施用玉米秸秆生物炭对镉生物有效性及其胁迫下生菜生长的影响

为明确施用玉米秸秆生物炭对重金属镉（Cd）生物有效性及其产生的植株生长胁迫效应的影响,本研究向模拟土壤溶液中加入0%和2%（m/V）的玉米秸秆生物炭,在不同pH值（4.3和7.0）条件下,通过等温吸附实验分析了Cd²⁺在生物炭上的吸附行为,并结合生菜（Lactuca sativa var.longifolia）幼苗植株的生长、根毒性及其Cd积累量的研究,探讨了生物质炭影响下Cd生物有效性与其环境行为之间的关系。结果表明,生物炭表面负电荷量随溶液pH值的增大而增加,玉米秸秆生物炭能够通过静电效应吸附Cd²⁺;Langmuir方程能够较好地拟合Cd²⁺在玉米秸秆生物炭上的吸附行为,且方程表征的Cd²⁺最大吸附量参数Q_m随pH值的增大而增加。生菜幼苗的根长和干质量均随生物炭的施加而增大,而根中Cd积累量则随生物炭的施加而降低;与模拟土壤溶液中Cd总量（Cd_total）和根中Cd积累量相比,溶液中Cd²⁺浓度指标能够更好地预测幼苗根伸长抑制率RRE（r²=0.80,P<0.001）和根中Cd积累量（r²=0.88,P<0.001）。上述研究结果表明,施加玉米秸秆生物炭能够有效降低重金属污染物的生物有效性及其生态环境风险。     

1-site/2-pKa表面络合模型预测土壤中Cd2+的吸附及生物有效性

土壤中重金属的生物有效性与其在土壤中的吸附行为密切相关,本研究选取我国9个不同类型的非石灰性土壤,探究了Cd²⁺在土壤中的吸附过程。通过电位滴定获得土壤表面酸碱性质（pK_a1和pK_a2）,基于1-site/2-pK_a模型,使用ECOSAT和FIT拟合得到土壤与Cd²⁺的络合常数（lg K _{（SOCd⁺）}）,结果显示该模型能很好地描述Cd²⁺在土壤中的吸附过程。为了进一步探究土壤性质对Cd吸附固定的影响,通过逐步回归分析了pK_a1、pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}与土壤性质间的关系,发现土壤pH和CEC是pK_a1的主控因子,土壤pH同时也是pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}的主控因子。为了验证模型的可靠性,结合历史文献,基于土壤pH和CEC预测了历史文献中土壤表面酸碱性质和lg K _{（SOCd⁺）},利用得到的参数预测了Cd的吸附过程,发现预测值与实测值之间有很好的相关性,该模型能解释86%的变异。此外,利用回归模型得到的结合常数预测了历史文献中土壤溶液中的Cd含量,发现模型预测的Cd含量与蚯蚓体内Cd含量同样具有很好的相关性,能解释83%的变异。本研究基于Cd²⁺在不同性质土壤中的吸附行为,使用广义复合法建立的表面络合模型可以描述Cd²⁺在非石灰性土壤中的吸附与分配过程。     

几种土壤粘粒表面Pb2+吸附-解吸不可逆性特征研究

为了探讨土壤粘粒表面Pb²⁺吸附-解吸的不可逆性特征，采用一次平衡法研究了陕西4种土壤粘粒对Pb²⁺的吸附和解吸特征。结果表明，在恒定pH条件下，残留吸附常数K_d与吸附常数K_a的比值称为吸附-解吸的不可逆性特征参数，K_d/K_a=1，表示吸附-解吸过程是可逆的；K_d/Ka≠1,表示该过程不可逆；在不同解吸溶液中，供试土壤粘粒表面Pb²⁺K_d/K_a值由大到小依次表现为NaNO₃、草酸、柠檬酸，不可逆程度大小与此相同。在不同pH条件下，供试土壤粘粒表面Pb²⁺络合常数log K^int_a与解吸常数logK^int_d的比值也可作为过程不可逆性特征参数；在不同介质中，其绝对值由大到小依次为NaNO₃、柠檬酸、草酸，不可逆程度大小与此相反。     

