入到土壤中后对土壤碳、氮矿化的影响和机制,通过室内培养实验,研究了单独施用生物炭、凋落物及其配合施用下土壤碳、氮矿化的特征以及可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量的变化。结果表明,生物炭单独施用或与凋落物同时添加到土壤中,均增加了土壤有机碳含量且抑制了土壤有机碳和/或凋落物的矿化。生物炭对DOC的吸附效应导致土壤可利用态碳显著降低,且单独添加生物炭后,土壤微生物生物量碳含量在培养初期显著降低,故这种吸附效应可能是生物炭抑制土壤有机碳矿化的重要原因之一。生物炭单独添加到土壤中在培养结束后(90 d)并未改变土壤氮的矿化量,但在培养过程中,却降低了土壤氮的矿化;然而,无论是否存在生物炭,添加凋落物均显著降低了土壤氮的矿化并增加了微生物生物量氮。这说明,无凋落物存在的情况下,生物炭的固氮效应呈现出短期效应。     

生物炭修复重金属污染土壤的研究进展

生物炭稳定材料有巨大修复潜力,由于其稳定性强、修复效率高、绿色环保等特点成为当前土壤重金属修复的一大研究热点。参阅国内外关于生物炭修复土壤各类重金属污染的文章,从生物炭的结构和基本特性、生物炭吸附重金属的机理、生物炭吸附重金属的影响因素、生物炭对重金属生物有效性的影响这4个方面进行阐述,并对生物炭在土壤重金属污染中的修复潜力与未来的研究方向进行了相关的展望。     

生物炭与土壤微生物相互作用研究进展

生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质.目前关于生物炭农用效果的研究侧重于微生物生态方面,施加生物炭对土壤微生物的影响与生物炭性质及土壤环境条件有关.综述了生物炭与土壤微生物之间存在的直接和间接相互作用:一方面,微生物可直接矿化生物炭;另一方面,施加生物炭后土壤环境变化又间接影响微生物.     

施用生物炭对3种烟用农药残留的影响

为探究生物炭对烤烟几种常用农药残留的影响,通过田间试验研究土壤中添加外源生物炭对烟叶及土壤中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆3种农药残留的影响。结果表明:施药后10 d,施炭处理烟叶中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆含量较相应对照分别降低25.63%、57.10%和39.84%,其中,甲霜灵已降至最大残留限量以下;施药后40 d,施炭处理烟叶中顺式氯氰菊酯和砜嘧磺隆也降至最大残留限量以下。施药后10d,施炭处理土壤中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆含量较相应对照分别增加176.23%、115.05%和23.28%。可见,施用生物炭可以显著降低烟叶中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆3种农药残留量,缩短供试3种农药的施药安全间隔期,增加土壤农药残留量。结果为应用生物炭调控作物农药残留提供理论依据。     

施用生物炭对3种烟用农药残留的影响

为探究生物炭对烤烟几种常用农药残留的影响，通过田间试验研究土壤中添加外源生物炭对烟叶及土壤中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆3种农药残留的影响。结果表明：施药后10 d，施炭处理烟叶中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆含量较相应对照分别降低25.63%、57.10%和39.84%，其中，甲霜灵已降至最大残留限量以下;施药后40 d，施炭处理烟叶中顺式氯氰菊酯和砜嘧磺隆也降至最大残留限量以下。施药后10 d，施炭处理土壤中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆含量较相应对照分别增加176.23%、115.05%和23.28%。可见，施用生物炭可以显著降低烟叶中顺式氯氰菊酯、甲霜灵和砜嘧磺隆3种农药残留量，缩短供试3种农药的施药安全间隔期，增加土壤农药残留量。结果为应用生物炭调控作物农药残留提供理论依据。     

生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复

为考察固定化微生物对铀(U)、镉(Cd)污染土壤的钝化效果,研究筛选出对U、Cd都有较高去除率的微生物组合,以生物炭为固定化载体,通过吸附和包埋两种固定方法制作成复合钝化剂,探究施加两种复合钝化剂和单独施加生物炭3种处理对土壤理化性质和可提取态U、Cd的影响。研究结果表明:四种微生物组合对U、Cd都有去除作用,综合考虑枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比组合的去除率最优,用于进一步研究。各钝化处理后,土壤的pH值升高,且随着钝化剂添加量的增加,pH呈上升趋势。各钝化处理组中土壤阳离子交换量与有机质含量均有所升高,其中,生物炭处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著。3个处理组相比,生物炭处理组和吸附固定微生物生物炭处理组中有机质增加较包埋固定微生物生物炭处理组效果显著。各钝化处理后,土壤中可提取态的U、Cd含量均有所下降,且随着钝化时间的延长,可提取态的U、Cd含量持续降低。3种钝化剂的钝化效果有所差异,即吸附固定微生物生物炭处理组生物炭处理组包埋固定微生物生物炭处理组,随着添加量的增加,钝化效果显著。该研究结果表明,固定化微生物方法在修复土壤重金属污染方面有着很大的潜在应用价值。     

