生物炭对土壤固定铜及动植物行为的影响

通过表观吸附、小白菜盆栽、蚯蚓培养试验,研究了700℃玉米秸生物炭不同的施加量(0.5％、1％、2％、5％)对铜的固定、小白菜生物量和铜富集以及蚯蚓SOD活力的影响,以期确定合适的生物炭施加量.吸附试验结果表明,施加生物炭可明显地增加未污染土壤对铜的表观吸附能力.与对照相比,施加生物炭后外源铜污染土壤pH增加了0.21～1.05个单位,有机质含量增加了4.8～23.13 mg/kg,铜形态发生钝化,小白菜可食部铜浓度由89.2 mg/kg下降至80.5～38.6 mg/kg,可食部铜含量(可食部干重与铜浓度的乘积)由0.149 mg下降至0.141～0.097 mg.生物炭降低铜的生物有效性的效果随着施加量的增加而更明显.不过,相对于2％施加量的处理,施加5％的生物炭后,发现小白菜产量降低和蚯蚓SOD活力增加,表明施加高量生物炭会对小白菜和蚯蚓产生胁迫.     

两种生物炭对污染土壤铜有效性的影响

采用盆栽试验,探究了添加不同比例（0, 1%, 2%, 4%）玉米秸秆炭和商陆根生物炭对铜污染红壤中小油菜生长与铜有效性的影响。结果表明,与对照相比,添加两种生物炭均能够增加铜污染红壤上小油菜的生物量。在低铜污染水平下,4%玉米炭和商陆炭处理小油菜生物量分别增加了21.2倍和67.9倍;高铜污染水平下,4%玉米炭和商陆炭处理小油菜生物量分别增加了8.6倍和109.6倍。商陆炭的添加能够显著提高土壤pH值,在低铜污染水平下,商陆炭处理土壤pH值升高了0.4～1.66个单位,较玉米炭处理土壤pH值多升高了0.25～1.35个单位;在高铜污染下,商陆炭处理土壤pH值升高了0.33～1.52个单位,较玉米炭土壤pH值多升高了0.3～1.25个单位。向污染土壤中添加两种生物炭均能够显著降低土壤有效态铜的含量。其中,在低铜污染土壤中,4%玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜含量分别降低了21.9%和45.2%;在高铜污染土壤中,4%玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜含量分别降低了41.9%和53.8%。两种生物炭均能够显著降低小油菜铜累积量,向低铜污染土壤中添加4%的玉米炭和商陆炭,小油菜地上部铜含量下降了21.2%、67.8%。高污染土壤中添加4%的玉米炭和商陆炭小油菜地上部铜含量下降了19.9%、66.8%。两种生物炭均可以改良红壤的酸度,降低土壤铜有效性,并提高小油菜的生物量,降低小油菜铜累积量,但是商陆炭的效果更为明显。     

生物炭和猪粪肥对铜污染土壤中蕹菜生长及铜形态的影响

采用盆栽试验研究了5%质量的生物炭、5%猪粪肥单独或联合施用于外源Cu污染(0、200、400 mg·kg~(-1))土壤,对蕹菜生长和5种形态Cu含量(Tessier提取法)的影响。结果表明:在养分含量不高的Cu污染红壤中,施用猪粪肥能够显著提高蕹菜生物量(平均比CK提高56.4%),并促进蕹菜对Cu的吸收和累积;施用生物炭能降低蕹菜含铜量(平均比CK降低21.1%);单施猪粪肥或联合施用(5%猪粪肥+5%生物炭)的蕹菜含铜量比对照(CK)分别增加了40.2%、31.7%(200 mg·kg~(-1))和27.5%、38.8%(400 mg·kg~(-1));未添加外源Cu污染时,土壤中铜的有机结合态铁锰氧化态碳酸盐结合态可交换态;各形态Cu含量随处理不同差异显著,其中单施猪粪肥的土壤中可交换态和有机物结合态Cu、单施生物炭的土壤中有机物结合态Cu、二者混施的土壤中碳酸盐结合态和有机物结合态Cu与其他形态Cu含量相比均有明显增长的趋势。联合施用猪粪肥及生物炭处理的蕹菜生物量虽比单施猪粪肥的蕹菜生物量略有降低,但与单施猪粪肥相比,钝化土壤重金属的作用明显。     

