不同原料生物炭对氮、磷、钾的吸附和解吸特性

【目的】通过三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 对氮、磷、钾的吸附解吸试验,了解不同材料来源的生物炭对无机养分的吸附和解吸特征,为将其作为添加物来调节有机肥的性质提供参考。【方法】在pH 6.75 ± 0.25、25℃下,采用Langmuir和Freundlich方程对三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 氮、磷、钾的等温吸附进行拟合。对吸附养分后的生物炭进行连续5次解吸,前4次采用水浸提,第5次浸提采用1 mol/L KCl浸提氮,0.5 mol/L的NaHCO₃浸提磷,1 mol/L的CH₃COONH₄浸提钾。【结果】1) Langmuir和Freundlich方程均可用来拟合生物炭对氮、磷、钾的等温吸附,Langmuir方程对氮、磷的吸附拟合较好,Freundlich方程对钾的吸附拟合较好。对不同原材料而言,稻秆炭对氮、磷、钾的吸附性能均较好,其最大吸附量q_m分别为 (2.44 ± 0.15) mg/g、(2.91 ± 0.12) mg/g和 (4.97 ± 0.22) mg/g。2) 不同原材料生物炭对氮、磷、钾的单次解吸率和总解吸率具有一定的差异。生物炭对阳离子 (铵根离子和钾离子) 的最大吸附量受阳离子交换量和酸性官能团的数量以及pH_pzc影响,对磷酸根的最大吸附量主要与阳离子交换量和碱性官能团的数量有关。【结论】所试三种生物炭对氮、磷、钾的吸附存在单分子层吸附和多分子层吸附,在单次解吸率和总解吸率上不同原料生物炭存在一定的差异性。在生物炭对氮和钾吸附的总量上,物理性吸附的贡献高于化学吸附;对磷的吸附总量上,化学吸附的贡献高于物理吸附。三种生物炭对氮、磷、钾的固储和缓释能力具有一定的差异,稻秆炭的保肥供肥能力优于玉米秆炭和稻壳炭。     

间作对红壤磷素吸附解吸平衡效应的影响

磷素的吸附和解吸特性对土壤磷素迁移及其环境效应具有重要影响,过量磷肥施入易造成土壤磷素固定和流失,但合理间作可促进磷素吸收利用,减少固定,研究间作和不同施磷量条件下红壤磷素吸附解吸特性的平衡效应对促进红壤磷的高效利用,兼顾环境效应具有重要意义。本研究采取2因素裂区区组试验,主因素为种植模式,分别为与玉米||大豆(IM)、单作玉米(MM);副因素为施磷水平,分别为P0 [0 kg(P_2O_5)·hm~(-2)]、P60 [60 kg(P_2O_5)·hm~(-2)]、P90 [90 kg(P_2O_5)·hm~(-2)]、P120 [120 kg(P_2O_5)·hm~(-2)] 4个施磷水平,通过田间试验,研究间作和施磷量对红壤磷素吸附解吸平衡效应的影响;应用结构方程模型(SEM)和邻接树法(ABT)定量分析间作和施磷水平对磷吸附和解吸的相对贡献,揭示间作影响红壤磷素吸附解吸的关键因子。结果表明:1) Langmuir等温吸附方程最适合红壤对磷的吸附特征拟合,土壤磷吸附量随平衡溶液磷浓度的增加呈先增加再趋于饱和的趋势,土壤磷吸附量随施磷量的增加逐渐降低。2)种植模式和施磷水平以及交互作用极显著(P0.01)影响红壤磷素的吸附量和解吸量。间作处理较单作磷素吸附量和解吸量分别增加22.9%和9.2%(P0.05);不同施磷水平下,间作磷吸附量较单作显著增加13.0%、19.4%、41.5%和23.9%(P0.05);磷解吸量在P0和P60处理间作较单作显著增加90.2%和194.4%(P0.05),而在P90和P120处理间作较单作减少52.1%和34.1%(P0.05)。3)不同种植模式与施磷水平下,土壤磷吸附量与土壤pH、有机质、树脂磷、有效磷、全磷以及磷吸附饱和度呈极显著负相关(P0.01),与游离氧化铁、游离氧化铝和磷吸持指数呈极显著正相关(P0.01),土壤磷解吸量与标准需磷量呈极显著负相关(P0.01)。红壤磷素的吸附和解吸主要受pH、有机质和游离氧化铁的影响,间作通过改变土壤的pH、有机质和游离氧化铁含量影响红壤磷吸附量和解吸量。玉米||大豆间作具有较好的土壤磷缓冲能力,低磷水平下促进磷素大量解吸供植物吸收利用,高磷水平下促进磷素吸附有效减缓磷素的损失。     

