不同原料生物炭的改性及其吸附/钝化Cd(Ⅱ)效果

综述了生物炭原料来源、改性方法、Cd(Ⅱ)吸附机理以及施加生物炭对土壤pH值、C/N和镉形态的影响,提出今后应加强(改性)生物炭修复Cd(Ⅱ)污染土壤的田间实验研究,长期跟踪施加(改性)生物炭后土壤Cd(Ⅱ)形态、土壤养分、微生物群落组成和结构等的变化。     

改性油菜秸秆生物质炭吸附/解吸Cd2+特征

该研究选用蒸汽爆破油菜秸秆,对其进行羟基磷灰石和KMnO4浸渍处理,再用壳聚糖和NaOH溶液改性所获得的生物质炭改性,以比较表面特性变化和吸附/解吸Cd~(2+)的特征。结果表明,改性处理可有效地在生物质炭表面负载相应官能团,如羟基磷灰石处理使生物质炭表面磷酸盐增多,比表面积提高至225.68 m2/g;而壳聚糖、KMnO4和NaOH处理,则引入了-NH2和-OH、-COOH等酸性含氧官能团。尽管改性生物质炭表面电荷减少,但Cd~(2+)吸附容量却提高了13%～315%,其吸附行为可用Langmuir等温吸附式拟合,并符合Pseudosecondorder吸附动力学方程。改性后,生物质炭对Cd~(2+)的吸附主要为专性吸附,其初始吸附速率提高了65%～379%,而解吸率降低了17%～91%,表明对Cd~(2+)的吸附更快且更加稳定,具有良好的应用潜力。     

水洗处理对秸秆生物质炭吸附解吸Cd2+和Pb2+的特性影响

水洗处理在不影响生物质炭性质的前提下,可以去除附着在其表面的热解副产物,从而保证对重金属离子的去除能力。以小麦和玉米秸秆为原料,比较两种秸秆类生物质炭对溶液Cd2+和Pb2+的吸附解吸特点及其水溶性盐分含量的影响。结果表明,小麦和玉米秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附过程均更好地符合准二级动力学方程和Langmuir方程。小麦秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量达12.82 mg g?1和9.91 mg g?1,为玉米秸秆吸附量的1.31 ~ 1.76倍和1.06 ~ 1.53倍。洗脱水溶性盐分可以降低生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附,水洗后小麦秸秆和玉米秸秆生物质炭对Cd2+的最大吸附量分别降低42.36%和60.13%,对Pb2+的最大吸附量分别降低29.47%和62.72%。水洗处理提高了两种秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的解吸率,其中小麦秸秆生物质炭提高幅度较大,由原来对Cd2+的解吸率为1.84% ~ 13.05%提高到7.88% ~ 20.19%,对Pb2+的解吸率为1.57% ~ 11.82%提高到6.34% ~ 16.94%。因此,可溶性盐分在秸秆生物质炭吸附Cd2+和Pb2+的过程中具有重要作用,该研究结果将为制备高效修复重金属污染土壤的生物质材料提供技术支撑。     

添加生物质炭对红壤性水稻土Cd2+吸附解吸特性的影响

为探讨生物质炭对红壤性水稻土中镉(Cd)元素吸附解吸特性的影响,采用一次平衡法研究添加生物质炭后Cd2+在红壤性水稻土中的吸附动力学、等温吸附和解吸过程。结果表明:施用CK(0t/hm^2)、A10(10t/hm^2)、A20(20t/hm^2)、A30(30t/hm^2)和A40(40t/hm^2)生物质炭后,红壤性水稻土对Cd2+的吸附过程是以化学吸附为主、非均匀的多表面吸附。施用CK(0t/hm^2)、A10(10t/h2)、A20(20t/hm^2)、A30(30t/hm^2)和A40(40t/hm^2)生物质炭处理的最大吸附量和最大解吸量分别为2933~3346mg/kg和171~192mg/kg。添加生物质炭可以提高红壤性水稻土对Cd2+的吸附固持能力,同时增强土壤对外源Cd2+的缓冲能力。生物质炭添加量对红壤性水稻土的吸附解吸能力的改良效果具体表现为:A30>A40>A20>A10。高剂量的生物质炭处理使土壤吸附点位饱和,生物质炭吸附能力相对降低。因此,添加30t/hm^2生物质炭是一种有效预防和治理红壤性水稻土镉污染的措施。     