氧化老化玉米秸秆生物炭吸附镉机理研究

为研究玉米秸秆生物炭在经过模拟自然界老化后对Cd²⁺的吸附响应,本文利用H₂O₂对玉米秸秆生物炭进行氧化老化1、2、3次,利用元素分析仪、扫描电镜、红外光谱及碳谱等分析方法,分析老化前后生物炭对Cd²⁺的吸附及响应机理。结果表明：玉米秸秆生物炭氧化老化过程中形成硅酸盐沉淀;经过H₂O₂老化后H/C、O/C和（O+N）/C的原子比逐渐升高,使得生物炭含氧官能团上升、芳香性减弱、极性增强;老化1次（OYM1）、2次（OYM2）、3次（OYM3）后玉米秸秆生物炭碱性元素逐步被释放,碱性元素较未氧化玉米秸秆生物炭（YM）分别降低了48.23%、95.04%、95.74%;不同处理生物炭对Cd²⁺的最大吸附量表现为： YM（12.42 mg·g^-1） >OYM1（5.98 mg·g^-1） >OYM3（3.88 mg·g^-1） >OYM2（3.61 mg·g^-1）,说明老化作用抑制了其对Cd²⁺的吸附。在玉米秸秆生物炭长期利用过程中,生物炭的老化促进无机组分发挥作用,吸附性能减弱,在进行土壤及水污染修复时应合理使用。     

灌溉与生物质炭对土壤硝化反硝化功能微生物的影响

为研究不同灌溉方式下生物质炭添加对土壤硝化及反硝化微生物的调控效应，本研究采用田间小区试验，通过在不同灌溉方式下（常规地表漫灌、滴灌、喷灌和微喷灌）添加不同量生物质炭（0、10、20 t·hm^-2），结合实时荧光定量PCR技术，研究了灌溉方式与生物质炭对华北地区冬小麦拔节期土壤硝化及反硝化微生物相关功能基因的影响。结果表明：与漫灌相比，滴灌、喷灌、微喷灌显著降低了土壤NH₄⁺-N含量，降幅分别为49.30%~68.25%、30.22%~57.19%和43.63%~56.83%（P<0.05），但在一定程度上增加了土壤NO₃^--N含量，增幅分别为5.14%~62.39%、0~173.50%和0~87.90%。由于滴灌、喷灌、微喷灌等节水灌溉方式的灌水量远低于常规漫灌方式（约为漫灌灌水量的50%），因而会产生有利于硝化反应而抑制反硝化反应的环境，增加土壤硝化微生物功能基因AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度，且均表现为微喷灌>喷灌>滴灌>漫灌。同时，在各灌溉方式下，添加生物质炭可增加AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度，这可能主要归因于生物质炭发达的孔隙结构和良好的水肥吸附能力。与漫灌相比，滴灌、喷灌、微喷灌均降低了土壤反硝化微生物nosZ基因丰度。但在各灌溉方式下，添加生物质炭，尤其是高量生物质炭（20 t·hm^-2）可提高反硝化微生物nosZ基因丰度，从而降低土壤反硝化过程的N₂O损失风险。综上所述，节水灌溉方式与生物质炭互作可促进拔节期土壤硝化作用，并通过影响反硝化微生物活动调节土壤反硝化过程，微喷灌方式下添加20 t·hm^-2生物质炭可有效促进小麦对氮素的吸收利用。     