长期施肥条件下石灰性潮土磷的吸附解吸特征

采用Langmuir方程、Freundlich方程及其扩展形式对长期施肥土壤磷的吸附和解吸特征进行了研究。结果表明,双面Langmuir方程和三种Freundlich方程能较好描述石灰性潮土壤对磷的吸附,方程决定系数r2均接近0.99。长期施用有机肥能减少土壤对磷的吸附,表现在土壤对磷的理论最大吸附量（Qm）降低以及吸附结合能常数K值下降。与长期施用化肥相比,长期施用有机肥土壤新吸附的磷也更容易解吸,土壤磷的解吸率从化肥处理的15%左右提高到20%以上。钾肥的施用增大了石灰性潮土对磷的吸附容量,磷的吸附结合能明显提高,意味着化肥钾的施用可能导致土壤磷向作物难利用方向转化,但有机肥与钾肥配合施用,钾肥的这种不良作用得到明显的改善。     

酸性条件下粉砂质壤土对Cd~(2+)的吸附解吸特性研究

为了解酸性条件下粉砂质壤土对Cd2+的吸附-解吸机制,采用一次平衡法进行了不同pH值条件下壤土对Cd2+的吸附-解吸实验。结果表明:壤土对Cd2+的吸附量和吸附率均随着pH值升高而增加,不同初始浓度下达到的最大吸附率为0.69~0.95,酸性条件下壤土对Cd2+的等温吸附Freundlich方程拟合效果最好,通过拟合的Langmuir方程计算出壤土对Cd2+的饱和吸附量为2 500 mg/kg。Cd2+的解吸量和解吸前的吸附量呈显著正相关线性关系,解吸率随着pH值升高而减小,pH值从2以等间隔1变化到6,平均解吸率依次为1.11、0.33、0.07、0.06、0.06;表明在酸性污水灌溉条件下污灌壤土中的镉易向下迁移,污染深层土壤和地下水。     

秸秆和硫酸铝改良剂对苏打盐碱土吸附腐殖酸性能的影响

为了揭示硫酸铝改良剂对苏打盐碱土在秸秆还田条件下固碳性能的影响,研究了添加秸秆和硫酸铝并于恒温条件下培养300天后的盐碱土对腐殖酸的吸附性能。结果表明:在腐殖酸吸附动力学中,秸秆和硫酸铝不同添加量条件下,盐碱土对腐殖酸的吸附均在120min时达到平衡,准二级动力学方程拟合效果最好,R2值最高(0.936)。Langmuir方程和Freundlich方程均可较好地拟合盐碱土对腐殖酸的等温吸附。添加相同比例的玉米秸秆条件下,Langmuir方程拟合获得的最大吸附量分别表现为69.335,42.830,40.498,42.593mg/g。而添加同等比例的硫酸铝改良剂条件下,最大吸附量分别表现为21.358,32.647,69.335,49.232,62.375,42.830mg/g。     

铜尾矿对水溶液中磷的吸附与解吸

为研究铜尾矿作为吸附剂对水溶液中磷的吸附与解吸,从铜陵尾矿库采取尾矿样本,以其作为吸附材料对KH2PO4配制的水溶液进行吸附,用比色法测定磷的平衡浓度,然后计算平衡吸附量和解吸量。结果表明,Langmuir和Freundlich等温吸附方程能够较好地描述铜尾矿对水溶液中磷的吸附过程;尾矿废弃物对水溶液中磷酸根的吸附量与尾矿样本中游离氧化铁、晶质氧化铁、有机络合铁含量以及烧失量呈极显著正相关,而与pH呈极显著负相关;各种植物群落下A层尾矿对磷的吸附量低于C层,尾矿对水溶液中磷的平均最大吸附量超过0.85 mg.g-1,铜官山老尾矿库白茅群落下硬盘层对水溶液中磷的平均最大吸附量达到8.66 mg.g-1,被铜尾矿吸附的磷的平均解吸率低于5%。     

