添加生物炭对土壤磷素有效性影响研究进展

磷固定是土壤磷素生物有效性降低重要因素.生物炭因其独特理化性质,对提高土壤磷素可利用性、降低土壤磷素固定、减少磷肥施用、促进农业可持续发展以及生态环境保护具有重要作用.生物炭作为长效缓释磷资源,可降低土壤对磷吸附,增加微生物数量和酶活性,减少磷淋溶.文章综述在添加生物炭后土壤的pH、微生物、吸附和截留磷作用特征,讨论生...     

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。     

生物炭对铜、铅、镉复合污染土壤的修复效果

将玉米秸热解制备的生物炭施入铜、铅、镉复合污染土壤,通过土壤培养实验和小白菜盆栽实验,探究 热解温度（400、700益）和施加量（1%、2%、5%）对生物炭修复重金属污染土壤效果的影响。结果表明,施加400益生物 炭（BC400）和700益生物炭（BC700）后土壤pH 分别增加0.14耀0.52 和0.27耀0.78。施加两种生物炭均可以使土壤重金 属形态钝化,降低小白菜对重金属的吸收;而且生物炭施加量越大,效果越明显。对重金属生物有效性降低的改良效 果顺序为BC700>BC400。在生物炭施加量相同的情况下,BC400 处理小白菜可食部干重大于BC700 处理。同时,相对 于施加量5%的BC700 处理,施加5%的BC400 能更明显地增加土壤微生物的生物量。     

生物炭对茶园土壤酸性和土壤元素有效性的调节作用

通过模拟试验探讨了生物炭用于茶园土壤对土壤酸性的调节作用和对土壤矿质元素生物活性的影响,结果表明,以100 ～ 300 g/kg的用量向茶园土壤中施加生物炭能使土壤pH值升高0.05 ～0.22,有机碳含量提高1.6～7.9百分点,阳离子交换量(CEC)下降8～48 cmol/kg.生物炭明显降低茶园土壤中有效态重金属Pb、Cd和Cu的含量,其中有效Pb降低38.5％ ～79.1％,有效Cd降低26.8％～ 74.6％,有效Cu降低12.5％ ～ 17.2％.同时,土壤中有效Fe、Zn也明显降低.     

2种生物炭对复合污染土壤中重金属形态的影响

采用五步连续提取法研究了2种生物炭对复合污染土壤中Cu、Pb、Zn和Cd的化学提取态的影响。结果表明,施加2种生物炭后,土壤中4种重金属生物有效态的含量均下降。对照处理中4种重金属主要以残渣态的形式存在,其中Zn、Pb、Cd和Cu所占的比例分别为79.0%、77.5%、75.0%和63.0%。施加猪粪生物炭后,Zn、Pb和Cd水溶态与交换态占总含量的比例下降,Pb、Cu和Cd的残渣态所占比例增加。施加稻壳生物炭后,Pb和Cd的残渣态所占比例增加,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、水溶态与交换态比例均下降;Zn和Cu的碳酸盐结合态比例下降,残渣态比例增加。添加猪粪生物炭和稻壳生物炭后Pb、Cu的残渣态比例分别增加了8.4%、5.8%和7.9%、9.5%;表明添加2种生物炭可以降低Pb、Cu的有效性,但比例相差不大。     

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。     

生物炭对土壤重金属污染修复研究

土壤污染是我国当前面临的一项严峻的土地利用、粮食安全和生态环境问题,重金属污染由于其稳定性强、不易迁移、难以降解以及含有毒性成分等特点,严重危害土壤系统和生态系统。生物炭由于其自身比表面积、孔隙率较大以及官能团丰富等特点,对土壤重金属污染修复具有显著的效果。研究了生物炭对土壤重金属修复机理,综述了不同生物炭及改性生物炭复合材料对土壤重金属修复和改良情况,并结合实际,提出了加强针对多种重金属污染的生物炭修复技术研究和加强修复土壤重金属污染之后的土地利用研究等展望及建议。     

壳聚糖改性竹生物炭对土壤外源污染镉形态分布的影响

为了固化土壤外源Cd污染的生物有效性,降低农产品的富集风险,进行了壳聚糖改性竹生物炭对土壤中外源Cd²⁺的固化效果、Cd形态变化规律的研究,探索一种清洁、高效的土壤Cd污染修复新方法。分别向土壤中添加0、5、10、50、100 g/kg的壳聚糖改性竹生物炭,加入外源Cd(NO₃)₂使土壤Cd含量达到12 mg/kg。自然条件下培养,利用Tessier分级法研究Cd的形态变化趋势。结果表明,壳聚糖改性竹生物炭对Cd的可交换态有显著的钝化作用,随着用量的增加,固化效果更明显。施加0.5%时,Cd可交换态占比由76.83%降至24.15%,添加量提高到10%时,Cd可交换态占比降低至10.01%,而碳酸结合态、铁锰结合态、有机结合态、残渣态含量有逐渐增高的趋势。故施加壳聚糖改性生物炭,Cd的生物有效态(可交换态)可以得到显著固化,降低有害重金属Cd向农林产品转移富集的风险。因此壳聚糖改性竹生物炭可以作为外源Cd污染的原位钝化修复材料。     