水稻秸秆生物炭对镉污染农田中番茄产量和品质的影响机制

为探究不同比例生物炭对镉污染农田中番茄产量和品质及其体内镉累积的影响,以千禧番茄（Lycopersicon esculentumMill.）为材料,设计4个处理（CK：不添加生物炭;T₁：1%生物炭;T₂：3%生物炭;T₃：5%生物炭）,采用盆栽试验研究了不同处理下番茄根系、茎部和果实中镉的累积、产量与品质和土壤理化性质与酶活性的差异。结果表明：与CK处理相比,添加生物炭显著提高了番茄的产量和品质（维生素C、番茄红素、可溶性蛋白、可溶性糖含量和糖酸比）,其中T₂处理的品质提升效果最显著,分别较CK处理提高了24.7%、114.4%、12.0%、37.4%和80.0%。添加生物炭可显著降低番茄体内（根系、茎部和果实）镉含量,其中T₃处理的效果最显著,在生长末期,T₃处理番茄根系、茎部和果实中的镉含量分别为1.31、0.33 mg·kg^-1和0.03 mg·kg^-1。此外,在番茄的整个生育期中添加生物炭可显著改善土壤理化性质（pH和腐殖质）,提高土壤养分含量（碱解氮、速效磷和速效钾）和酶活性（脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和纤维素酶）,其中在生长末期,T₂处理的碱解氮、速效磷、速效钾含量和脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和纤维素酶活性显著高于其余处理,依次为47.42、165.85、167.76 mg·kg^-1和6.28 mg·g^-1·d^-1、3.20 mg·g^-1·20 min^-1、1.07 mg·g^-1·d^-1和2.13 mg·g^-1·d^-1;T₃处理对pH、腐殖质含量提高效果最为明显,分别为7.15和24.56 g·kg^-1,但与T₂处理无显著差异。研究表明,添加生物炭可显著降低番茄体内镉含量,改善土壤理化性质并提高土壤养分含量,进而提高番茄的产量和品质,其中以3%生物炭处理效果最佳。同时,添加生物炭显著提高了土壤的酶活性,改善土壤的生态环境。     

施用生物炭对农田土壤N2O的减排效应

生物炭作为一种土壤改良剂,在农田土壤氮素转化和温室气体减排等方面发挥着重要作用。本实验对不同施氮量的农田土壤添加生物炭,研究了其对N₂O的减排潜力,为生物炭的固氮减排提供理论依据。于2015年6月18日至9月25日,利用盆栽实验研究了施用生物炭对农田土壤在不同氮肥用量下N₂O排放的影响,实验共设4个处理：对照（CK）为不施氮处理、N1（200 kg·hm^-2）、N2（400 kg·hm^-2）和N3（600 kg·hm^-2）,各处理均施用土壤质量15%（W/W）的等量生物炭。结果表明,随着施氮量的增加,土壤N₂O的累积排放量逐渐增加,N2和N3处理差异不显著,N₂O排放系数逐渐降低,N1、N2、N3的排放系数分别为1.33%、1.27%、0.90%。Pearson相关分析表明,土壤孔隙含水量（WFPS）、土壤pH、土壤NO₃^--N和土壤微生物量氮（MBN）含量是影响N₂O排放最主要的因素,其中土壤WFPS、土壤NO₃^--N和MBN含量与N₂O排放通量之间呈极显著的正相关关系,土壤pH与N₂O排放通量之间呈极显著负相关关系。生物炭的施用对农田土壤N₂O具有巨大的减排潜力,并且生物炭与氮肥配施对土壤氮素有很好的固持作用。     

石灰性农田土壤-水稻系统根际与非根际土氮转化速率差异

为探讨石灰性农田土壤-水稻系统根际与非根际土的氮素转化特征差异,本研究以石灰性紫色土发育而成的水稻土为研究对象,通过采集水稻分蘖期和成熟期的根际与非根际土壤,开展¹⁵N成对标记室内好氧培养试验,并计算土壤各初级氮转化速率。结果表明：水稻分蘖期根际土初级矿化速率（4.45 mg·kg^-1·d^-1）和硝化速率（9.16 mg·kg^-1·d^-1）均显著低于非根际土（P<0.05）;水稻成熟期根际土初级矿化速率（6.75 mg·kg^-1·d^-1）和硝化速率（16.86 mg·kg^-1·d^-1）与非根际土无显著差异,但显著高于分蘖期根际土的初级矿化和硝化速率（P<0.05）。水稻分蘖期NH₄⁺-N固定速率显著高于成熟期,其中,分蘖期根际土NH₄⁺-N固定速率为19.75 mg·kg^-1·d^-1,与成熟期根际土相比增加了42.21%;此外,两个生育期的水稻根际土NO₃^--N固定速率均显著高于非根际土。水稻分蘖期根际土无机氮总固定速率显著大于有机氮矿化速率,有利于氮素的留存和周转,相应地,初级硝化速率显著降低,减少了土壤NO₃^--N损失。研究表明,水稻不同生育期对石灰性水稻土主要氮转化速率的影响具有差异,且这种差异可能受水稻生育期内土壤水分、根系分泌物及无机氮含量变化的调控。     

