改性生物炭的吸附作用及其对土壤硝态氮和有效磷淋失的影响

在实验室通过生物炭与FeCl3的不同配比确定了生物炭的最佳改性条件,并利用土柱模拟试验,研究改性生物炭对土壤硝态氮和有效磷淋失的影响。结果表明,Fe3+与生物炭质量比为0.7是最佳改性条件,改性作用大大增强了生物炭吸附硝态氮和有效磷的能力。在含N量为50mg.L-1的KNO3和含P量为50mg.L-1的KH2PO4溶液中,最佳改性炭的吸附量分别比改性前提高了12倍和66倍,氮和磷的理论最大吸附量分别为2.47mg.g-1和16.58mg.g-1。土壤中添加最佳改性炭能够延缓并减少硝态氮和有效磷的淋失,添加量为2.5%、5%和10%与不添加任何物质的对照相比,硝态氮的淋失量分别显著降低20%、43%和59%(P<0.05),有效磷的淋失量分别显著降低45%、59%和75%(P<0.05),表明土壤中添加改性生物炭能够有效降低土壤硝态氮和有效磷的淋失风险。     

生物炭对黄土区土壤水分入渗、蒸发及硝态氮淋溶的影响

为了揭示生物炭对黄土区不同质地土壤水分入渗、蒸发特性及硝态氮淋溶的影响规律及差异,该研究选取黄土区3种典型土壤(风沙土、黄绵土和黑垆土),设置质量分数0、0.5%、1%、2%、3%和5%共6个比例的生物炭梯度,进行室内土柱模拟试验。结果表明:湿润锋进程与累积入渗量受生物炭添加量及土壤质地的影响。随着生物炭添加量的增大,风沙土和黑垆土的水分入渗速度和累积入渗量逐渐降低(P0.05);黄绵土水分入渗和累积入渗量呈先增大后减缓的趋势(P0.05)。生物炭未显著影响试验条件下黄绵土和黑垆土的累积蒸发量(30 d),但显著改变了风沙土的蒸发特征,抑制前期蒸发。不同生物炭添加量下,3种土壤的湿润锋运移距离与运移时间均符合幂函数关系;Philip入渗模型可描述添加生物炭土壤水分入渗变化过程。生物炭可减少黄土区3种质地土壤的硝态氮淋溶量,表明适量生物炭添加能够增强土壤氮素固持能力,降低硝态氮淋失及环境风险。该研究结果表明,生物炭作为一种土壤改良剂能够提高土壤持水性和降低硝态氮淋失,有利于黄土高原旱地作物的生长;同时该研究可为农田选择合理生物炭施用量提供科学参考。     

生物固体对土壤氮循环和硝态氮淋洗的影响

根据近２０余年有关生物固体对土壤中氮循环及硝态氮淋洗的献综述了有关的研究结果。从生物固体中氮的形态，矿化作用，氮被植物的摄取，氨的挥发，氮的固定与储存，硝化作用，反硝化作用及铵的淋洗介绍了氮的循环，从林地及农田的生物固体施用量，植被，季节及土壤的特征介绍了硝酸盐的淋洗状况，这对于生物固体合理的土地利用，发挥其正效应，以及保护环境可供参考与研究。     

生物质炭对黑土硝态氮淋失的影响

为探究不同类型和不同用量生物质炭对黑土硝态氮(NO_3~-—N)淋失的影响,采用室内土柱模拟法进行淋溶试验,探究了3种来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和4个添加比例(0.6%,1.2%,3.6%,6%)的生物质炭对黑土淋溶液的pH、电导率(EC)、体积、淋溶液中NO_3~-—N浓度及土壤NO_3~-—N淋失量的影响。结果表明:淋溶液的pH和EC与生物质炭的施用量呈正比,且3种生物质炭对淋溶液pH的影响表现为玉米秸秆稻壳松木;对淋溶液EC的影响表现为稻壳松木玉米秸秆。淋溶液体积与生物质炭的施用量呈反比,CK处理中累积淋溶液体积为2 530ml,玉米秸秆、稻壳和松木生物质炭的各处理中均为6%处理的累积淋溶液体积最低,分别比CK降低了16.91%,10.77%和10.70%。施用生物质炭可降低淋溶液中NO_3~-—N浓度,CK处理中淋溶液NO_3~-—N浓度范围为38.09~5.02 mg/L,玉米秸秆生物质炭中1.2%处理的淋溶液NO_3~-—N浓度最低,范围为21.31~0.74mg/L;稻壳、松木生物质炭中3.6%处理的淋溶液NO_3~-—N浓度最低,范围分别为21.86~1.06mg/L和22.76~1.11mg/L。施用生物质炭降低了土壤NO_3~-—N淋失量,不同生物质炭对其影响表现为玉米秸秆稻壳松木,当玉米秸秆生物质炭的添加比例为1.2%,稻壳及松木制备的生物质炭添加比例为3.6%时,土壤NO_3~-—N淋失量最低。因此,向黑土中施用生物质炭可以增加淋溶液的pH和EC,降低淋溶液体积和其中所含NO_3~-—N的浓度,从而减少了土壤中NO_3~-—N的淋失量。     

