金属元素改性生物质炭应用于磷酸盐吸附的研究进展

磷含量过高是造成农业面源污染以及水体富营养化的主要原因,因此如何科学合理地控制农业径流以及河流湖泊中的磷酸盐浓度,对农业面源污染及水体富营养化防控具有重要意义。在众多磷酸盐固持方法中,生物质炭吸附法得到相关研究领域的广泛关注。未经改性的生物质炭对磷酸盐的吸附效率不佳,而通过金属元素改性能够显著提高该材料的磷酸盐吸附性能。本综述着重介绍不同金属元素(镁、钙、铁、镧及双金属)改性生物质炭应用于磷酸盐吸附领域中的主要制备方法和研究思路,并总结出该类材料在磷酸盐吸附过程中的主要影响因素,旨在为农业面源污染及水体富营养化防控提供科学依据和理论支撑。     

生物炭在土壤中的运动迁移及其对 土壤污染物影响研究进展

近年来,生物炭作为一类新型环境功能材料,具有比表面积大、孔隙率高、表面活性基团多等特性,在治理农业面源污染、改善气候条件、土壤性能改良等方面备受关注,成为环境科学等学科研究的前沿热点。介绍了生物炭结构和基本特性,对国内外生物炭及其所吸附的污染物在土壤多孔介质中的运动迁移及滞留机理研究进行综述,并分析了影响生物炭运动迁移的影响因素。最后对生物炭在土壤系统运动迁移研究进行总结和展望,为生物炭的应用和推广提供一定思路。     

从国际会议看生物炭研究及产业发展动态——第一届生物炭研究与应用国际研讨会述评

我国农业发展已处于历史转折和变革期,绿色低碳发展成为新时期农业发展方向。在此背景下,加强耕地保护和质量提升,推进农业废弃物资源化利用,加快化肥农药减施增效、农业面源和重金属污染综合防治与修复等成为农业发展的重大议题。生物炭是生物质材料在厌氧高温条件下热裂解产生的高度芳香化的富碳物质,其独特物理和化学性质使其在土壤、环境和生态等领域具有广泛应用价值,成为土壤和农业可持续管理的重要途径。通过对第一届生物炭研究与应用国际研讨会进行总结与评述,对会议涉及到的生物炭制备及材料、生物炭与农业、生物炭与生态环境、生物炭与碳氮循环、生物炭与黑土地保护等领域的最新进展做了简要概括,对今后生物炭领域的研究热点进行了展望,以期为生物炭研究及产业发展提供参考。     

生物炭与农业环境研究回顾与展望

本文综合分析、评述了生物炭在农业环境领域应用的主要研究进展,从生态安全和可持续发展视角,探讨了生物炭对农业生态环境系统的重要影响和潜在价值,并对其应用前景进行了客观、深入、综合的分析。认为生物炭在治理农业面源污染、提升耕地质量、修复重金属污染农田、应对气候变化、维持和稳定农业生态系统功能及保障农业环境安全等方面具有重要意义和应用价值。结合我国农业发展现状,提出了未来生物炭在农业环境领域的研究方向和发展重点,旨在为生物炭的应用及产业化发展提供参考。     

苯多羧酸分子标志物对生物炭吸附磷行为的表征

生物炭因其具有多孔、比表面积较大、含氧官能团较为丰富且芳香性较强等优点而在农业面源污染控制方面具有良好的应用前景。然而,生物炭应用于土壤后难以从土壤颗粒中分离出来,从而制约了其对农业面源污染物吸附行为的预测。分子标志物技术在表征有机碳行为领域做出了重要的贡献,苯多羧酸（Benzene polycarboxylic acids,BPCAs）分子标志物方法的引入,可为表征生物炭与磷之间相互作用提供新的视角。因此,本研究采用批量吸附实验,考察了烟秆和松木及其制备的生物炭对磷的吸附行为。结果表明,随热解温度的升高,生物质及其生物炭中各BPCAs含量及苯六甲酸（Benzene hexacarboxylic acid,B6CA）对BPCA的贡献率随热解温度的升高而增加,生物炭的芳香缩合度不断增强;两类生物炭对磷的吸附量均随热解温度的升高而降低,其中400℃烟秆生物炭和200℃松木生物炭对磷的吸附量最大。表面含氧官能团的减少和静电排斥作用降低了生物炭对磷的吸附,而较大的比表面积使烟秆生物炭的吸附量高于松木生物炭。烟秆生物炭中B6CA含量高于松木生物炭,因此其对磷的吸附量较松木生物炭高。     