两种生物质炭对红壤团聚体结构稳定性和微生物群落的影响

【目的】研究烟秆炭和桑条炭对红壤团聚体结构稳定性和微生物群落丰度的影响,为培育结构稳定的红壤团聚体提供优质改良材料。【方法】通过室内培养试验,添加1%、2%、4%、6%土壤质量的烟秆炭（Y₁、Y₂、Y₄、Y₆）和桑条炭（S₁、S₂、S₄、S₆）,对照（CK）无添加,4个月后采用筛分法对土壤团聚体结构（＜0.25、0.25-0.5、0.5-1、1-2、＞2 mm团聚体粒级分布,平均重量直径（MWD）,＞0.25 mm团聚体含量（R_0.25）、团聚体破坏率（PAD））进行分析,采用微生物稀释平板法测定土壤真菌、放线菌、细菌数量。【结果】施入生物质炭后,水稳性团聚体发生显著变化。Y₄和S₄处理下,0.5-1 mm团聚体较对照显著增加61.0%和43.6%;Y₁和S₂处理,0.25-0.5 mm团聚体较对照显著增加40.8%和27.1%,＜0.25 mm的团聚体含量较对照显著降低9.2%和8.4%;Y₂和S₂处理的MWD表现一致,均较对照显著提高10%以上,Y₁和S₂处理R0.25较对照显著提高31.4%和28.7%,Y₆和S₆处理PAD显著降低22.0%和18.2%;土壤真菌、放线菌、细菌数量均显著增加,Y₄和S₄处理微生物群落最丰富;烟秆炭处理下,土壤团聚体稳定性指标（MWD、R_0.25）和土壤微生物之间存在显著和极显著相关性,尤其与真菌(R²=0.89, P=0.030; R²=0.86, P=0.039)和放线菌(R²=0.87, P=0.035; R²=0.90, P=0.021)相关性更显著;PAD随真菌数量的增加而极显著降低(P＜0.01）,随放线菌和细菌数量的增加而显著降低（P＜0.05）。【结论】烟秆炭和桑条炭均能促进大团聚体（0.25-1 mm）的形成,提高红壤团聚体结构稳定性,增加土壤微生物群落丰度,烟秆炭改良效果优于桑条炭,以2%-4%添加量为宜。     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

两种生物炭对两种质地土壤中阿特拉津淋溶与迁移的影响

通过室内培养和模拟土柱淋溶实验,研究了在500℃热解温度下制备的甘蔗叶生物炭和蚕沙生物炭对阿特拉津在冲积土(砂土)和潮土(粘土)中淋溶与迁移的影响,两种生物炭的添加比例分别为0.2%和0.5%,污染土中AT的浓度为10 mg·kg-1。结果表明,添加生物炭显著增加了表层土壤的阳离子交换量和有机碳的含量,明显抑制了阿特拉津在土柱中的淋溶与迁移。在同一种土壤中,生物炭添加量相同时,甘蔗叶生物炭对土壤中阿特拉津的淋溶与迁移抑制效果较蚕沙炭明显,并且同一种生物炭添加量越高,抑制作用越明显。对比两种质地土壤中阿特拉津的淋出率发现,生物炭的加入对抑制粘土中阿特拉津的淋溶与迁移作用更明显。相关性分析结果表明,土柱表层土壤的阳离子交换量、有机碳含量与底层土壤阿特拉津含量、淋溶液阿特拉津累积量均呈显著负相关。可见,生物炭的添加可以明显固定土壤中的阿特拉津,减少其淋溶与迁移,有效修复阿特拉津污染的土壤,控制其对地下水的污染。     

不同原料来源生物质炭对蔬菜种植土壤氮磷流失的影响

选择由竹子、水稻秸秆和烟草杆制成的生物质炭,研究不同原料来源生物质炭在不同添加量条件下对蔬菜生长和土壤氮磷流失的影响。结果表明,生物质炭种类和添加量对蔬菜生长和下渗水量产生了影响,且各处理均降低了氮磷流失,但各处理间规律不明显。对总氮和总磷流失,竹炭分别降低2.6%~19.4%和9.1%~30.3%,秸秆炭分别降低5.5%~20.4%和13.9%~19.0%,烟草杆炭分别降低4.1%~17.9%和17.6%~28.7%,生物质炭添加对降低总磷流失效果优于总氮。当竹炭和烟草杆炭添加量为5%时,对总氮总磷流失降低效果较佳,可作为实际应用参考添加量。     

黑龙江省农业科学院克山分院试验地土壤有效铜含量分析

为了解黑龙江省农业科学院克山分院不同茬口试验地有效铜的含量和分布状况,春耕前在其40块试验田的耕层土壤(0～20 cm)采集土样,采用0.1 mol·L-1稀盐酸浸提处理土样,原子吸收法直接进样测定.结果表明:有效铜含量平均为0.36 mg·k-1,其中80%取样点有效铜含量达到中等水平,少数缺铜,局部严重缺铜.     