土壤污染修复中的生物炭-微生物交互作用研究进展

近年来，生物炭在污染土壤修复中的研究与应用受到广泛关注，且已被证实对于修复土壤重金属及有机污染具有显著的效果。生物炭可以改善土壤性质，影响土壤微生物群落，实现生物炭介导的微生物土壤污染修复。本文综述了生物炭对微生物的积极作用，包括提供额外生存环境、提供营养物质和改善原有栖息地[土壤团聚性、pH、阳离子交换能力（CEC）和酶活性]。这些影响将导致微生物丰度、活性和群落结构的变化。然而，生物炭所携带的可能威胁微生物群落的有毒物质也不应被忽视，如多环芳烃、呋喃等；同时生物炭在高温热解过程中产生的持久性自由基也会对微生物产生毒性。本文还讨论了生物炭介导的微生物修复技术在去除土壤污染物方面的应用现状，最后对生物炭-微生物交互作用在土壤污染修复中的研究方向提出了展望。     

生物炭对农田土壤微生物生态的影响

生物炭是一种新型的土壤改良剂。虽然,生物炭目前已经在土壤微生物生态领域中被不断研究,但是大多数都是将两者分开研究,对两者之间相互的作用缺少一定系统性的研究和评价。文章针对生物炭对农田土壤微生物生态的影响展开分析,借以保证生物炭在应用过程中的科学性和有效性。     

生物炭老化及其对重金属吸附固定的影响研究进展

生物炭是生物质在限氧条件下通过高温热解得到的富碳固体,其丰富的含氧官能团、较大的比表面积、高度的芳香性结构等特性,使得生物炭对重金属具有很好的固定作用,因此,生物炭在重金属污染土壤的修复方面具有良好的前景。目前关于生物炭的研究大多集中在新制备的生物炭对重金属污染土壤的短期修复,但生物炭进入土壤后,随着时间的推移,会受到各种地球自然力的作用,逐渐发生老化,老化过程会对生物炭的物理化学性质和吸附性能产生不可忽视的影响。本文系统性地综述了国内外生物炭老化方法以及老化处理对生物炭理化性质、重金属吸附性能和生物有效性的影响等方面的研究进展,阐明当前生物炭老化研究现状,并对未来生物炭老化研究的发展方向提出建议,以期为重金属污染土壤的长期修复提供理论支撑。     

玉米秸秆生物炭对水中戊唑醇和稻瘟酰胺的吸附特性研究

以农业废弃物玉米秸秆为材料,在300、500、700℃下采用限氧碳化法制备生物炭,并测定了生物炭的元素组成,利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征了生物炭的形貌结构特征,考察了生物炭对水中戊唑醇和稻瘟酰胺的吸附动力学和热力学特征,并评价了pH对生物炭吸附的影响。结果表明:随着碳化温度的升高,玉米秸秆生物炭C元素含量增大,表面微孔形变程度及粗糙程度增大,芳香族化合物增加,芳香化程度提高,对两种农药的吸附性增强。准二级动力学方程能更好地描述玉米秸秆生物炭对两种农药的吸附动力学过程,颗粒内扩散表明膜扩散和颗粒内扩散共同控制着生物炭对两种农药的吸附过程;Langmuir和Freundlich方程均可以较好地描述玉米秸秆生物炭对两种农药的吸附热力学过程,说明生物炭对两种农药的吸附同时存在物理吸附和化学吸附两种形式,但以化学吸附为主。吸附过程中焓变(ΔH~o)、熵变(ΔS~o)和吉布斯自由能变(ΔG~o)表明玉米秸秆生物炭对两种农药的吸附是自发的吸热过程。溶液pH值会对生物炭吸附两种农药产生较大影响,酸性条件下吸附率高,碱性条件下吸附率低。