小麦秸秆生物炭对石油烃污染土壤的修复作用

以小麦秸秆为原材料,在300℃下缺氧裂解3、6、8 h制备生物炭,比较了3种生物炭的产率、pH值、灰分以及C、H、N元素含量,表征了300℃、6 h生物炭的表面形态,并用其作为修复材料,对大港油田的石油污染土壤进行修复。结果表明,随裂解时间的延长,生物炭产率下降,pH值升高,灰分含量增加,H/C值下降,但产率、pH值、灰分和H/C值都是从3 h到6 h差异显著,6 h到8 h差异不显著。C元素含量先升高后下降。石油污染土壤经生物炭修复14 d和28d后,总石油烃降解率分别为45.48%和46.88%,均显著高于对照组。修复14 d后土壤中的萘、苊、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3-cd]芘也都有不同程度的下降,其中苯并[a]芘含量下降幅度达98.18%,其他几种PAH的降解率也都高于对照组,28 d后这些PAH的含量又有上升趋势。这说明小麦秸秆裂解时间对生物炭的性质有影响;300℃、6h生物炭可以用来修复石油污染的土壤。     

生物炭复配矿物质钝化修复重金属复合污染土壤的研究

选取稻壳生物炭、木屑生物炭、羟基磷灰石及蒙脱石作为钝化材料,按钝化剂5:土壤100的重量比添加到重金属复合污染土壤中,通过测定土壤重金属形态变化,研究了钝化材料修复重金属复合污染土壤的效果及其机理。结果表明:生物炭和矿物质均能有效固定土壤中重金属,其中羟基磷灰石的钝化效果最好,对土壤镉、铜和铅的固定化率分别为76.24%、74.26%和98.13%。蒙脱石的钝化效果最差。添加钝化剂后土壤重金属中的酸可提取态和可还原态向着更加稳定的可氧化态和残渣态转化,土壤重金属活性态比例下降。生物炭复配矿物质处理对土壤重金属的钝化效果介于单一生物炭处理和单一矿物质处理之间。此外,生物炭及矿物质均能有效地提高土壤pH,pH可能是影响土壤修复效果的关键因素。     

含磷材料及生物炭对复合重金属污染土壤修复效果与修复机理

选取含磷材料（胛）、牛粪生物炭（DM）和水稻秸秆生物炭（Rs）实施Pb、Zn、Cd复合污染土壤化学稳定修复,进而评价修复效果,并分析影响因素;借助BCR连续提取法和x射线衍射光谱（XRD）探讨可能存在的修复机理。经过56d的化学稳定修复,修复材料均能显著降低TCLP提取态Pb、zn、cd,修复效果均为：Pb〉Zn〉Cd。三种修复材料对Pb、cd的修复效果为Er〉DM〉RS,对zn的修复效果基本相同。胛处理使土壤TCLP提取态的Pb、zn、cd分别降低了77．6％、31．5％、27．9％;DM处理使TCLP提取态的Pb、zn、cd分别降低了56．0％、26．1％、10．O％;RS处理使TCLP提取态的Pb、zn、cd分别降低了35．8％,25．0％和4．4％。三种修复材料均可促进Pb、cd从不稳定态向稳定状态转化。胛对Ph的固定机理主要是溶解一沉淀,XRD证明有Ca2Pb8（PO4）6（OH）2和Pb10（PO4）6（OH）2沉淀生成;DM固定Pb包括沉淀、吸附、离子交换等,XRD证明有Ca2Pb8（PO4）6（OH）2生成;Rs固定Pb主要为吸附、离子交换。研究结果表明,含磷材料和牛粪生物炭可作为理想的土壤Pb、zn、cd的修复材料。     

改性生物炭对重金属污染修复研究进展及其机制分析

土壤重金属污染严重威胁农业安全。近年来,生物炭作为一种土壤重金属污染修复的新型材料受到广大学者的关注,如何通过改性方法强化生物炭吸附能力,提高生物炭的安全性、高效性和环境友好性是近年来的研究热点。论文综述了生物炭的基本特征,改性生物炭的原料来源,常见改性方法,吸附固定重金属的作用机制,并对改性生物炭功能及其应用拓展进行了展望,以期为土壤重金属修复材料的筛选提供理论依据。     