不同磷浓度对土壤吸附锌特性的影响

通过等温吸附试验,研究了不同磷浓度条件下水、旱田两种土壤吸附锌的规律,结果表明:在本试验条件下,以Freundlich方程拟合土壤对锌的吸附等温线的效果最好;不同磷浓度条件下,同一土壤的吸附等温线方程参数k和n均没有显著的变化;不同磷浓度对土壤吸附锌的量没有显著影响。因此,磷锌拮抗的原因可能不是施磷加强了土壤对锌的吸附作用。     

冻融对东北黑土硒酸盐吸附解吸的影响

为探究冻融过程对东北黑土硒酸盐(Se(Ⅵ))吸附、解吸的影响机理,通过室内不同初始含水率及冻融次数模拟冻融循环,随后利用冻融后土壤进行Se(Ⅵ)的吸附和解吸试验,分别采用Langumuir和Freundlich方程对Se (Ⅵ)吸附过程进行拟合.结果 表明:冻融显著(P＜0.05)改变了东北黑土pH值、有机质、球囊霉素...     

腐殖酸对农田土壤磷素吸附行为的影响研究

土壤有机腐殖酸类物质具有巨大的比表面积和表面活化基团,在土壤污染物和养分的吸附、利用和转化过程中起着重要作用。该研究选取5种中国典型农区土壤,采用增加和减少有机腐殖酸类物质含量的方法,设置不同含量梯度,利用振荡平衡法来定量研究不同腐殖酸含量对磷素吸附特性的影响,并对其利用Freundlich、Langumuir和Temkin方程来进行定量化拟合分析研究,试图定量探讨有机腐殖酸类物质对磷素吸附行为的影响。研究结果表明:Freundlich、Langumuir和Temkin这3种方程均可对磷素吸附特征进行拟合,但拟合相关性以Freundlich最好,对于不同土壤而言,对磷素吸附拟合方程的适应性,以Freundlich方程对黑土和红土最好,塿土和黑垆土次之,潮土最差。加入腐殖酸明显地减少土壤对磷素的吸附量和吸附速率。腐殖酸对于土壤磷素有一定的活化激发作用,无论是增加还是减少腐殖酸时,黑土和红土对磷素的最大吸附量变化比例不是很大,而塿土和黑垆土变化最大,可以减少50%～60%左右,而潮土次之。腐殖酸可作为土壤P素增效剂,改善肥料物理性状,提高其稳定性和有效性,尤其是在黄土高原石灰性土更为有效。     

玉米秸秆还田及施磷量对黑土磷吸附与解吸特性的影响

以探究松嫩平原玉米连作条件下,秸秆还田与施磷量互作对黑土磷吸附与解吸特性的影响为目的。该试验采取二因素裂区试验设计,主因素为玉米秸秆还田方式,分别为秸秆不还田(S0)、秸秆翻埋还田(S1)和秸秆焚烧还田(S2);副因素为施磷水平,分别为0(P0)、34.50(P1)、69(P2)、103.50(P3)kg/hm~2(P_2O_5)。结果表明:1)Langmuir等温吸附方程最适合拟合黑土对磷的吸附特征。2)秸秆还田与施磷量均显著影响黑土对磷的吸附与解吸特性,且两者互作效应显著。在相同秸秆还田方式下,随着施磷量的增加,土壤对磷的吸附能力均逐渐降低,而土壤中磷的解吸量和解吸率均逐渐增加,其中以S0条件下差异最大,S2条件下次之,S1条件下差异最小。在相同施磷水平下,与S0处理相比,S1和S2均能降低土壤对磷的吸附能力,增加土壤中磷的解吸量和解吸率,其中以不施磷肥(P0)处理下差异最大,而在施高磷(P3)处理下差异不显著,此外,S1与S2在各施磷水平下差异均不显著。3)不同施磷处理下的标准需磷量(standardPrequirement,SPR)为71.02～91.67 kg/hm~2,其中以S1P2处理的SPR(73.58 kg/hm~2)与P2施磷水平(69 kg/hm~2)最相近,是松嫩平原黑土区较为适宜的施磷方式。     