一株代尔福特菌的分离及其对Cd吸附机制研究

微生物修复Cd污染技术的关键是获得对Cd具有较高耐性和较强固持能力的菌株,而微生物的修复效果与其对Cd的固持机制密切相关。本研究从重金属污染土壤中分离筛选出一株对Cd吸附率较高的菌株M6,采用批量吸附试验及扫描电镜（SEM）、傅里叶变换-红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱分析（XPS）等技术探究菌株对Cd的固持效果及机理。16S rRNA序列分析结果表明M6与代尔福特菌（Delftia sp.12,登录号KJ191561.1）的同源性达到100%,初步鉴定为代尔福特菌。在pH=7、温度为35℃、培养时间为48 h、初始Cd浓度为10 mg·L^-1时,M6对Cd吸附率最高,达71.8%。Cd浓度在10~100 mg·L^-1时,随着Cd浓度升高,M6对Cd吸附量逐渐增大,最大吸附量为36.73 mg·L^-1。通过测定M6胞内和胞外Cd含量发现,M6对Cd的固持作用包括胞内积累和胞外吸附。SEM扫描发现,吸附Cd后菌体表面出现沉淀物; FTIR结果发现菌体表面多种官能团参与Cd吸附过程。XPS结果表明Cd在菌体表面可能以Cd（OH）₂和CdCO₃形式存在。综上,菌株M6对Cd具有较强的耐性和较佳的固持能力,其固持机制包括胞内积累、胞外吸附和胞外沉淀。     

不同形态硫对水稻吸收积累镉的影响

为探究不同形态硫素（SO₄^2-/S^2-）对水稻生物量和糙米Cd积累的影响,采用金属矿区下游Cd、As重度污染农田耕层土壤,以温室水稻盆栽试验,在施用足量CaCO₃条件下,向供试土壤中分别施加0（CK）、400 mg S·kg^-1（K₂S/K₂SO₄）并持续淹水直至收获。结果表明：与CK相比,K₂S和K₂SO₄处理显著提高水稻总生物量130.1%~186.7%,且K₂S处理增加糙米产量效果更佳。与CK相比,施加S素能显著降低糙米Cd含量,K₂S处理使糙米Cd含量降低37.5%~50.0%,K₂SO₄处理降低31.3%~45.0%。两种施S处理均使糙米Fe含量下降90%以上。K₂S和K₂SO₄处理使土壤溶液pH平均降低0.28~0.32个单位,K₂S处理可显著促进土壤Cd向铁锰氧化物结合态和有机硫化物结合态Cd转化,铁锰氧化物结合态Cd在酸化和氧化环境下相对稳定,有利于稳定土壤Cd活性;K₂S处理同时增加茎、叶的S含量,有效将Cd液泡区隔化,将Cd固定在茎、叶,从而降低糙米Cd含量。K₂SO₄处理促进土壤Cd向碳酸盐结合态和有机硫化物结合态转化,在土壤酸化和Eh回升条件下,K₂SO₄处理土壤有效态Cd显著提高。但K₂SO₄处理比K₂S处理更有利于Cd在植物体内的液泡区隔化,这可能是其能够抑制Cd从根向地上部及籽粒转运的原因。研究表明,在施用足量CaCO₃条件下,足量施用K₂S或K₂SO₄均可提高水稻生物量,并有效降低糙米Cd含量。     