稻草生物质炭对3种可变电荷土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30 d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd（Ⅱ）的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量（CEC）和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd（Ⅱ）的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量增加,且Cd（Ⅱ）吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd（Ⅱ）的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的常数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0~5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd（Ⅱ）的吸附,因为Cd（Ⅱ）的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd（Ⅱ）的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd（Ⅱ）的静电吸附量。     

添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N2O和CH4排放的影响

为探讨添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N₂O和CH₄排放的影响,以海南砖红壤为供试土壤,设置了玉米秸秆（Straw）、生物质炭（Biochar）、秸秆 + 生物质炭（Mix）和对照（CK）4个处理,探讨了等秸秆用量条件下添加不同秸秆形态对土壤氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的影响及形成强还原环境的可行性。结果表明:与CK处理相比,三个处理均可显著降低土壤N₂O累计排放量,但仅Straw处理可显著促进土壤CH₄排放、其它两个处理对土壤CH₄排放影响不显著,致使straw处理综合温室效应增加明显。与CK处理相比,与Mix处理5天内土壤氧化还原电位（Eh）显著下降,而Biochar处理土壤Eh变化不显著;三个处理均使土壤pH上升、但Straw与Biochar处理之间差异不显著,Mix处理土壤有机碳、全氮及速效钾含量显著增加。因此,玉米秸秆及其生物质炭的配合施用,既可有效降低淹水条件下海南砖红壤排放CH₄和N₂O的综合温室效应,还能改善土壤养分状况但易于形成强还原条件。     

三种农药对Cu2+在蒙脱石和δ-Al2O3上吸附的影响

本文比较研究了Ｃｕ＾２＋在草甘磷、毒莠定和杀虫脒等三种农药条件下在Ｃａ－蒙脱石和δ－Ａｌ２Ｏ３上的吸附。草甘磷降低了Ｃｕ＾２＋在Ｃａ－蒙脱石上的吸附。当草甘磷／Ｃｕ＾２＋摩尔比越高时，Ｃｕ＾２＋吸附的降低量则越大。草甘磷是通过络合机制而降低Ｃｕ＾２＋在Ｃａ－蒙脱石上的吸附，同时增加了Ｃｕ＾２＋在δ－Ａｌ２Ｏ３上的吸附。当草甘磷／Ｃｕ＾２＋摩尔比越高时，Ｃｕ＾２＋吸附的增加量也就越大。草甘磷作为桥而     

生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响

生物质炭施用可能对土壤中氮素硝化过程和N₂O排放产生影响。本研究通过室内培养试验,研究铵态氮肥与玉米秸秆生物质炭施用量(0、1%、2%、5%、10%,m/m)对酸性(pH 5.10)和石灰性(pH 8.15)紫色土氮素硝化率、净硝化速率及N₂O排放特征的影响。结果表明:①酸性和石灰性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比对照分别降低了33.7%～93.7%和7.5%～40.9%,生物质炭添加抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用,在酸性紫色土中生物质炭对硝化作用的抑制作用随施用量的增加而增强,在石灰性紫色土中无明显规律。②与对照相比,酸性紫色土N₂O累计排放量在1%生物质炭和2%生物质炭处理下降幅分别为15.9%和27.7%,在5%和10%生物质炭处理下增幅分别为60.1%和93.2%;石灰性紫色土生物质炭各处理N₂O累积排放量均显著高于对照。③综合考虑,在酸性紫色土中1%、2%生物质炭施用对硝化作用抑制和N₂O减排综合效果最好,但在石灰性紫色土中无明显抑制和减排效果。     