Sorption of 2,4,6-trichlorophenol in model humic acid-clay systems

Humic acids and clays are important soil components that influence the sorption and desorption of organic contaminants; however, it is unclear how humic acids influence the sorption of organic contaminants onto clays and their subsequent desorption. Sorption and desorption of 2,4,6-trichlorophenol (2,4,6-TCP) by and from humic acid-modified K(+)- and Ca(2+)-montmorillonite and -illite were compared with unmodified clays using batch equilibration methods. Commercial humic acid and the humic acid extracted from forest soil were employed in this experiment. The adsorbed amount of 2,4,6-TCP by commercial humic acid was almost twice as large as that adsorbed by the extracted soil humic acid. More 2,4,6-TCP was sorbed onto K(+)- and Ca(2+)-illite than onto K(+)- and Ca(2+)-montmorillonite. K(+) clays were more effective in adsorbing 2,4,6-TCP than Ca(2+) clays. Sorption of 2,4,6-TCP on humic acid-modified Ca(2+)- and K(+)-montmorillonite and -illite increased as compared with unmodified clays. The sorption nonlinearity of 2,4,6-TCP on humic acid-modified Ca(2+)- and K(+)-illite increased remarkably as compared with the unmodified clays. The sorption nonlinearity of 2,4,6-TCP on humic acid-modified Ca(2+)- and K(+)-montmorillonite increased slightly in contrast to unmodified montmorillonites. By comparing sorption and desorption results, we observed hysteresis for all sorbents including humic acids, clays, and humic acid-modified clays. Sorption nonlinearity and hysteresis were dependent on the structure of humic acids. Higher aromaticity of humic acids resulted in greater sorption nonlinearity and desorption hysteresis. In addition, sorption capacity (K(f)') was positively correlated with the humic acid content of the sorbents. These results show that modification of humic acids on clays can not only increase the adsorption ability of clays but also affect the sorption nonlinearity of 2,4,6-TCP, and the desorption hysteresis was probably due to the structural characteristics of humic acids.     

褐煤腐殖酸对铵的吸附特性研究

研究了铵浓度、处理时间及介质pH对2种褐煤腐殖酸吸附铵的影响及其规律。结果表明,褐煤腐殖酸对铵的吸附等温式可用Freundlich等温曲线描述,其动力学吸附方程用Elovich方程描述最佳。在pH7.04时,介质pH的升高有利于铵的吸附。当pH4.03时,主要以物理吸附为主;当4.03.     

不同处理褐煤腐殖酸对磷吸附特性的研究

采用吸附等温线的试验方法,研究了平衡溶液中磷浓度、反应时间及介质pH对不同处理的2种褐煤腐殖酸吸附磷的影响及其规律性。结果表明:在试验pH范围内,pH的升高减缓了吸附反应进行的速度,对于未经硝酸处理的样品S1,在pH为4.7时,吸附量和分配系数有一最大值,而样品S2,随着pH的升高,吸附量和分配系数一直减小;经硝酸处理后,样品对磷的吸附能力降低,一定条件下其单位吸附量仅为处理前的5.33%。适宜的固液比例可提高2个不同处理供试样品对磷的单位吸附量,其等温吸附规律可用Langmuir方程来加以描述;其吸附动力学用Elovich方程描述最佳。     

Measurement of electrostatic and site-specific associations of alkali metal cations with humic acid

A discontinuous acidimetric titration method incorporating ultrafiltration was developed to measure the association of a soil humic acid with Li⁺ t, Na⁺ and K⁺ (pH 3 to 8). In addition, possible site-specific binding of these alkali metal cations was investigated using desorption experiments at pH 1. Li, Na and K cations behaved equivalently in the titrations and the amounts of these cations associated with the humic acid was measurable at all pH values between 3 and 8. Up to 90% of the total alkali metal cation was humate-associated at pH 8. The absolute amount of humic-associated cation did not depend on the alkali metal cation concentration, but rather on the solution alkalinity. In addition, the net charge of the humate polyanion made a negligible contribution to the electroneutrality of the bulk solution under all conditions. These results are consistent with a diffuse layer model of hydrated humic acid in which the alkali metal cations neutralize the humic charge. The association of Na+ andK+ with humic acid at pH 1 was successfully described by a Langmuir adsorption model. The number of sites per g of humic acid was very small, and greater for K+ than for Nat. Lithium cations exhibited no detectable humic association at pH 1. These differences suggest that humic acids may have a small number of specific binding sites for which the size of the hydrated cation is important.     