秸秆还田与生物炭施用影响黑土有机质并缓解土壤酸化

针对黑土“变瘦”、土壤有机质(SOM)下降和酸化问题,通过2年田间原位模拟试验,采用¹³C-核磁共振及差热与热重分析技术,研究了模拟秸秆还田与生物炭施用对SOM量、质以及缓解酸化的影响。基于连续2年秸秆全量还田,设8个处理：无秸秆和生物炭添加为对照(ck);0～15 cm土层土壤与秸秆混合(SI15,模拟秸秆浅旋还田);0～35 cm土层土壤与秸秆混合(SI35,模拟秸秆深混还田);25～35 cm土层4倍量秸秆埋置(SEDI,模拟秸秆富集深还);5～15 cm土层秸秆埋置(SE15,模拟秸秆浅翻压还田局部区域与土壤不混合);25～35 cm土层秸秆埋置(SE35,模拟秸秆深翻压还田局部区域与土壤不混合);0～15 cm土层土壤与4 t/hm²生物炭混合(BC4)以及与12 t/hm²生物炭混合(BC12,模拟生物炭还田)。结果表明：与ck相比,SI15、BC4和BC12处理显著提高SOM含量16.26%～30.35%。SI15、SI35、SEDI、BC4和BC12处理显著增加土壤pH 0.12～0.28,施用生物炭对缓...     

鸡粪生物炭对土壤铜和锌形态及植物吸收的影响

300℃制备的鸡粪生物炭既可以固定碳和重金属,又可以克服鸡粪不当处理所产生的环境问题,但由于鸡粪中Cu和Zn的含量较高,因此使用时可能存在重金属污染风险。本文研究了温室大棚中土壤培养和小白菜盆栽下施用鸡粪生物炭对土壤Cu和Zn形态以及植物吸收的影响。结果表明施用鸡粪生物炭可以明显增加土壤pH,减少土壤有效态Cu含量,小白菜盆栽条件下鸡粪生物炭对有效态Cu抑制程度小于土壤培养。空白土壤中施入鸡粪生物炭后有效态锌的含量增加了6.19 mg·kg~(-1),使用鹿粪则可以减少鸡粪生物炭对土壤有效态Zn含量的影响。随着土壤培养时间的延长,施用鸡粪生物炭可降低酸溶态与可还原态Cu的比例,增加残渣态Cu比例,提高施加鸡粪生物炭处理中可氧化态与残渣态Zn比例。高温高湿环境下施用2%鸡粪生物炭能够促进小白菜的生长,增加小白菜干重,减少小白菜根部重金属Cu和Zn含量,降低Cu和Zn的根富集系数,二次盆栽后添加鸡粪生物炭还能够降低小白菜茎叶部Cu和Zn的含量。以上结果说明,鸡粪生物炭施入土壤后可引起短时间的污染风险,且Zn的污染风险大于Cu,但随着时间的延长,鸡粪生物炭既可促进小白菜的生长,减少Zn的释放,又能固定Cu和Zn,从而减少植物对Cu和Zn的吸收。     

秸秆生物炭配施沼液对土壤有机质和全氮含量的影响

为增加沼液中养分在土壤中的滞留量,提高沼液利用效率,本文采用室内土柱试验,研究了不同生物炭混掺量(CK、0.5%、1.0%、2.0%)、生物炭混掺厚度(0、5、10、15、20 cm)和土壤容重(1.30、1.35 g·m^-3)对土壤有机质和全氮含量的影响。结果表明:土壤容重相同时,土柱入渗液渗出速率随生物炭混掺量和混掺厚度的增加而增大;土壤容重不同时,1.35 g·cm^-3土壤土柱入渗液渗出速率小于1.30 g·cm^-3土壤,土壤有机质和全氮含量均呈1.30 g·cm^-3土壤容重小于1.35 g·cm^-3土壤容重;土柱内有机质和全氮含量随生物炭混掺量增大而逐渐增加,生物炭混掺量为2.0%时对土壤有机质和全氮含量影响最大;土柱内有机质含量随生物炭混掺厚度增大而逐渐增加,生物炭混掺厚度为20 cm时对土壤有机质含量影响最大,而全氮含量在土壤容重为1.30 g·cm^-3、混掺厚度10 cm时影响最显著,土壤容重为1.35 g·cm^-3、混掺厚度15 cm时效果较为显著。研究表明生物炭配施沼液时土壤有机质和全氮含量受生物炭混掺厚度、混掺量和土壤容重综合作用的影响。     