添加生物质炭对旱地红壤中硝态氮水平运移的影响

[目的]探讨不同生物质炭施用量条件下旱地红壤中NO-3-N的含量及水平运移规律,为该地区的农田水分管理和环境保护提供科学依据。[方法]采用室内水平扩散率仪测定不同生物质炭施用量[C0(0t/hm~2,不施用生物质炭),C1(2.5t/hm~2),C2(5t/hm~2),C3(10t/hm~2),C4(20t/hm~2),C5(30t/hm~2)和C6(40t/hm~2)]条件下土壤中硝态氮水平运移速率和运移浓度。[结果]生物质炭施用对土壤中硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度影响显著。随着生物质炭施用量的增加,硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度呈先增加后降低的趋势,而土壤水扩散率呈逐渐降低趋势。C5(30t/hm~2)处理下硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度均出现最大值,分别为0.67cm/min,165.52mg/kg。随着生物质炭施用量的继续增加,C6(40t/hm~2)处理的硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度较C5(30t/hm~2)处理有所降低,硝态氮浓度最大值均出现在湿润峰峰面上。分析影响硝态氮水平运移规律的因素表明,生物质炭降低了土壤的容重、增加了土壤有机碳和孔隙度,从而导致了各处理硝态氮的水平运移规律发生了变化。[结论]生物质炭可以改善土壤的理化性状,促进硝态氮的水平运移,在利用生物质炭改良旱地红壤理化性状的同时,也要注意防止氮素流失对环境的影响,降低其对地表水的潜在污染风险。     

生物黑炭对日光温室土壤硝态氮动态变化的影响

采用田间小区试验,研究了生物黑炭对设施土壤硝态氮动态变化的影响,以期利用生物黑炭解决设施土壤硝态氮累积和淋溶问题。结果表明,生物黑炭能显著降低设施土壤表层及剖面硝态氮含量,且使用量越大,效果越明显。以番茄生长后期为例,7.5 t/hm2黑炭(T2),15 t/hm2黑炭(T3),30 t/hm2黑炭(T4)处理与习惯处理(T1)相比,表层土壤硝态氮含量分别降低11.71%、16.08%、24.83%,剖面硝态氮含量也分别降低11.63%、17.51%、25.38%。设施土壤硝态氮含量季节性变化明显,施用生物黑炭能降低设施土壤硝态氮周年变化幅度,使用量越大,效果越明显。生物黑炭也可降低蔬菜硝酸盐含量,且使用量越大,蔬菜硝酸盐含量越低。低量生物黑炭对蔬菜产量影响不大或有提高作用,但随使用量的增大,产量有下降趋势,因此,设施土壤生物黑炭使用量不宜过高。     

菠菜叶片硝态氮还原对叶柄硝态氮含量的影响

选用3个菠菜品种,设置N.0.1和0.3.g/kg2个施氮水平进行盆栽试验。在不同时期采样测定叶片内、外源硝酸还原酶活性、硝态氮代谢/贮存库大小,以及加入外源硝态氮培养后叶片硝酸还原酶活性的变化,探讨菠菜叶片的硝态氮还原与叶柄硝态氮含量的关系。结果表明,叶片内源硝酸还原酶活性、内源/外源硝酸还原酶活性比值、叶片的硝态氮代谢库大小及代谢/贮存库比值与叶柄硝态氮含量呈相反趋势。加入外源硝态氮培养后叶片硝酸还原酶活性的增加程度与叶柄硝态氮含量相一致。叶片内源硝酸还原酶活性高低及其发挥程度,叶片硝态氮代谢库大小及硝态氮在代谢、贮存库中的分配是造成品种间叶柄硝态氮含量高低差异的重要原因。     