生物炭与氮肥配施对高粱生长及镉吸收的影响

为探讨生物炭与氮肥配施对高粱生长及镉(Cd)吸收的影响,采用盆栽试验,研究了在中、轻度Cd污染土壤(以YB1、YB2表示)上分别进行0、2%和5%3个生物炭用量(以B0、B2、B5表示)配施0、200、500 mg·kg~(-1)3个施氮水平(以N0、N200、N500表示)对土壤理化性质、有效Cd含量、高粱光合特性及其Cd吸收的影响。结果表明:两种土壤上,增加生物炭用量能提高土壤pH和有机质含量,并在5%添加量时显著降低土壤CaCl_2-Cd含量;氮肥水平仅在YB1土壤上显著影响土壤CaCl_2-Cd含量。YB1土壤上,氮肥水平对高粱净光合速率、气孔导度和蒸腾速率有显著影响,均有随施氮量增加而增加的趋势;而高粱地上部Cd含量与CaCl_2-Cd含量显著正相关,在B5N0处理中最低(3.87 mg·kg~(-1)),B0N200处理中最高(6.79 mg·kg~(-1))。YB2土壤上,生物炭用量对高粱净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均有极显著影响,气孔导度和蒸腾速率有随生物炭用量增加而降低的趋势;高粱地上部Cd含量与气孔导度、蒸腾速率显著正相关,与生物量显著负相关,在B2N500处理中最低(3.79 mg·kg~(-1)),B0N0处理中最高(5.32 mg·kg~(-1))。研究表明,生物炭与氮肥配施能影响土壤理化性质、高粱光合特性和生长等因素,进而影响高粱地上部对Cd的吸收,不同土壤条件下影响高粱地上部Cd吸收的主要因素存在差异。     

黄淮海平原小麦吸收镉与土壤可浸提镉间关系研究

土壤重金属镉浸提量与小麦吸收镉量关系是评价浸提方法以及土壤中镉有效性的重要依据,为了给黄淮海平原小麦产区土壤镉污染评价提供科技支撑。分别采用0.43 mol·L~(-1)HNO_3、0.1 mol·L~(-1)HCl、0.05 mol·L~(-1)EDTA浸提土壤镉的方法对黄淮海平原11个不同地点大田土壤样品和24个小麦植株样品进行了测定,并对3种不同浸提剂浸提的土壤有效态镉量间的相互关系,及土壤浸提镉含量与小麦镉含量间的关系进行了探讨。结果表明:不同浸提剂浸提的土壤Cd含量、全量间的相关关系均达极显著水平;3种浸提剂的Cd浸提率为58.7%(0.43 mol·L~(-1)HNO_3)53.2%(0.05 mol·L~(-1)EDTA)25.9%(0.1 mol·L~(-1)HCl),不同浸提剂浸提的土壤有效态Cd含量与小麦植株Cd含量的相关性顺序为r=0.74(0.05 mol·L~(-1)EDTA)r=0.64(0.43 mol·L~(-1)HNO_3)r=0.49(0.1 mol·L~(-1)HCl);在pH为7.71~8.59和土壤全Cd含量范围为0.107~0.212 mg·kg~(-1)条件下,以EDTA浸提的土壤Cd含量及土壤Cd全量结合土壤pH值建立的方程可以较好地预测小麦籽粒Cd含量;经推算,EDTA浸提的土壤Cd和土壤Cd全量的安全临界值可分别为0.671 mg·kg~(-1)和1.02 mg·kg~(-1)。     