生物炭及炭肥对玉米苗期性状的影响

本文采用盆栽试验,研究施入化肥、生物炭、生物炭肥对玉米苗期性状的影响。研究表明:生物炭肥、生物炭、化肥对玉米出苗率、植株和根系鲜重、干重、根系活力均较对照有促进作用,且这种促进效应表现为生物炭肥化学肥料生物炭。     

有机质对土壤腐殖质组成及其氮素状况的影响

1985-1988年在河南农业大学农站进行了6种不同质地土壤施用有机肥料的盆钵试验。探讨了不同质地土壤上，有机物料对土壤腐殖质组成和氮素变化的影响及有机质的变化规律。结果表明，随施肥量的增加，腐殖质总碳、胡敏酸/富非酸及土壤C/N比在各质地土壤中普遍增高；有机质和全氮含量也随施肥量的增加而变大。但是土壤的C/N比，在3a以后都下降至11.6左右，而趋于稳定。     

生物炭对土壤养分及水分的影响

生物炭是在完全或部分缺氧条件下经生物质热解产生的一种难溶的固态物质,是含碳量高,结构稳定,孔隙大,吸附能力强,呈碱性的多用途材料.生物炭单独作为添加剂应用于土壤可以改善土壤理化性质,增加土壤持水能力,保持土壤养分,提高农作物的产量.与肥料混施,具有缓释功效,能延缓肥料在土壤中释放,降低养分的流失,提高肥料利用率.本文主要从生物炭特性以及生物炭对土壤理化性质、土壤持水能力、土壤养分等方面的影响展开综述,指出了目前研究中需要加强的方面,为生物炭在农业领域的应用推广提供了一些想法.     

生物炭对好氧发酵水溶性有机物及重金属形态的影响

为探究生物炭对发酵过程理化特性、水溶性有机物（DOM）组分以及重金属形态变化的影响机制,以猪粪和秸秆为原料,添加不同比例生物炭作为钝化材料开展好氧发酵试验。结果表明：发酵结束后生物炭添加量为0、5%、15%和25%处理的腐殖质类物质分别增加了22.69%、24.49%、25.32%和25.45%;各处理对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的钝化效率分别为25.80%~47.00%、16.73%~31.34%、31.81%~57.68%和20.00%~71.47%,均使活性相对较高的吸附态向较为稳定的络合态和沉淀态转化;DOM组分、温度、pH、EC和含水率变化对重金属形态均有较大影响,其中富里酸和胡敏酸对可交换态Cu、Zn、Cd和Pb的影响显著,胡敏酸对重金属的络合起主要作用,pH对促进生物炭与重金属离子交换、共沉淀及重金属配合物的稳定性等具有较大的影响。研究表明,在猪粪好氧发酵过程中添加生物炭可促进DOM组分中的富里酸向胡敏酸转化,进而提高了腐殖质的稳定性和重金属的钝化效率。     

非溶解性有机质对沿岸带土壤铜吸附及老化的影响

河流沿岸带土壤是阻滞径流污染进入河流水体的最后屏障。为了探索川渝地区常见残渣中非溶解性有机质(NDOM)对流域土壤铜吸附及老化的影响,以嘉陵江(川渝段)内广元、南部、南充和合川沿岸土壤为研究对象,分别将空心莲子草、柠檬果渣和污泥NDOM以10%的比例添加到各沿岸土壤中,研究不同环境条件下NDOM改良土壤对铜的等温吸附,并分析铜在不同NDOM改良土壤中老化特征。结果显示:相比于柠檬果渣和空心莲子草,污泥NDOM改良土壤对Cu~(2+)吸附效果更好。不同NDOM改良土壤对Cu~(2+)的吸附能力与土壤阳离子交换量和比表面积成正比。Langmuir模型比Freundlich模型更适宜描述NDOM改良土壤对Cu~(2+)的吸附过程。温度的升高可以促进Cu~(2+)的吸附,且Cu~(2+)吸附过程是一个自发、吸热和熵增的过程。各NDOM改良土壤对Cu~(2+)的吸附量随离子强度的增大先升高后降低(0.1 mol·L~(-1)时最大),而随pH值的升高持续增加。随着老化时间的增加,各NDOM改良沿岸土中的离子交换态和碳酸盐结合态铜含量降低,而铁锰氧化物结合态和有机结合态铜含量升高。相比原始土壤,各NDOM改良土壤中的Cu~(2+)迁移能力整体降低。残渣中NDOM可以增强河流沿岸土壤对Cu~(2+)吸附能力,土壤温度和pH越高,Cu~(2+)老化时间越长,改良土壤对Cu~(2+)的吸附阻滞效果越好。     