生物炭修复重金属污染农田土壤的机制及应用研究进展

将生物质转化为生物炭并用于重金属污染农田土壤修复中,是有效利用生物质资源、保障粮食安全的有效途径之一。然而,生物炭的应用效率受其特性和土壤环境影响极大。该研究综述了生物炭特性,并探讨了生物质和热解温度对其影响规律,阐明了生物炭对重金属的直接固定作用,以及通过影响土壤pH值、阳离子交换量（Cation Exchange Capacity,CEC）、矿物组分和有机质等,进而间接固定重金属的作用机制。同时,该文系统总结了国内外生物炭在田间试验中的应用,从土壤重金属迁移性和生物有效性、作物累积重金属和作物产量等3个方面阐明了生物炭的应用效果和作用规律。针对田间试验条件区别于室内试验的特殊性,探讨了生物炭施撒方式及用量、施肥等田间管理和气候环境等现场条件对生物炭应用的影响,并对今后完善生物炭在土壤修复中作用机制、扩大研究尺度和长期土壤监测等方面研究进行了展望。     

磁性玉米秸秆生物炭对水体中Cd的去除作用及回收利用

以农田生态系统废弃农作物秸秆资源化利用为前提,以生物炭去除水体重金属镉(Cd)污染及其回收利用为目的,该文以500℃裂解的原始玉米秸秆生物炭(MSB,maize straw biochar)和磁性玉米秸秆生物炭(MMSB,magnetic maize straw biochar)试验材料,在2种生物炭的表面性状进行表征的基础上,探究了不同吸附条件下生物炭对污染水体中Cd(Ⅱ)的吸附去除作用及其回收利用的可能性。结果表明:MSB和MMSB对Cd(Ⅱ)的吸附量在pH值为5时达到最大,其最大吸附量分别为27.52和33.45 mg/g;当MSB和MMSB添加量为1.4和0.8 g/L时,对Cd(Ⅱ)的去除率分别可达85.15%和95.48%;Langmuir方程能更好地模拟等温吸附行为,MSB和MMSB达到平衡时的最大吸附容量分别为26.03和43.45 mg/g,趋近实际值;动力学数据与二级动力学方程拟合度更高,MSB和MMSB的平衡吸附量Qe理论值分别为13.42和24.31 mg/g;MMSB对其表面吸附Cd(Ⅱ)的解吸率均显著低于MSB。磁性生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附效率和固着能力增强可能与其较高的pH值、更大的比表面积、更多的极性含氧官能团有关。此外,在外部存在磁场的情况下,磁性生物炭可以通过磁力作用加以回收再利用。研究成果对促进农业废弃物的资源化利用以及水体环境中重金属净化技术的进步均有重要意义。     

植物根系分泌物对锅锌尾矿污染土壤中重金属的活化效应

植物分泌的低分子量有机酸通过形成可溶性络全物而啬生金属元素在根际土壤的移动性。本文对根际分泌物如柠檬酸、酒石酸、草酸、琥珀酸、天冬氨酸、谷氨酸对铅锌矿尾砂及其废水污染土壤中Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ的溶解怀影响进行实验,证明１６ｍｍｏｌ／Ｌ的有机酸和氨基酸对土壤中重金属Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ具有较强的活化效应,其中柠檬酸、酒石酸和草酸的活化能力最强。     

不同生物炭制备条件对重金属在秸秆生物炭中存留的影响

项目研究了重金属修复基地水稻、玉米、油菜、高粱4种修复材料秸秆的热重反应,并首次探讨了重金属修复材料在制备生物炭过程中,不同生物炭制备条件对重金属在生物炭中留存的影响。结果表明:四种秸秆热重反应变化趋势基本一致,失重主要发生在200～400℃之间,而在400～600℃区间,基本保持恒重。水稻秸秆失重率90%明显高于其他三种秸秆失重率75%。在不同终点温度条件下(350～550℃),重金属在生物炭中浓度有增加趋势,其百分比例均随温度的升高而降低,原料利用热值则在400℃最高。在不同升温速率和保温时间下,重金属在生物炭中的含量随升温速率升高和保温时间的延长而升高,生物炭得率和秸秆综合利用热值却随之下降。因此,秸秆生物炭制备过程中为获得较低重金属含量和高热值的生物炭,建议以400℃为终点温度,升温速率不宜过快,保温时间不宜过长,分别在1℃min^-1和1 h左右即可。     