生物炭及其复合材料的制备与应用研究进展

生物炭含碳量高,具有较大的孔隙度和比表面积,是天然的吸附材料,其吸附性能高、成本低廉,具有改良土壤、增加碳汇、修复环境污染等功能,被广泛应用于农业、生态修复和环境保护领域。近年来,越来越多的学者开始研究生物炭复合材料的制备,将生物炭与其他材料组合,利用物理、化学方法合成具有新性能、新结构的材料,提高吸附材料的性能。通过综述生物炭及其复合材料的制备、表征方法以及其在污染治理方面的应用,阐述了生物炭及其复合材料对水体和土壤中污染物的修复机制,在此基础上提出了将来研究高效生物炭吸附材料的重点和方向,以期为生物炭的大规模应用提供参考。     

秸秆炭化还田对热带土壤-水稻体系氨挥发的影响

氨挥发是稻田氮肥的主要损失途径之一。作为改良土壤和提高农业可持续性发展的优良农艺措施,秸秆炭化还田对氨挥发减排具有良好的效果。本研究通过土柱试验,设置不施氮肥(ON)、单施化肥(CT)、施用生物炭(BI)、生物炭+化肥(CBI)、添加秸秆(ST)、秸秆+化肥(CST)6个处理,研究了水稻秸秆直接还田和炭化还田对热带土壤-水稻体系氨挥发的影响。结果表明:与秸秆直接还田相比,炭化还田降低了稻田氨挥发排放通量和累积氨挥发量;与CT相比,CBI处理的累积氨挥发量减少了4.1%。这主要是因为生物炭具有独特的理化性质,可通过吸附降低田面水中铵态氮(NH₄⁺-N)的浓度。秸秆炭化还田是控制热带水稻种植系统氨挥发、减少农业面源污染的有效途径。     

基于生物炭性能提升技术的稻田重金属 污染修复策略研究展望

通过对生物炭吸附重金属机理相关文献的综合分析,并借鉴生物炭在水体及土壤环境中对重金属吸附性能的提升途径,初步探讨了在修复稻田土壤重金属污染中提升生物炭吸附性能的策略。就生物炭的制备过程而言,宜选择秸秆类、木质类作为制备源,这样可以降低二次污染风险;较高的制备温度有利于实现污染钝化效果的稳定性,较低的热解速率则可构造生物炭良好的孔隙结构,有助于污染修复效果的提升。就生物炭的改性策略而言,官能团修饰方法不仅可以增加修复效果的稳定性,还可实现对特定重金属污染的专性修复;磁性加载方法可实现土壤与重金属分离,有助于污染彻底修复,但亦须考虑过高过低载Fe量存在增加植物富集重金属的风险;酸改性技术存在活化土壤重金属的风险,但可选择磷酸类等具备多角度改性功能的酸类,以保证修复效果。     

基于生物炭性能提升技术的稻田重金属污染修复策略研究展望

通过对生物炭吸附重金属机理相关文献的综合分析,并借鉴生物炭在水体及土壤环境中对重金属吸附性能的提升途径,初步探讨了在修复稻田土壤重金属污染中提升生物炭吸附性能的策略。就生物炭的制备过程而言,宜选择秸秆类、木质类作为制备源,这样可以降低二次污染风险;较高的制备温度有利于实现污染钝化效果的稳定性,较低的热解速率则可构造生物炭良好的孔隙结构,有助于污染修复效果的提升。就生物炭的改性策略而言,官能团修饰方法不仅可以增加修复效果的稳定性,还可实现对特定重金属污染的专性修复;磁性加载方法可实现土壤与重金属分离,有助于污染彻底修复,但亦须考虑过高过低载Fe量存在增加植物富集重金属的风险;酸改性技术存在活化土壤重金属的风险,但可选择磷酸类等具备多角度改性功能的酸类,以保证修复效果。     