土壤轻组有机质研究进展

土壤有机质在碳和氮循环及维持土壤生产力等方面具有重要作用,利用密度分组技术可将土壤有机质分成轻组和重组.轻组密度一般<2.0 g.cm-3,通常用密度浮选法分离得到,早期分离轻组的重液是有机溶剂,目前多用水溶性无机盐,结合密度和颗粒大小的分离技术在近年来得到迅速发展.轻组主要由可识别的不同分解阶段的植物残体组成,还包括孢子、种子、动物残体、微生物的残骸以及一些吸附在碎屑上的矿质颗粒.土壤轻组仅占土壤质量的一小部分,但轻组的碳含量一般显著高于全土.轻组物质的碳氮比高,周转速度快,是易变有机碳的良好指标.土壤轻组一般具有明显的季节变化,并大部分聚集在土壤表层,随土层深度的增加而下降.土壤轻组主要受残留物输入的时间、数量、组成以及环境因素的影响,同时轻组对耕作经营措施、作物轮作制度、土地利用、施肥等变化的响应非常敏感.密度分组与颗粒大小分组技术的结合是今后研究轻组的主要技术手段,土地利用和经营管理的变化对土壤轻组数量和性质的时空动态影响是未来的主要研究方向.     

生物质炭对紫色土耕地土壤中溶解性有机物含量和组成特征的影响

选取位于长江上游低山丘陵区的四川盐亭石灰性紫色土和重庆忠县中性紫色土的两种典型耕地(旱地和菜地)土壤,添加0.5%~3.0%生物质炭并经过老化作用,研究生物质炭添加对土壤中可水提的溶解性有机物(DOM)性质的影响。DOM的含量与组分特征分别以溶解性有机碳(DOC)浓度和光谱学特征参数表征。结果表明,石灰性和中性紫色土旱地不添加生物质炭的对照土壤中DOM的平均含量分别为43、65 mg DOC·kg~(-1),相应菜地的对照土壤分别为110、105 mg DOC·kg~(-1);加炭后DOM含量随投加量呈非单调性变化。石灰性和中性紫色土菜地土壤DOM的芳香性和腐殖化程度明显高于旱地土壤。三维荧光光谱的平行因子分析表明,土壤DOM由两种土壤有机质源的类腐殖质组分及一种类色氨酸组分构成,菜地土壤中各组分的含量都明显高于旱地土壤,也具有更高的芳香性和腐殖化程度。综合多种光谱学分析的结果发现,加炭并经过老化后,土壤DOM的组分特征并无明显变化。     

土壤颗粒态有机质中铜和铅的结合特征

为了解土壤颗粒态有机质(POM)中重金属的富集机理,采用化学试剂选择提取方法,把POM中铜和铅分为可交换态、络合态、有机质紧结合态和矿质态等4种形态.结果表明,与细土(＜0.05 mm)相比,POM中铜和铅的有机质紧结合态、可交换态和络合态比例较高;可交换态重金属比例随POM粒径减小而下降,络合态重金属比例却随POM粒径减小而增加.污染土壤中分离获得的POM有较高比例有机质紧结合态铜和铅,而人为添加的铜和铅在POM中主要向络合态和交换态转化.研究认为,污染土壤中有机质紧结合态重金属大多可能是经植物吸收进入土壤后分解残留所致;而POM中络合态和交换态重金属主要通过有机质与土壤重金属的交换和络合作用而富集.     

有机质和粒径对中国4类典型土壤镁吸附量的影响

土壤是植物镁养分的主要来源,但我国南方地区土壤缺镁问题突出。本研究以中国4类典型土壤样品(赤红壤、砖红壤、黄棕壤和草甸土)为供试土壤,分别选用Langmuir、Temkin及Freundlich吸附等温模型拟合镁吸附试验,并进一步研究土壤有机质和粒径对镁吸附的影响。结果表明:1)Langmuir吸附等温模型有效拟合土壤镁吸附数据;2)加有机肥的土壤镁吸附量显著高于去有机质处理,1mm粒径的土壤镁吸附量显著高于2mm粒径土样;3)草甸土的镁吸附量最高,而砖红壤的镁吸附量最低;4)土壤的最大镁吸附量qmax与土壤pH、有机质、阳离子交换量、交换性镁离子具有极显著正相关(P0.01),与粉粒呈显著正相关(P0.05)。综上,土壤中施加有机肥及合理改善土壤颗粒组成结构均能显著增加土壤的镁吸附量。     