SO42-和Cl-对稻田土壤养分及其吸附解吸特性的影响

利用长期定位试验 ,比较了长期施用含SO42-和Cl- 化肥 22年后稻田土壤的 pH值、养分状况及其吸附解吸特性。结果表明 ,长期施用含SO42-化肥 ,土壤有机质、速效氮和速效钾的含量较高 ,但全量氮磷钾的含量较低 ;长期施用含Cl- 化肥 ,土壤全量氮磷钾和速效磷的含量较高 ,但pH值相对较低。长期施用含上述二种阴离子的化肥后 ,土壤对H2PO4-的最大吸附量均较大 ,且在Cl- 处理下土壤对H2PO4-吸附的结合能较大 ,而SO42-处理下土壤在同等吸附量时对H2PO4-的解吸量相应较多。长期施用含SO42-的化肥亦使土壤对钾素的供应强度较大 (K0的绝对值较大 )、缓冲能力增强 (AR0值较高 ) ,而长期施用含Cl- 的化肥时则与SO42-相反     

有机修饰(土娄)土对CrO42-吸附特征的初步研究

以CTMAB（十六烷基三甲基溴化铵）单一修饰和CTMAB＋SDS（十二烷基磺酸钠）混合修饰塿土耕层、粘化层土样，从修饰比例、土层、温度角度探讨了有机修饰塿土对CrO4^2-的平衡吸附特征。结果表明，各供试土样中CrO4^2-平衡吸附量均随CrO4^2-平衡浓度增高而增大，有机修饰土对CrO4^2-的吸附等温线呈现L型等温线形式，原土土样的吸附等温线基本上类似于S型吸附等温线形式，两层次各土样对CrO4^2-的吸附量呈现100CB〉120CS〉50CB〉CK的顺序（100，120，50分别表示修饰比例为100，100＋20，50；CB为CTMAB修饰；cs为CTMAB＋SDS修饰；CK为未修饰原土）；随着平衡浓度的增大，耕层原土对CrO4^2-的吸附能力增加较快而粘化层原土增加较慢，塿土粘化层修饰土样对CrO4^2-的平衡吸附量均高于塿土耕层土样，但修饰比例增高导致两层次土样对CrO4^2-吸附亲和力的差异减小；未修饰原土对CrO4^2-吸附呈现增温效应，粘化层CK土样增温效应高于耕层CK土样，表明增温促进粘粒矿物对CrO4^2-的专性吸附。随平衡浓度的增大，修饰土样CrO4^2-吸附温度效应比值均变化不大，耕层各修饰土样对CrO4^2-吸附呈现增温负效应，而粘化层修饰土样对CrO4^2-吸附的温度效应则与修饰剂和修饰比例有关。     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...     

天然磁铁矿和商用Fe3O4修复Hg(II)污染地下水的模拟研究

目前汞污染地下水修复面临很大的技术和成本挑战,亟需发展修复效果好、经济效益性高的汞污染地下水修复技术和修复材料。通过批量实验和光谱分析探究了天然磁铁矿和商用Fe_3O_4对Hg(Ⅱ)的去除效率和去除机制,并分析了两种材料对模拟地下水中Hg(Ⅱ)的吸附和脱附行为。结果表明,天然磁铁矿和商用Fe_3O_4对Hg(Ⅱ)的去除受pH、Hg(Ⅱ)初始浓度、Cl-等因素的影响;二者对Hg(Ⅱ)的去除均符合准二级动力学模型和Freundlich模型;天然磁铁矿对Hg(Ⅱ)的去除机制主要是羟基络合与物理吸附,而商用Fe_3O_4对Hg(Ⅱ)的去除主要是化学还原与物理吸附。二者对模拟地下水中Hg(Ⅱ)的去除率分别达90%和95%,具有修复Hg(Ⅱ)污染地下水的应用潜力。     