二氧化碳对铜污染土壤中印度芥菜生长及其铜积累的影响

【研究目的】为了研究CO2施肥对超积累植物生长和积累金属能力的影响。【方法】在温室内对不同Cu浓度土壤中生长的印度芥菜进行两种不同浓度的CO2施肥试验,【结果】通过结果表明CO2施肥能促进Cu污染土壤中印度芥菜的生长和发育,当土培中不添加Cu时,1200μL/L和800μL/L处理组分别比对照组的印度芥菜提前了3d和2d开花;各CO2处理组的植株高度与对照组呈极显著差异,收获时最大单叶面积、叶片数和干物质重均比对照组有所增加,其中1200μL/L处理植株与对照植株的叶片数达极显著差异,叶面积和根重达显著性差异,各处理组的地上部干重均比对照组有显著的增加。CO2施肥处理也显著地增加植株体内对Cu的积累,两处理组植株根中Cu含量均显著高于对照组,且两处理组的植株根中Cu浓度也达到了极显著水平。CO2施肥处理同样也促进了植株茎、叶对Cu的积累,并在CO2800μL/L、Cu100mg/kg试验条件时最高,分别达到茎:13696mg/kg干重、叶:4589mg/kg干重。此外,试验还表明,CO2施肥能增加Cu在印度芥菜体内积累的叶根比,说明CO2施肥有利Cu由根向植物叶子的运输。【结论】印度芥菜对Cu有很好的超积累能力,CO2施肥能促进印度芥菜的生长,增加植株体内对Cu的积累和叶根比。     

铁改性生物质炭对镉污染土壤中小白菜镉吸收及产量和品质的影响

【目的】探究铁改性生物质炭对小白菜吸收镉以及产量与品质的影响。【方法】以广东韶关重金 属镉污染的菜田土壤为基质,通过室内盆栽试验,研究铁改性生物质炭不同施用量〔生物炭 / 土壤重量比分别为 0（CK）、0.1%、0.3%、0.5%、1%〕对小白菜根际、非根际土壤水溶态、交换态镉含量及镉吸收、品质及抗氧 化酶活性等的影响。【结果】铁改性生物质炭处理显著降低根际以及非根际土壤水溶态镉含量,铁改性生物质 炭添加量在 0.5% 时根际水溶态镉含量最低,为 CK 的 58.55%;铁改性生物质炭添加处理的根际与非根际土壤交 换态镉含量无显著性差异。同时,铁改性生物质炭添加可提高小白菜生物量以及 Vc、可溶性糖、可溶性蛋白质 含量,降低小白菜硝酸盐含量、镉含量与吸收量,显著提高小白菜超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD） 和硝酸还原酶（NR）活性。【结论】铁改性生物质炭添加量为 0.5% 时效果最佳,对镉污染土壤小白菜产量和 品质具有明显促进和改善作用,同时能够降低根际土壤水溶态镉含量,降低小白菜对镉的吸收风险。     

淹水条件下不同有机物料对土壤外源铜有效性的影响

将4种有机物料加入模拟铜污染(200mg·kg-1)的黄壤和石灰土中,在淹水条件下进行室内恒温培养试验,测定培养前后的Eh值和pH值及培养后的有效铜含量,并对其结果进行多重比较,进而讨论了引起这种变化的原因。结果表明,玉米秸秆、葡萄糖/蛋白胨能够明显促进土壤还原作用,使土壤处于氧化还原平衡状态,使黄壤和石灰土的Eh值下降至数十毫伏、甚至负值,使其pH值接近7,并使有效铜含量明显降低;风化煤、泥炭则不能促进该两种土壤的还原作用,其Eh值仍在数百毫伏左右,pH值和有效铜含量的变化都不明显。     

污泥生物炭基堆肥对锰污染土壤性质及其修复的影响

城镇化快速发展迫切要求对日益增加的城市污泥进行有效处理,为此尝试将其通过热解工艺制成生物炭,作为有机肥料添加剂来改善有机肥品质,通过考察污泥生物炭对猪粪堆肥的影响,并在锰污染土中施加肥料栽培白菜,重点探究500℃热解污泥生物炭肥料对土壤物理化学和微生物性质以及白菜产量的影响。结果表明,热解能增加污泥生物炭的比表面积和提高p H;生物炭的添加能加快堆肥速度,提高堆肥品质;生物炭肥料在盆栽过程中能有效改善土壤性质(如提高p H和电导率,增加细菌和真菌群落总数,使脱氢酶和脲酶活性增强,提高氨氧化古菌和氨氧化细菌的浓度),增加白菜产量,同时降低重金属锰的有效性,将部分酸溶态锰转化为残渣态。