冻融循环对猪粪粒径及有机质变化的影响

为探究冻融过程对畜禽粪便的粒径分布及其有机质组成的影响,通过湿筛法分析了经历冻融循环前后猪粪粒径分布的变化,并采用傅里叶变换红外光谱和13C核磁共振光谱对冻融循环处理前后猪粪中提取的有机质组分(溶解性有机质、腐植酸、木质素和蛋白质)的结构进行了表征。结果表明:冻融循环使猪粪的大颗粒发生破碎,并且随着冻融循环次数的增加,破碎的效果也更加明显,经过30次冻融循环处理的猪粪与未经冻融的样品相比,>1000μm的颗粒含量降低了6.73%,38~75μm和<38μm的颗粒含量则分别增加了5.94%和6.13%;冻融循环使猪粪的总有机质含量降低,溶解性有机质含量升高,不饱和有机质增加,并产生了更多的氨基酸以及—COO—和C=O基团。其中,溶解性有机质的芳香度降低,腐植酸和木质素的芳香度基本不变,而蛋白质的芳香度增加。研究表明,冻融循环可能会增加畜禽粪便在自然环境中的溶解度和流动性。     

不同有机改良剂对矿区土壤溶解性有机质及其铅赋存形态的影响机制

为探讨不同来源有机改良剂对污染土壤溶解性有机质(DOM)分子特征及重金属环境行为的影响机制,本研究选择3种不同来源的有机改良剂,以海南省昌化矿区铅(Pb)污染土壤为研究对象,以不施有机改良剂的土壤为空白对照处理,对3种不同有机改良剂处理(添加5%羊粪、海藻有机肥、小麦秸秆生物炭)的土壤进行培养实验。结果表明：施用有机改良剂能显著提高土壤溶解性有机碳(DOC)含量,在培养后期DOC含量逐渐降低;除了生物炭,其他3种处理高分子量芳香碳类物质(C2)占比随培养时间增加而降低,较低分子量的氧化醌类物质(C3)占比提高。红外光谱特征表明施用有机改良剂后土壤中DOM的官能团主要是氨基酸N H键和羟基OH;随着培养时间的增加,4种处理均能提高土壤中水溶态Pb含量,其中海藻处理的水溶态Pb含量最高,达到1.91 mg·kg^-1,可还原态/铁锰氧化物结合态是Pb的主要存在形态(48%～54%)。不同培养时间的冗余分析表明土壤DOC含量以及相关官能团与土壤Pb含量和形态存在相关性,土壤溶液中的Pb主要受控于土壤溶液中的DOM,海藻和羊粪处理能够增加土壤中水溶态Pb和EDTA-Pb的含...     

虾壳生物炭对Cd-As复合污染土壤修复效应及土壤可溶性有机碳含量的影响

为探究虾壳生物炭对Cd、As复合污染土壤的修复效果和作用机制,将小龙虾壳厌氧热解制备成生物炭,通过土壤静态培养实验,在广东酸性和新疆碱性Cd、As复合污染土壤中添加不同剂量的虾壳生物炭(质量比为0.5%、1%和3%),研究虾壳生物炭对土壤理化性质、Cd-As有效性和形态分布特征的影响,同时分析其对土壤可溶性有机碳的影响。结果表明:施加虾壳生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷含量(P0.05),增幅随生物炭添加量的增加而增大。与不加生物炭的对照相比,添加0.5%～3%虾壳生物炭可使酸性土壤有效态Cd含量显著降低15.76%～26.50%,却使有效态As含量增加11.64%～24.53%;而生物炭添加可显著降低碱性土壤中有效态As、Cd含量(P0.05),降幅分别为3.51%～8.12%和4.43%～28.90%。在土壤As、Cd形态分布上,添加虾壳生物炭增加了土壤中钙结合态As的比例,促进了土壤Cd由可交换态向残渣态转化。此外,添加虾壳生物炭显著提高了土壤可溶性有机碳含量,且土壤可溶性有机物的紫外光区吸收强度和芳香化程度有所增强。研究表明,虾壳生物炭可降低碱性土壤中Cd、As有效性,同时提高土壤养分含量,是一种绿色可持续的土壤钝化修复材料,具备碱性土壤Cd、As复合污染修复的潜在应用价值。