铜绿微囊藻对亚硝态氮的利用

通过室内培养,研究了不同亚硝态氮浓度对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）生长的影响和藻对亚硝态氮的利用,实验分析了水体中亚硝态氮、硝态氮和铵态氮浓度的变化,测定了铜绿微囊藻的生长曲线、藻细胞内亚硝态氮含量和藻亚硝酸氧化酶（NOR）。结果显示,在10mgNO^-2-N·L^-1的处理组中,培养基中亚硝态氮和硝态氮浓度同时减少,说明铜绿微囊藻可以同时利用亚硝态氮和硝态氮;在20和30mgNO^-2-N·L^-1的处理组中,随着藻的生长培养基中亚硝态氮的浓度减少,硝态氮浓度增加,而且电泳实验显示此培养条件下铜绿微囊藻能产生亚硝酸氧化酶,表明培养基中的亚硝态氮被亚硝酸氧化酶氧化为硝态氮。本实验也表明高浓度的亚硝态氮（大于10mgNO^-2-N·L^-1）能够抑制藻的生长。     

铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附效果研究

[目的]研究稻壳生物炭和3种铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附特性,为其作为添加剂进行炭基肥料的开发提供参考.[方法]以稻壳为原料,在500℃无氧条件下热解制备稻壳生物炭(RBC),并采用3种工艺制备铁改性稻壳生物炭(FDRBC、FWRBC和FWBC).利用比表面积测定仪(BET)和扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)...     

不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸的影响

为了减少土壤磷素流失,提高磷肥利用效率,探究不同生物炭对棕壤中磷素吸附解吸行为的影响规律,以水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳为原材料,利用限氧升温炭化法制备生物炭,通过批量吸附实验研究了生物炭种类和生物炭添加量对棕壤磷吸附解吸的影响。结果表明：水稻秸秆生物炭在添加量为0.4%时显著提高棕壤对磷的吸附量,花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭则显著降低棕壤对磷的吸附量；等温吸附曲线表明,不同生物炭均未改变等温吸附曲线的变化趋势,均可用Langmuir方程和 Freundlich 方程进行描述(R²>0.93),其中 Langmuir 方程拟合效果更好,不同处理对磷的理论吸附量大小顺序为：水稻秸秆生物炭+棕壤>棕壤>花生壳生物炭+棕壤>玉米秸秆生物炭+棕壤；吸附动力学实验表明,不同生物炭均未改变磷吸附动力学曲线的变化趋势,在所有动力学模型中,准二级动力学模型最适合描述土壤对磷的吸附行为(R²>0.99),其次为准一级动力模型(R²>0.99)和Elovich动力学模型(R²>0.88)；三种生物炭均显著促进棕壤对磷的解吸,当生物炭添加量为≥0.2%时,水稻秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭和花生壳生物炭,分别可提高棕壤对磷的解析率50%、70%和90%以上。由此可见,不同生物炭可提高棕壤对磷素的供应和利用,水稻秸秆生物炭在减少棕壤磷素流失、保护生态环境方面具有更大的应用价值。     

土壤及生物炭对草甘膦的吸附作用

为了确定生物炭修复草甘膦污染土壤的可行性,通过添加不同比例和种类的生物炭到土壤中,研究土壤对草甘膦的吸附效果。采用吸附动力学拟合、等温吸附分析、红外光谱测定分析方法。结果表明:草甘膦能强烈地吸附在红壤及稻壳炭、竹炭、竹柳炭中,相比于红壤,3种生物炭达到吸附平衡时间短。吸附动力学符合准二级动力学方程,等温吸附符合Freundlich吸附等温方程。Freundlich吸附等温方程中1/n数值均<1,表明红壤和3种生物炭对草甘膦的吸附方式是非线性吸附,且非线性程度大小为竹柳炭>竹炭>红壤>稻壳炭。生物炭添加到红壤中,可以提高红壤吸附草甘膦的量,生物炭添加比例越高,土壤吸附草甘膦的量也越高。土壤中添加生物炭比例相同时,竹炭使土壤吸附草甘膦的量最高,竹柳炭次之、稻壳炭最低。3种生物炭吸附草甘膦前后的红外光谱分析阐明了酚、胺、芳香烃、羧酸、羧酸盐、脂肪醚等在吸附过程中起重要作用。     