农田生态条件对灰漠土养分及胡敏酸特性的影响

通过比较荒地和玉米地土壤养分、胡敏酸热解特性和红外光谱特征,研究了灰漠土农田生态条件对土壤养分和有机质特性的影响。结果表明,种植玉米增加土壤有机质、全N、全P、全K、缓效钾和碱解氮的含量,但使速效磷和速效钾含量下降,土壤pH略有下降。荒地土壤胡敏酸的脂肪族侧链较多,胡敏酸较年轻,而玉米地土壤胡敏酸侧链较少,胡敏酸相对较老。荒地土壤胡敏酸的脂族性强于玉米地。农田生态条件使土壤胡敏酸老化。     

褐煤腐植酸对钾的吸附特性研究

为给褐煤的有效利用和腐植酸缓效肥的研制提供理论依据，本试验采用吸附等温线的试验方法，探讨了K⁺平衡溶液浓度、平衡时间、pH值及固液比对褐煤腐植酸钾吸附的影响。结果表明：介质pH值升高有利于腐植酸样品对钾的吸附，且能加快吸附反应的速度；当pH<4.4时，K_d1>K_d2，此时以物理吸附为主。当7.12K_d1<K_d2，化学交换占主导地位。其等温吸附曲线符合Langmuir吸附形式，动力学吸附用Elovich方程描速最佳。经硝酸处理后的褐煤腐植酸样品对钾的吸附能力有了一定程度的提高。适宜的固液比能提高2种样品对钾的单位吸附量，分别在固液比为0.06和0.04时达最大，其单位吸附量分别为0.079 g/g和0.094 g/g。     

Competitive adsorption of humus acids and phosphate on goethite, gibbsite and two tropical soils

Competition in adsorption between humic acid (HA) or fulvic acid (FA) and phosphate on synthetic goethite, gibbsite and two tropical soils was studied. The results for both goethite and gibbsite showed that HA and FA competed strongly with phosphate for adsorption sites at low pH values. The soils showed a similar result with a reduction in phosphate adsorption resulting from the addition of HA at the pH of the soils. The competition between HA and phosphate at different pH levels is illustrated by comparing the adsorption envelopes for phosphate on goethite, gibbsite and the two soils in the presence and absence of HA. The trends observed may be explained by the relative positions of the maximum buffer-power (buffer capacity) of the organic acids and of phosphoric acid which are shown to lie in different pH ranges.     

不同分子量腐植酸的结构特征及其对土壤镉有效性的影响

为探究不同分子量腐植酸组分的结构特征,本研究利用褐煤粉提取腐植酸进行超滤分级,获得四个不同分子量的腐植酸组分。研究发现,分子量大于50 kDa和小于1 kDa的腐植酸分别占总腐植酸的49.66%、47.07%,中间两个组分占比很小；腐植酸的理化性质和功能主要是由1 kDa以下的腐植酸和50 kDa以上的腐植酸所决定的。1 kDa以下的腐植酸总酸性基、羧基和酚羟基官能团含量最高,酚羟基占总酸性基的比例也较高,腐植酸的芳香化程度、缩合度随分子量的增大而增大,含氧官能团含量、E4/E6值随分子量的增大而减少。通过盆栽试验,探索了不同分子量腐植酸对土壤镉有效性的影响,土壤对镉的吸附量随腐植酸分子量的增大而减少,各处理均在500 mg/L时达到吸附平衡；土壤镉的解吸量亦随腐植酸分子量的增大而减少。小分子量腐植酸的酸性官能团丰富,对土壤重金属的吸附络合能力更强,可以降低土壤对镉的吸持能力,提高其移动性和生物有效性；大分子腐植酸则主要起吸持和固定作用,降低重金属的移动性和生物有效性。     

不同来源腐殖酸对铜吸附量和吸附机制的研究

本研究从三种供试材料:草炭、褐煤和风化煤中提取腐殖酸,采用NH4OAc和EDTA两种解吸剂,研究三种来源腐殖酸对Cu2+的吸附能力和吸附机制。研究结果表明:三种来源腐殖酸对Cu2+的吸附在吸附量上没有明显差异,但吸附机制却并不完全相同。三种来源腐殖酸对Cu2+的吸附均主要通过离子交换和络合(或螯合)作用,其中,草炭和褐煤提取的腐殖酸的离子交换作用显著大于风化煤提取的腐殖酸,而风化煤提取的腐殖酸的络合(或螯合)作用则明显大于草炭和褐煤提取的腐殖酸。