锰对超富集植物青葙镉积累的影响

为探讨锰对青葙吸收和积累镉的影响,通过水培试验和土培试验两种方式,分别在镉处理为0(对照)、0.6、1、2 mg·L~(-1)和0(对照)、3、5、10 mg·kg~(-1)的条件下,施加100 mg·L~(-1)和500 mg·kg~(-1)的锰研究了锰对青葙吸收和积累镉的影响,并且在土培试验进行的同时监测土壤溶液中的镉含量。结果表明,在水培和土培条件下施加锰对青葙吸收和积累镉的作用不同。在水培条件下,向镉处理组中施加锰可显著抑制青葙对镉的吸收和积累。当镉处理浓度为0.6 mg·L~(-1)时,施加锰使青葙叶片镉含量降低了35.9%。然而,在土培条件下,施加锰显著促进了青葙对镉的吸收和积累。在镉处理浓度为3 mg·kg~(-1)时,锰对青葙镉积累促进作用最强,与未施加锰处理组相比青葙叶片中镉含量增加了352%。土壤溶液中镉含量较低,但锰的施加可显著提高土壤溶液中的镉含量(P0.05)。上述结果表明,尽管镉和锰在青葙中可能存在部分相同的转运和吸收途径,但由于两者在土壤固相与液相之间存在的离子交换作用使得土培和水培实验表现出相反的趋势。     

一株溶磷菌对盐地碱蓬修复盐渍土Cd污染的促进效应

为提高盐渍土Cd污染植物修复效率,探讨溶磷菌对盐地碱蓬生长和镉提取效果的影响,采用浸根法收集水培(含2%NaCl)盐地碱蓬的根系分泌物,将其作为唯一碳源培养5株具有Cd活化能力的溶磷菌并依据细菌OD值绘制生长曲线。挑选繁殖速度较快且溶磷和活化Cd能力显著性强(P0.05)的大肠埃希菌(Escherichia)在3个NaCl浓度(0.3、6、12 g·L~(-1))处理下,采用摇瓶实验研究该条件下大肠埃希菌对Ca_3(PO_4)_2和CdCO_3的溶解效应及代谢产物变化。进一步采用Cd平均含量为1.37 mg·kg~(-1)的污灌菜园土,在3个外源NaCl浓度(0、4、8 g·kg~(-1))处理下,利用盆栽实验研究大肠埃希菌对盐地碱蓬修复盐渍土Cd污染的促进效应。结果显示:随盐分增加(0.3、6、12 g·L~(-1)),菌株平均绝对溶磷量(扣除不接菌对照值)分别为80.19、78.79、77.54 mg·L~(-1),平均绝对活化Cd量依次为17.84、17.30、19.73 mg·L~(-1),说明盐分的增加没有阻碍菌株的溶磷功能,且随盐分的增强,可促进Cd的活化。不同盐分下菌株的代谢物组成有明显变化,0.3、6、12 g·L~(-1)盐分处理下菌株分泌的有机酸分别为5、10、13种,分泌的氨基酸分别为4、8、8种。其中缬氨酸的量随盐分增加显著增加(P0.05)。盆栽实验中,4 g·kg~(-1)盐分胁迫下,接菌处理的生物量和根际土壤溶液Cd含量较不接菌对照显著增加(P0.05),Cd总活化量平均增加3.17倍,全量和DTPA提取态Cd富集系数平均提高260%。综上,盐分胁迫下大肠埃希菌可正常生长并促进盐地碱蓬Cd富集。     

生物炭调节盐化水稻土磷素形态及释放风险研究

为探明生物炭施用对盐化水稻土磷素形态及释放风险的影响,以滨海草甸盐化水稻土为基础,结合室内分析,研究了不同用量生物炭还田方式(CK:0 t·hm~(-2);B1:20 t·hm~(-2);B2:40 t·hm~(-2))条件下土壤磷含量、组分特征及磷素释放风险。结果表明:生物炭能提高土壤全磷、有效磷、总有机磷和总无机磷含量,提高幅度分别为:11.40%～35.70%、28.96%～46.63%、11.30%～29.19%和10.54%～25.98%。生物炭提高了土壤NaHCO_3浸提态磷(Ca_2-P)、NH_4AC浸提态磷(Ca_8-P)和NH_4F浸提态磷(Al-P)含量,随着施炭量的增加而增大,且各处理间差异显著;当施炭量为20 t·hm~(-2)时,土壤NaOH-Na_2CO_3浸提态磷(Fe-P)和闭蓄态磷(O-P)含量显著高于其他处理;施用生物炭对H_2SO_4浸提态磷(Ca_(10)-P)无显著影响。生物炭显著提高了土壤活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量,但显著降低了土壤中等稳定性有机磷(MROP)含量,当施炭量为40 t·hm~(-2)时,土壤高等稳定性有机磷(HROP)含量最小,且显著低于其他处理。本试验中土壤的活性Al[Al(ox)]和活性Fe[Fe(ox)]均处于较高水平;施用生物炭显著提高了土壤磷吸持指数(PSI),增加了土壤固磷能力;土壤磷吸持饱和度(DPSS)为6.81%～8.34%,土壤磷释放风险指数(ERI)为54.55%～61.67%。综上所述,在本文试验条件下,施用生物炭可以改善盐化水稻土磷素状况,且不会增大土壤磷素释放的风险。     