碳酸氧镧改性生物炭材料的合成及对磷酸盐去除性能

为高效去除废水中过量的磷酸盐为目的,该研究将研究利用艾草生物质与镧溶液共生共热的方法制成具有大量纳米级碳酸氧镧突起的镧基复合生物炭材料,研究了材料投加量、初始磷酸盐浓度、吸附时间、初始溶液pH值和共存离子对其吸附磷酸盐性能的影响及饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）对生菜种子发芽率的试验。试验结果表明：La-CB2最佳投加量为1 g/L,最佳吸附温度为25 ℃,对磷酸盐的吸附主要为多分子层吸附,Langmuir模型模拟最大吸附容量为126.82 mg/g,并在12h内达到吸附平衡,酸性至中性水环境中La-CB2吸附性能更优,并对碱性水环境的pH值具有缓冲作用,在pH值为3时La³⁺浸出率为7.66%,其他pH值条件下仅为0.029%左右,在磷吸附过程中La-CB2的DOC溶出量随着初始溶液pH值的升高呈先增后减的趋势,在多种共存阴离子中对磷酸盐具有很强的选择性吸附,水体中的腐殖酸会大幅度降低La-CB2对磷酸盐的吸附性能。饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）能够作为磷缓释肥显著促进生菜发芽,对La-CB2在富营养水体的磷吸附及资源回收提供了大量的理论基础。     

水蚀条件下硝酸铵施用对黄绵土氮素流失的影响

研究结果表明不同坡度谷子地,高N处理小区径流中铵态氮、硝态氮和有效氮浓度平均为1.06、0.76和1.82mg/kg,低N分别为0.64、1.29和1.93mg/kg;高氮处理土壤铵态氮、硝态氮和有效氮平均流失量分别达到17.90、12.93和30.84kg/(km²·a),低N流失量为11.90、23.86和35.77kg/(km²·a)。高氮处理小区泥沙中有机质和全氮浓度平均为5.21和0.536g/kg,而低氮处理分别为4.94和0.481g/kg;高氮和低氮处理土壤有机质流失量分别为5702和5743kg/(km²·a),土壤全氮流失量为498和559kg/(km²·a)     

氢醌、双氰胺组合影响稻田甲烷和氧化亚氮排放研究进展

稻田是大气中CH4和N2O的重要来源。大量氮肥的施入不仅影响稻田CH4和N2O排放,且易造成NH3挥发、NO2-和NO3-淋溶及N2O、N2等形式的氮损失。脲酶抑制剂和硝化抑制剂通过缓解尿素水解及抑制硝化反硝化反应减少稻田N2O排放量,但对稻田CH4产生排放的影响报道不一。脲酶抑制剂氢醌(HQ)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)是近年来研究较多的组合。本文试图在前人研究的基础上,综述HQ和DCD的基本性质及作用机理,总结HQ/DCD组合在稻田生态系统的应用状况、使用效果及存在问题,并特别讨论了HQ/DCD施用对稻田CH4排放的影响机理,旨在为合理使用脲酶/硝化抑制剂、有效减缓稻田温室气体排放和提高氮肥利用率等方面提供理论依据。     

不同硝化抑制剂对稻季N2O排放、NH3挥发和水稻产量的影响

为了筛选出在水稻生产中应用效果更佳的硝化抑制剂，探讨三种不同硝化抑制剂对水稻季N2O排放、NH3挥发、水稻产量和氮肥利用率的影响。本研究在太湖地区开展水稻季田间小区试验，在尿素中分别添加化学合成硝化抑制剂2-氯-6-三氯甲基吡啶（CP）和3,4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）以及生物硝化抑制剂对羟基苯丙酸甲酯（MHPP）。结果表明，与单施尿素处理相比，尿素添加三种硝化抑制剂能显著减少N2O排放总量，抑制效果表现为DMPP（31.71%）>MHPP（30.40%）>CP（27.83%），不同硝化抑制剂间减排效果无显著差异；添加硝化抑制剂均显著增加了NH3挥发总量，促进作用表现为CP（58.7%）>DMPP（40.3%）>MHPP（25.3%），不同硝化抑制剂间差异显著；添加硝化抑制剂的增产幅度为MHPP（4.9%）>CP（3.3%）>DMPP（1.1%），不同硝化抑制剂间无显著差异，氮肥表观利用率显著增加，表现为MHPP（15.7%）>CP（13.8%）>DMPP（10.9%），但不同硝化抑制剂间无显著差异；综合考虑活性气态氮损失量和水稻产量，三种硝化抑制剂相比单施尿素均显著增加了单位产量活性气态氮排放强度，增加幅度表现为CP（50.3%）>DMPP（35.0%）>MHPP（17.8%），CP显著高于DMPP和MHPP。综合比较，生物硝化抑制剂MHPP在水稻生产中增效减排的作用优于化学合成硝化抑制剂CP和DMPP，但在生产应用中要与其他NH3挥发减排措施相结合，更好的发挥其增效减排潜力，推动农业绿色可持续发展。     