藻类在农业面源污染防控中的应用

根据2010年第一次全国污染源普查公报,农业面源污染已经成为我国地表水总氮(TN)、总磷(TP)等污染物的首要污染源。藻类广泛存在于包括稻田在内的各类水生态系统中,其生长需要消耗大量的N、P营养物质,而且藻类回收后还可用于生产生物燃料、生物肥料、土壤改良剂等,因此,利用藻类同化吸收水体中的养分可以实现农业面源污染物拦截净化和养分循环再利用双重目的。基于藻类生长特性,本文探讨了以藻类作用为主的稻田藻类固氮减磷、多营养级综合养殖系统、固着藻类沟渠净水系统及高效藻类塘等生态技术模式,并对各类技术模式的主要应用条件进行了深入比较和分析,以期为农业面源污染治理技术提供理论基础。     

不同土壤添加剂对太湖流域水稻产量及氮磷养分利用的影响

为探讨土壤添加剂对太湖流域稻田面源污染的控制效果,选用生物炭、微生物菌肥和硝化抑制剂三种土壤添加剂作为供试材料,通过盆栽试验研究其单独施用及两两组合配施对水稻生长、产量、肥期田面水养分动态、养分吸收利用以及土壤肥力等的影响。研究结果表明:各添加剂处理均可保证水稻的正常生长,并表现出增产效果,生物炭添加处理、微生物菌肥与生物炭组合处理及生物炭与硝化抑制剂组合处理水稻产量分别较施肥对照处理提高了57.5%、66.1%和45.4%。各添加剂的施用对植株吸氮量的影响不显著,仅微生物菌肥与生物炭组合处理显著提高了氮回收效率,但是所有添加剂处理均显著提高了氮肥农学利用效率和生理效率,生物炭处理和微生物菌肥与生物炭组合处理效果最佳,各添加剂处理对水稻的磷素吸收利用没有影响。微生物菌肥单施处理提高了水稻基肥期田面水氮浓度,而其他处理则表现为显著降低,特别是与生物炭的组合处理;蘖肥期各处理对田面水氮浓度影响不大;穗肥期除生物碳与菌肥配施处理外,其他各添加剂处理均显著提高了田面水氮浓度。添加剂处理还略微增加了基肥期和穗肥期的田面水总磷浓度,但差异不显著。各添加剂处理对收获后土壤肥力指标没有影响。综合产量、氮肥吸收以及田面水氮磷流失风险,微生物菌肥与生物炭组合处理可促进水稻生长,显著提高水稻产量,有效降低水稻生育前期氮素流失风险,缩短养分流失风险期,并能维持土壤肥力,值得应用于太湖流域稻田的面源污染控制上。     

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。     

炭基微生物肥料制备工艺及性质分析

以稻壳炭与氮磷钾肥及枯草芽孢杆菌孢子粉复合,采用掺混法、吸附法、混合造粒法3种工艺,设置10%、20%和30%三种稻壳炭添加水平,小试制备了9个炭基微生物肥料样品,并对其进行电镜扫描及元素含量、pH值、总养分、有效活菌数、缓释效果等的测定与分析。结果表明,采用混合造粒法制备的炭基微生物肥料负载氮磷钾肥和微生物孢子粉最多,其次是吸附法,掺混法最少。9个炭基微生物肥料样品中各元素含量比较丰富,工艺相同时,随着稻壳炭添加量的增加,C、N含量增加而H含量减少。9个炭基微生物肥料的pH值均呈酸性或接近中性,总养分含量均达到了复合肥国家标准的要求。枯草芽孢杆菌孢子粉与稻壳炭及氮磷钾肥复合60 d后,有效活菌数为3.4×10⁵~7.0×10⁵ g^-1,同种工艺制备的炭基微生物肥料的有效活菌数随稻壳炭添加量的增加而增加。炭基微生物肥料的7 d氮素累积水溶出实验表明,9个肥料样品均有一定的缓释功能,同种工艺制备的炭基微生物肥料的氮素累积释放率随稻壳炭添加量的增加而降低。稻壳炭添加量相同时,缓释效果混合造粒法>吸附法>掺混法。综上,添加30%的稻壳炭、采用混合造粒工艺制备的炭基微生物肥料具有最优的性质,可进一步验证其效果并推广应用。     