不同材料包膜氮肥氮素挥发特征及对油菜产量的影响

【目的】施用包膜缓/控释肥料是减少氮素损失,提高氮肥利用率的重要途径之一。新型有机-无机复合包膜氮肥具有缓释性能好、环境友好等优点。研究不同有机-无机复合包膜氮肥的气态氮损失特征,可为新型包膜缓/控释肥料的研发与应用提供科学依据。【方法】本研究以改性聚乙烯醇分别与无机材料硅藻土、沸石粉、生物质炭、磷矿粉、硫磺进行混合作为包膜材料制备包膜尿素（分别记作Ag、Af、Ac、Ap、As肥料）,采用室内培养方法,以普通尿素为对照（CK）,通过测定60 d内土壤的氨挥发速率和氮氧化物排放速率,揭示不同膜材料包膜氮肥施入土壤后的氨挥发和氮氧化物排放特征。并设计盆栽试验,研究施用不同包膜氮肥对油菜生长和产量影响。【结果】施肥后土壤氨挥发从培养的第1天开始出现,且不同包膜氮肥的氨挥发速率均在培养的第3-10天达到最大值,CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的最大氨挥发速率分别为1.132、0.373、0.508、0.696、0.347和 0.304 mg·L^-1·d^-1,各包膜肥料氨挥发峰值的出现时间迟于普通尿素,说明包膜肥料的包裹层可以有效地阻碍外界水分同其内部的尿素核心相接触,使尿素溶解时间延长,减缓尿素溶出速率。氨挥发速率呈现先快后趋于平稳的趋势。CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氨挥发总量分别为104.0、88.2、93.4、95.6、81.9和79.4 mg,Ag、Af、Ac、Ap和As肥料氨挥发总量较普通尿素CK分别降低了15%、10%、8%、21%和23%。包膜肥料的氮氧化物排放特征与氨挥发相似,氮氧化物排放速率峰值与氨挥发相比明显后移。排放高峰期出现在第6-23天,CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氮氧化物排放速率峰值分别为 0.092、0.033、0.039、0.051、0.027和0.022 mg·L^-1·d^-1,其氮氧化物排放总量分别为15.8、11.1、12.4、13.2、10.3和8.5 mg,包膜肥处理氮氧化物排放总量均低于普通尿素处理。各处理氨挥发占氮素气态损失总量的80%-90%。施用包膜肥料的油菜产量与普通尿素（CK）相比均有提高,提高量分别为 47%（Ag）、37%（Af）、31%（Ac）、52 %（Ap）、63%（As）。【结论】氨挥发是肥料氮素气态损失的主要形式,发生在施肥后的前两周。硅藻土、沸石粉、生物质炭、磷矿粉和硫磺与改性聚乙烯醇制备的包膜肥料对氨气和氮氧化物的排放具有抑制作用,能够提高油菜产量。     