不同生物硝化抑制剂对红壤性水稻土N2O排放的影响及其机制

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N₂O排放的影响差异及作用机制,通过21 d的土柱淹水培养试验,比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N₂O排放及相关硝化、反硝化功能基因的影响。结果表明:不同BNIs(1,9-D、LN、MHPP)可以显著平均降低土壤N₂O日排放峰值40.1%;1,9-D和MHPP可分别抑制N₂O排放总量44.5%和43.9%,而DCD和LN对N₂O排放总量没有显著影响。1,9-D和MHPP对AOA(氨氧化古菌)、AOB(氨氧化细菌)硝化菌和nirS、nirK型反硝化菌的调控均有所不同,1,9-D可以同时抑制AOA、AOB和nirS微生物的生长;MHPP仅可以抑制AOA的生长;其中,AOA-amoA和nirS基因丰度与土壤N₂O的排放呈显著正相关关系。同时,1,9-D和MHPP均增加了nosZ基因丰度及其与AOA-...     

庐山毛竹扩张及模拟氮沉降对土壤N_2O和CO_2排放的影响

毛竹是我国南方广泛分布的一种典型的森林资源,其扩张已引发了多方面的生态问题,但是目前关于氮沉降背景下毛竹扩张引起的土壤N_2O和CO_2气体排放变化的研究甚少,且无原位观测数据。采用静态箱-气相色谱法,分析江西庐山毛竹纯林、毛竹扩张形成的毛竹-日本柳杉混交林及日本柳杉纯林3种林分土壤的N_2O和CO_2排放速率和累积排放量及其对模拟氮沉降的响应。结果表明:(1)混交林土壤的NH_4~+-N含量、NO_3~--N含量及pH分别为14.39mg·kg~(-1)、8.65mg·kg~(-1)、4.88,显著高于日本柳杉纯林的9.75 mg·kg~(-1)、5.58 mg·kg~(-1)、4.05,但是混交林土壤DOC含量(236.5 mg·kg~(-1))却显著低于日本柳杉纯林(382.0mg·kg~(-1))。(2)混交林土壤N_2O累积排放量(393.6mg·m~(-2))显著高于毛竹纯林(202.5mg·m~(-2))和日本柳杉纯林(192.8mg·m~(-2)),混交林土壤CO_2累积排放量(4 655 g·m~(-2))显著高于日本柳杉纯林(2 815 g·m~(-2))。(3)模拟氮沉降未对3种林分类型土壤的CO_2排放速率和累积排放量产生显著影响,但明显增加了混交林和日本柳杉纯林的N_2O累积排放量。本研究表明:毛竹扩张不同阶段土壤的理化性质、N_2O及CO_2排放表现出不同特征。毛竹扩张过程中一定程度上增大了土壤N_2O和CO_2的排放量,但是完全扩张后N_2O排放出现明显下降趋势,而CO_2的排放未发生显著变化。同时,氮沉降促进了毛竹未扩张和扩张初期土壤的N_2O排放,而对CO_2排放未产生显著影响。表明在未来气候变化条件下管理亚热带毛竹扩张时,必须明确考虑这些生态系统组成、结构和影响因子之间的影响。