生物炭对大豆根际土壤酶活性及产量的影响

研究不同生物炭施用量对大豆增产与根际土壤酶活性的影响,为大豆增产提供合理的生物炭施用量。以当地常规施肥为对照(CK),设置生物炭处理27 kg·hm^-2(B1)、54 kg·hm^-2(B2)、81 kg·hm^-2(B3)、108 kg·hm^-2(B4),生物炭与常规肥混匀沟施。结果表明：B3处理可以显著提高大豆根际土壤脲酶活性、过氧化氢酶活性以及土壤酸性磷酸酶活性;土壤β-葡萄糖苷酶活性则表现为在大豆营养生长期间B1处理酶活性最高,在生殖生长阶段B4处理酶活性最高;生物炭对土壤蔗糖酶活性的影响不显著。B3处理显著增加了大豆株高、单株荚数、有效荚数、单株粒重、百粒重及产量,各因素分别较CK增加了13.13%、32.11%、45.73%、17.41%、7.80%及7.35%。生物炭可以提高土壤酶活性、改善土壤微环境,与化肥配施可以显著增加大豆株高、有效荚数和百粒重,进而促进农作物增产增收。     

生物有机肥和生物炭对Cd和Pb污染稻田土壤修复的研究

在田间试验条件下,研究施用生物有机肥和生物炭对稻田Cd和Pb污染的钝化修复效果。研究结果表明:施用生物有机肥和生物炭处理可以提高土壤p H值以及土壤养分含量,并显著降低土壤有效态Cd和Pb的含量,且土壤p H值与土壤有效态Cd和Pb的含量呈极显著负相关;生物有机肥和生物炭处理还可以降低水稻体内Cd和Pb的含量,其中水稻糙米Cd降幅达到了22.00%和18.34%,水稻糙米Pb含量的降幅也达到了33.46%和12.31%,且水稻糙米Cd和Pb的含量与土壤有效态Cd和Pb的含量呈显著正相关。综合各处理对土壤p H值、土壤养分含量、土壤有效态Cd和Pb的含量以及水稻Cd和Pb的影响,可以看出生物有机肥和生物炭处理对于Cd和Pb污染稻田土壤有较好的修复效果。     

秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放的影响差异

采用室内培养试验,向土壤中添加小麦秸秆和不同量生物质炭,同时比较探究秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放及微生物活性的影响差异。试验共设5个处理:土壤(S)、土壤+1%小麦秸秆(WT)、土壤+1%生物质炭(BC1)、土壤+2%生物质炭(BC2)和土壤+4%生物质炭(BC4)。在培养期内,施秸秆处理土壤CO2排放量比对照处理S显著增加约12.60%~2005.63%,而施生物质炭处理降低约51.49%~97.93%。施秸秆处理的温室气体增温潜势(GWP)是对照处理S的1.12~19.24倍,而施生物质炭处理,即处理BC1、BC2和BC4的GWP分别降低了0.27%~64.06%,15.78%~94.01%和29.43%~92.28%。小麦秸秆施用会明显增加土壤温室气体排放,增加温室效应;而添加生物质炭对土壤CO2、N2O排放表现出一定的抑制作用,并明显减弱温室气体增温潜势,即生物质炭能明显减弱温室效应。添加小麦秸秆促进土壤微生物生物量碳的增加,提高FDA水解酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性;生物质炭施用一段时间后对土壤过氧化氢酶活性表现为显著激活作用。     

长期秸秆还田对污染农田土壤与农产品重金属的影响

在浙东某地选择一污染农田,布设了秸秆还田、秸秆不还田、秸秆还田+石灰及秸秆不还田+石灰4个处理试验,进行了为期9年的土壤、秸秆、谷物、蔬菜等农产品中重金属动态监测。结果表明,污染农田中施用石灰可明显降低水稻秸秆和谷物及蔬菜中重金属的积累,但对土壤重金属含量影响不明显;施用石灰对水稻秸秆和谷物及蔬菜中重金属降低作用随试验时间逐渐减弱。与秸秆不还田比较,秸秆还田在短期内对土壤、水稻秸秆和蔬菜重金属积累的影响较小,但4~5年后秸秆不还田农田土壤镉、汞积累及水稻秸秆和蔬菜中镉、铅、汞积累明显低于秸秆还田农田,对土壤中铅积累的影响较小;随着试验时间的增加,秸秆还田与秸秆不还田农田之间土壤、水稻谷物及蔬菜中重金属积累的差异逐渐加大。秸秆还田农田土壤有机质和速效钾含量高于秸秆不还田农田。研究结果表明,在镉、汞污染农田中长期推行秸秆还田不利于农产品质量的提高,应控制重污染水稻秸秆还田。     

秸秆和生物质炭添加对陇中黄土高原旱作农田土壤氮素矿化的影响

通过采集2014年设置于甘肃省定西市李家堡镇的不同碳源配施氮素田间定位试验土壤进行120天的室内培养试验,利用Stanford间歇淋洗培养法研究了无碳素和氮素添加(N0)、只施氮素(N100)、秸秆配施氮素(SN100)和生物质炭配施氮素(BN100)4种施肥方式对陇中黄土高原旱作农田土壤氮素矿化的影响.结果表明:秸秆...     