化肥配施生物炭对稻田田面水氮磷流失风险影响

在控制外源氮输入相同的前提下,通过大田试验研究生物炭部分替代化肥作为底肥,不同生物炭施用量(5、10、20 t·hm~(-2))对水稻生长期内稻田田面水氮磷迁移转化特征的影响。研究结果表明:各处理的田面水总氮、硝氮、铵氮浓度在施肥后第3 d达到最高,然后迅速下降,并逐渐稳定;田面水总磷浓度在施肥后2~4 d内增幅较小,而后迅速下降至稳定,施加生物炭对田面水总磷的影响不大;可溶性磷浓度在施肥后2~4 d内处于平稳下降的状态,之后迅速下降至稳定。稻田施肥后10 d内是控制氮磷流失的最佳时段。采用生物炭代替部分化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田田面水的氮磷浓度,稻田退水氮、磷的输出负荷分别减少了39%~50%和38%~50%,显著提高了水稻生态效益。通过综合效益评估可知,施加5 t生物炭代替化肥是综合效益最高的施肥方法,该施肥方式下氮、磷的年输出负荷分别为16.83、1.89 kg·hm~(-2)。     

施用生物质炭后稻田土壤性质、水稻产量和 痕量温室气体排放的变化

【目的】研究生物质炭对连续两年稻田土壤性质、水稻产量和痕量温室气体排放的影响,为合理施用生物质炭而促进水稻生产可持续的低碳发展提供科学依据。【方法】选择成都平原稻田,2010年布设了施氮与否（0与240 kg N•hm-2）下生物质炭土壤施用（0、20、40 t•hm-2）试验,连续两年观测土壤性质、水稻产量、土壤CH4和N2O排放的变化。【结果】施氮肥条件下,生物质炭连续两年对主要土壤肥力性质表现出改善效应,提高了土壤有机碳、全氮含量和pH,同时降低土壤容重,但对水稻产量影响不显著。生物质炭对CH4排放的影响依氮肥施用而异。不施氮肥下,施用生物质炭提高当季土壤CH4排放（20 t•hm-2用量时）,但次年无影响。施用氮肥下,不同用量生物质炭对土壤CH4排放无显著影响,仅40 t•hm-2用量时次年CH4排放有所增加;生物质炭对不施氮肥土壤当季N2O排放无显著影响,并降低次年的排放。然而,施氮肥下,生物质炭连续两年显著降低了土壤N2O的排放,其降幅高达66%。施氮肥条件下,连续两年生物质炭处理降低稻田痕量温室气体的综合温室效应及其水稻生产的碳强度,特别是40 t•hm-2的高用量下。【结论】在连续两年内,稻田采用生物质炭配施氮肥的管理措施对改善土壤性质和稳定水稻产量具有持续效应,高用量生物质炭(40 t•hm-2)显著降低稻田CH4和N2O痕量温室气体排放的综合温室效应和水稻生产的碳强度,且在连续两年内具有稳定的持续性。因此,在当前稻田管理措施下,生物质炭施用量为40 t•hm-2可实现稻田稳产和固碳减排的目标。     

汉中市水稻施肥现状调研及对策分析

汉中是陕西省水稻主产区,本文通过实地调研水稻施肥现状,采集水稻种植核心区稻田田面水和稻-麦(油)轮作体系耕层土壤,分析了当前水稻施肥存在的主要问题和面源污染潜在风险,提出了汉中市水稻绿色提质增效对策建议。     

生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展

生物炭可作为土壤改良剂单独施入土壤,改善土壤环境条件,也可与肥料混合制成生物炭基肥,其具有养分缓释、增产稳定等一系列优点,在农业上的应用越来越广泛。主要从生物炭对土壤理化性质、微生物、农业温室气体排放、作物生长和产量的影响,对农田土壤污染的治理,以及生物炭基肥对肥料养分、作物生长和产量的影响这几个方面,对生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展进行综述,阐明其优点和不足,并提出了进一步的研究方向,旨在为生物炭和生物炭基肥在农业中的应用研究提供参考。