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。     

炭化苹果枝皮和木材对水中硝态氮和铵态氮的差异吸附

将苹果枝条的皮层和木材部分开后在450℃下低氧加热制得炭化枝皮和炭化木材,分析其超微结构及对铵态氮和硝态氮的吸附。结果表明,苹果枝皮比其木材部分的纤维素含量高,有更多的微观孔洞和沟壑,炭化后纵向沟壑和孔隙更发达。炭化枝皮对NH4+—N和NO3-—N的饱和吸附量分别为24.11,12.93mg/g,炭化木材的相应参数分别为22.24,11.99mg/g,炭化枝皮对NH4+—N和NO3-—N的吸附能力均比炭化木材的更强。两者对NH4+—N的吸附量比对NO3-—N的更大,吸附过程均能采用Freundlich和Langmuir等温吸附模型、准二级动力学模型和Elovich模型拟合。炭化枝皮的吸附能力比炭化木材更强,与其原料纤维素含量高及微观沟壑发达有关。     

法国梧桐叶片炭和枝条炭对水中Pb2+的吸附特性影响

以法国梧桐叶片和枝条为原料在500℃下通过限氧裂解法制成生物质炭,进而采用批量吸附法探究了不同溶液初始pH、吸附时间、溶液初始Pb~(2+)浓度对生物质炭吸附效果的影响,并通过拟合吸附动力学曲线和吸附等温线方法初步研究吸附机理。结果表明,与法国梧桐枝条炭相比,叶片炭矿质元素组成相对较为复杂,官能团种类较丰富。2种生物质炭均在吸附时间为24 h时、初始pH为5时达到最大吸附量,叶片炭的最大吸附量比法国梧桐枝条炭高25.6%。2种生物质炭的动力学吸附过程均符合准二级动力学方程,表明吸附速率主要受化学因素控制;2种生物质炭的吸附等温线更符合Langmuir模型,吸附以单分子层为主,也存在层间扩散的多分子层吸附。综上所述,2种生物质炭均能较好地吸附水溶液中的Pb~(2+),叶片炭的吸附效果比枝条炭更明显,在实际生产中可以将法国梧桐修剪枝和落叶炭化后用于铅污染水体修复。     

田间条件下氮的矿化及硝态氮淋溶研究

采用SRC（Soil-Resin-Core）装置，研究了重庆市主要土壤类型的氮矿化差异以及与硝态氮淋溶的关系。研究结果表明，微酸性紫色土（菜地）的氮索矿化量、硝态氮淋失量和有效氮的变幅均较大，而其它两种坡耕地变化的氮素矿化景和硝态氮的淋失量变幅均较小。相关分析表明：在微酸性紫色土中，影响硝态氮淋失的主要因素是矿化量，且二者呈显著正相关；而其它两种坡耕地土壤的矿化量与硝态氮淋失量不表现相关性。这就表明不同土壤矿化、硝态氮淋失的情况有差异。     

改良耕层土壤中苯胺的吸附动力学

研究有机改良土壤对污染物的动力学吸附特征,有助于深入了解其对污染物的吸附机制。以十六烷基三甲基溴化铵单一改良（CB）和十六烷基三甲基溴化铵＋十二烷基磺酸钠混合改良（CS）塿土耕层土样,采用批处理法通过不同的速度参数研究了改良土壤对苯胺的吸附动力学特征,并与苯酚对比探讨改良土样对有机污染物吸附的动力学机制。结果表明,塿土耕层土样的有机改良能够显著加快对苯胺的吸附速度,苯胺的吸附反应呈现快速反应和慢速反应两个阶段,且以快速吸附反应为主。总体上耕层土样Vt、V0.5、Vf的大小顺序均为100CB＆gt;120CS＆gt;（≈）50CB＆gt;CK。随温度升高和苯胺添加浓度增大,苯胺吸附速度增大,苯胺、苯酚的吸附动力学特征在改良土样上具有良好的相似性,从而证实有机污染物以分子状态存在导致的单一疏水吸附是改良土样吸附的决定机制。     

成都市地下水中铁、锰变化规律及成因分析

特殊的水文地质环境和气候是影响成都地下水铁、锰离子形成分布的主要因素，对成都市近10年的地下水动态监测资料和水文地质勘探资料的分析，初步探讨了铁、锰离子的分布形成规律及其影响因素。