添加秸秆及生物质炭对风沙土有机碳及其活性组分的影响

以宁夏贺兰山东路风沙土为研究对象,分析秸秆、生物质炭等碳量添加下土壤有机碳及活性碳组分的变化,为确定该地区最佳施肥措施提供科学理论依据。结果表明:添加生物质炭和秸秆均显著增加了土壤有机碳含量,与对照相比土壤有机碳含量分别增加了7.7%、7.5%。添加生物质炭有利于土壤易氧化有机碳、颗粒有机碳的积累,二者含量分别比对照增加49.6%、17.5%;而添加秸秆更有利于土壤微生物生物量碳、可溶性有机碳的积累,其含量分别比对照分别增加25.8%、59.9%。秸秆与生物质炭添加均显著增加了土壤速效氮、容重和黏粒含量,且以添加生物质炭增加作用更为明显,显著降低了土壤全盐、砂粒含量。土壤有机碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳与速效氮含量极显著正相关,与全盐、砂粒含量极显著负相关;土壤可溶性有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳与容重极显著负相关;而土壤微生物生物量碳与理化性质之间无显著相关性。综上,在风沙土中添加生物质炭更有利于土壤活性碳库提升和理化性质改善,且以年添加量7 t/hm2以上为宜。     

生物质炭添加对重金属污染稻田土壤理化性状及微生物量的影响

分析了生物质炭添加对红壤性水稻土理化性状、重金属含量及微生物生物量的影响。通过田间小区长期定位试验,一次性施入不同量生物质炭(0,10,20,30,40t/hm2),于2017年9月采集各处理表层土样(0—15cm),研究土壤理化性状、重金属含量及微生物生物量的变化。结果表明:生物质炭添加对土壤理化性状、重金属含量及微生物生物量均有显著影响。与对照相比,供试土壤的pH、EC和有机质含量随生物质炭添加量的增加而增大,增幅分别为5.11%~18.43%,37.62%~104.31%和1.72%~22.41%,而有效磷和铵态氮含量随生物质炭添加量的增加呈先增大后减小趋势,分别在生物质炭添加量为10t/hm2和30t/hm2时达到最大值。随生物质炭添加量的增加,土壤有效态Cd和有效态Pb含量均呈降低趋势,而土壤有效态As含量呈先增加后减少的趋势,三者均在生物质炭添加量为40t/hm2时达到最小值。土壤微生物生物量碳、氮和微生物商随生物质炭添加量的增加均呈先升高后降低的趋势,均在生物质炭添加量为20t/hm2时达到最大值。相关分析表明,生物质炭添加量分别与土壤有效态Cd和Pb含量之间呈极显著负相关(P0.01);通径分析表明,生物质炭主要是通过直接作用影响土壤有效态Cd含量,而土壤pH、EC、有机质、微生物生物量碳、氮和有效磷主要是通过间接作用影响土壤有效态Cd含量。因此,添加适量生物质炭不仅可以改善土壤重金属污染现状和土壤理化性状,提高土壤养分含量,还可以改良土壤生物学性质,增加土壤微生物量。研究结果可为提高稻田土壤肥力和改善土壤重金属污染状况提供科学依据。     

生物炭对铜矿区排土场污染土壤理化性质和重金属形态的影响

为了探讨在重金属胁迫下,不同用量(0,1%,2%,4%)生物炭对土壤pH、有机碳、全氮、全磷以及重金属形态的影响,以铜矿区排土场污染土壤为研究对象,开展室内盆钵试验。结果表明：与对照K相比,在不同剂量生物炭处理下,土壤pH、有机碳、全N和全P增幅分别为3.5%～23.0%,5.6%～13.2%,2.9%～6.8%和3.4%～9.5%,酸溶态Cd, Pb, Cu和Zn含量降幅分别为65.5%～71.2%,49.9%～71.5%,34.6%～50.6%和45.3%～52.1%,可还原态Cd, Pb, Cu和Zn含量降幅分别为71.5%～74.3%,44.4%～63.6%,38.5%～57.8%和29.1～39.1%,可氧化态Cd含量降幅为15.6%～36.9%,可氧化态Pb, Cu和Zn含量增幅分别为16.9%～20.5%、3.9%～26.0%和18.8%～55.9%,残渣态Cd, Pb, Cu和Zn含量增幅分别为42.4%～44.2%,11.0%～23.5%,15.0%～37.9%和20.0%～41.9%。添加生物炭可以提高土壤pH,增加土壤有机碳和全氮含量,对土壤全磷含量也略有增加,但...     