生物炭对不同土壤化学性质、小麦和糜子产量的影响

以小麦和糜子为供试作物,利用室外盆栽试验,研究了不同添加量生物炭与矿质肥配施对两种不同土壤化学性质及小麦和糜子产量的影响。生物炭当季用量设5个水平：B0 (0 t/hm2)、B5 (5 t/hm2)、B10 (10 t/hm2)、B15 (15 t/hm2)和B20 (20 t/hm2),氮磷钾肥均作基肥施用。结果表明：1.与对照相比,施用生物炭可以显著增加新积土糜子季土壤pH值,其他处理随生物炭用量的增加虽有增加趋势但差异不显著;显著增加新积土土壤阳离子交换量,增幅为1.5 %—58.2 %;显著增加两种土壤有机碳含量,增幅为31.1 %—272.2 %;2.两种土壤的矿质态氮含量、新积土土壤有效磷和速效钾含量随生物炭用量的增加而显著提高,氮磷钾增幅分别为6.0 %—112.8 %、3.8 %—38.5 %和6.1 %—47.2 %;3.生物炭可显著提高塿土上作物氮吸收量,而作物磷、钾吸收量虽有增加,但差异不显著。生物炭对小麦和糜子的增产效应尚不稳定,在试验最高用量时甚至产生轻微抑制作用。总之,施用生物炭在一定程度上可以改善土壤化学性质,提高土壤有效养分含量,但生物炭对土壤和作物的影响与土壤、作物类型及土壤肥力密切相关。     

生物炭对土壤有机质结合铜库容量大小及组成的调控

为研究生物炭对土壤中有机质组分结合铜库容量的大小与组成的调控能力,选择海南省具有代表性的热带次生林和橡胶林的土壤进行模拟实验,根据其有机质含量低、中、高,分别记为SoilL、SoilM、SoilH,以SoilH的含碳量为标准,向SoilL和SoilM中加入玉米秸秆生物炭(处理土壤分别记为SoilL+B和SoilM+B),并通过添加不同浓度的硝酸铜模拟土壤不同铜污染水平。结果表明:SoilL+B和SoilM+B的有机质结合态铜饱和容量分别为8.70 mg·g-1和9.76 mg·g-1,分别为SoilL和SoilM的3.69倍和3.12倍;SoilL+B较SoilL的富啡酸结合态铜(FA-Cu)、胡敏酸结合态铜(HA-Cu)、球囊霉素结合态铜(GRSP-Cu)和颗粒有机碳结合态铜(POM-Cu)的饱和容量分别增加了1.71、2.83、2.75 mg·g-1和0.09 mg·g-1,而黑炭结合态铜(BC-Cu)的饱和容量降低了0.76 mg·g-1;SoilM+B较SoilM的FA-Cu、HA-Cu、GRSP-Cu和POM-Cu的饱和容量分别增加了1.66、3.75、2.68 mg·g-1和0.07 mg·g-1,但BC-Cu的饱和容量降低了2.14 mg·g-1;生物炭对SoilL和SoilM中5种有机组分结合态铜库贡献的大小顺序均为HA>GRSP> FA>POM>BC。研究表明,添加生物炭可以显著提高土壤有机质结合铜库和各有机组分铜库的容量,并提高土壤对重金属的缓冲能力。     

镉砷污染土壤钝化剂配方优化及效果研究

为筛选出适宜镉砷污染土壤的复合钝化剂,采用D-最优混料设计方法,研究铁改性生物炭、酸改性海泡石和酸改性蛭石钝化土壤Cd和As的最优复配配方。结果表明:经FeCl3改性后的生物炭对As的吸附能力增加,对Cd的吸附能力降低;经酸改性后的海泡石和蛭石对Cd的吸附能力不变,对As的吸附能力增强。铁改性生物炭、酸改性海泡石和酸改性蛭石复配能有效降低土壤有效态Cd和As含量,活性态Cd主要向残渣态转化,活性态As主要向有机结合态和残渣态转化,Cd和As生物有效性降低。采用Design Expert统计软件分析数据,通过建立回归方程及多目标优化分析,获得复配钝化剂的配比为铁改性生物炭26.97%、酸改性海泡石23.49%和酸改性蛭石49.54%,经验证实验,施用优化配方后的土壤有效态Cd和As含量分别为0.97 mg·kg-1和0.26 mg·kg-1,与预测值接近。研究表明,铁改性生物炭、酸改性海泡石和酸改性蛭石复配能有效降低土壤Cd和As的生物有效性。