生物炭和秸秆添加对海南热带水稻土氮素淋溶的影响

通过室内土柱模拟淋洗试验,研究不同水分条件下添加秸秆和生物炭对海南热带水稻土氮淋失的影响.物料添加设对照(CK)、添加生物炭(B)、生物炭+水稻秸秆(BCS)、水稻秸秆(CS)4个处理,培养水分设75％田间持水量(WHC,模拟旱作土壤)和淹水(模拟水田)2个水平.结果表明,生物炭和秸秆添加均可以提高土壤pH,增加土壤有...     

生物质炭和秸秆施用对黄褐土生化性质及小麦产量的影响

以位于河南省方城县的黄褐土田间定位试验为平台,监测生物质炭和秸秆连续施用4 a后小麦拔节期和成熟期土壤性质变化及其与成熟期籽粒产量的关系,明确影响小麦产量的主要土壤生化因子。试验包含6个处理,即分别在不施用生物质炭(–B)和施用生物质炭(+B)条件下各设置3个处理:(1)对照(CK),(2)单施化肥(NPK),(3)秸秆还田配施化肥(NPK+S)。结果表明:生物质炭和秸秆施用对土壤生化性质和籽粒产量的影响基本上不存在交互作用。连续4a施用生物质炭后,小麦产量平均降低了17.4%。尽管NPK+S与NPK处理间平均产量没有显著差异,但它们比CK处理产量分别增加了33.8%和37.4%。采用偏最小二乘法路径模型(PLS–PM)分别分析了拔节期和成熟期的土壤速效养分、活性有机质和酶活性对产量的影响,发现小麦拔节期的土壤速效养分含量,特别是氮素的供应是直接影响产量的最为重要因子;而成熟期土壤生化性质对作物产量的影响比较小。因此,为防止黄褐土上施用生物质炭和秸秆后小麦产量降低,需要特别注意小麦拔节期土壤氮素的补充。     

秸秆及生物质炭对砖红壤酸度及交换性能的影响

为合理运用秸秆材料改良热带地区砖红壤,采用室内培养试验研究了玉米秸秆及其制备的生物质炭对海南花岗岩母质发育的砖红壤的酸度和交换性能的影响。试验设单施生物质炭(B)、生物质炭和秸秆混合施用(BCS)、单施秸秆(CS)及对照(CK)共4个处理。结果表明,添加生物质炭和秸秆显著提高土壤p H、CEC、交换性盐基总量和盐基饱和度。秸秆和生物质炭可降低土壤交换性酸,尤其是交换性酸中交换性铝含量更是显著降低,表明生物碳和秸秆施用能够有效降低砖红壤酸度,提高交换性能。不同处理改良效果的大小顺序为CSBCSB。     

秸秆及其生物炭对土壤碳库管理指数及有机碳矿化的影响

以河南省粮食主产区壤质潮土和砂土为研究对象,通过盆栽试验和室内恒温培养试验,研究了生物炭与不同腐殖化程度的传统有机物料(秸秆和腐熟鸡粪)单施及配施对壤质潮土和砂土有机碳储量、活性及碳库管理指数的影响,并进一步比较了小麦秸秆直接还田和制炭还田对土壤有机碳矿化的影响,以及生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用。结果表明:相同添加量下,生物炭对土壤有机碳含量的提升效果优于秸秆和腐熟鸡粪,在壤质潮土和砂土上分别较对照提升了63.15%和115.62%。另外,生物炭显著增加了土壤稳态碳含量和土壤碳库指数(CPI),但降低了土壤碳素有效率(SC)和碳库活度指数(AI),对土壤易氧化有机碳(POXC)和碳库管理指数(CMPI)无显著影响,添加秸秆显著增加了2种土壤POXC含量、基础呼吸和CPMI。进一步通过室内恒温培养试验发现,秸秆可在培养前期(0～37天)大幅度提升2种类型土壤有机碳矿化速率和累积矿化量,秸秆制炭还田对土壤有机碳矿化无显著影响。此外生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用受其施用量、外源活性有机碳输入和土壤类型的影响,高量生物炭(2%)对非秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较强的负激发效应,而低量生物炭(0.55%)对秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较明显的负激发效应。因此,从固碳减排角度考虑,秸秆制炭还田是更合理的利用方式,且应根据土壤施肥管理措施和土壤类型考虑生物炭的施用量,添加质量比为2%的生物炭可显著抑制土壤原有有机碳矿化,降低CO_2排放,但应避开秸秆快速腐解期施用。