外源生物质炭对土壤中铵态氮素滞留效应的影响

以生物质炭和黄棕壤为研究材料,通过阳离子交换量测定、铵态氮等温吸附实验以及模拟土柱淋溶,研究生物质炭对土壤铵态氮素滞留效应的影响。发现生物质炭以1%、3%和5%添加后,土壤CEC值分别增加9.4%、14.7%和19.7%,铵态氮素淋失量分别减少22%、39%和47%,氮素滞留量分别增加15%、5%和14%;同时影响氮素在土层中的分布,其中加生物质炭土壤的氮素集中在土柱上部5～7cm处,而不加生物质炭土壤集中在中部偏下9～11cm处。结果表明,生物质炭能够提高土壤对铵态氮素的吸附能力,显著降低土壤铵态氮素养分的淋失。     

铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附效果研究

[目的]研究稻壳生物炭和3种铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附特性,为其作为添加剂进行炭基肥料的开发提供参考.[方法]以稻壳为原料,在500℃无氧条件下热解制备稻壳生物炭(RBC),并采用3种工艺制备铁改性稻壳生物炭(FDRBC、FWRBC和FWBC).利用比表面积测定仪(BET)和扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)...     

生物质炭对有机污染物的吸附及机理研究进展

生物质炭是一种利用废弃生物质材料在缺氧或厌氧环境中热化学转换制备的多孔级富碳固体材料。因其吸附能力强,制备原料来源广泛,生产成本低且环境友好等优点受到学术界越来越多的关注。探究生物质炭对有机污染物的吸附机理和规律,对于评估其环境行为和应用价值至关重要。着重综述了目前研究报道的生物质炭吸附有机污染物的吸附机理,包括分配作用、表面吸附作用和孔隙截留等。一般低温生物质炭对非极性有机物的吸附机制以分配作用为主,这种非竞争性吸附机理可以解释高浓度有机污染物在生物质炭上的吸附过程。表面吸附是一种非线性竞争性吸附作用,是有机污染物在生物质炭表面有效吸附位点上形成静电作用或通过氢键、离子建、π-π相互作用等结合的过程。孔隙截留是另一种生物质炭固定有机污染物的微观机制,有机污染物在孔隙内部的分配和吸附也是生物质炭吸附能力的重要体现。而在实际复杂的污染环境中,各类生物质炭对有机污染物的吸附过程需要多种机制共同解释。此外,本文对吸附机制的影响因素进行了分析和总结,生物质炭自身理化特性决定了其应用价值,生物质炭的性质与有机污染物的极性、芳香性和分子大小等相匹配才能更好地实现吸附固定,不同的吸附环境如吸附介质、p H和共存离子等也会对吸附机制和吸附效果产生影响。最后,文章进一步探讨了生物质炭吸附有机污染相关研究未来应着重解决的问题,以及生物质炭在有机污染土壤修复中的应用前景。     

不同热解温度茶渣生物质炭对茶园土壤吸附解吸NH4-N的影响

生物质炭对铵根的吸附解吸影响着土壤的固氮效果,为探讨茶渣生物质炭对茶园土吸附—解吸NH_4~+—N性能的影响,减少土壤中氮素的淋失,提高氮素利用效率,通过模拟培养试验,采用平衡吸附法及HCL解吸法,研究了不同热解温度下制备的茶渣生物质炭在不同添加比例(0.35%,0.70%,1.40%,2.80%)下,茶园土对NH_4~+—N吸附解吸的特性。结果表明:施用生物质炭能有效增强茶园土对NH_4~+—N的吸附,并随生物质炭添加量的增加而增强。同一生物质炭添加量下,4种生物质炭处理下茶园土对NH_4~+—N的吸附量大小表现为BC400BC300BC500BC600。生物质炭的CEC含量是影响土壤吸附NH_4~+—N能力的主要因素。土壤对NH_4~+—N的吸附过程均以Langmuir方程拟合达到显著水平(0.953 7R~20.995 5),以单层吸附为主。施用生物质炭后,土壤产生了解吸滞后,有效降低了茶园土对NH_4~+—N的解吸率,BC400的解吸率最低。茶渣生物质炭能够增强土壤对NH_4~+—N的吸附,降低对NH_4~+—N的解吸,有利于提高土壤对氮素的吸持能力,其中BC400,2.80%处理下效果最佳。     

生物质炭施用及老化对石灰性紫色土中磺胺类抗生素迁移特征的影响

以长江上游低山丘陵区广泛分布的石灰性紫色土旱地的耕作层土壤为对象,采用室内批量平衡吸附试验和填装土柱穿透试验,研究了施用1%生物质炭及3年老化作用对2种磺胺类抗生素(磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶)吸附和迁移特征的影响。结果表明,Freundlich方程能更好地拟合抗生素在土壤中的等温吸附曲线,施用生物质炭提高了土壤对抗生素的吸附能力,吸附常数KF值依次为:老化1%施炭土>新鲜1%施炭土>对照土;土柱出流液的磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶相对浓度峰值均表现为:老化1%施炭土<新鲜1%施炭土<对照土,说明生物质炭的添加能有效减少控制紫色土中抗生素的淋失迁移,以对磺胺二甲基嘧啶的阻控效果较好;生物质炭老化3 a后土壤对抗生素的吸附作用与阻控效果均有所提高,主要归因于土壤pH的提高。     

农田土壤中生物质炭的老化及其对有机污染物吸附-解吸影响的研究进展

生物质炭独特的表面性质、形貌结构及丰富而离散的孔隙系统使其对有机污染物具有良好的持留与吸附作用,可望用于土壤污染控制与修复。在田间条件下,进入土壤的生物质炭自身不稳定组分会发生转化、淋溶,并与土壤发生相互作用出现老化现象,导致生物质炭的化学与物理性质发生显著变化。生物质炭在土壤中的老化过程具有复杂性和多样性,主要包括:生物质炭化学性质的变化,如无机元素的流失、表面官能团组成的变化以及部分矿化反应;生物质炭物理性质的改变,主要是土壤有机质和矿物质对生物质炭的包覆作用造成生物质炭的孔隙特征发生改变。生物质炭在土壤中的老化可能会导致有机污染物的吸附-解吸行为发生改变,且受土壤、生物质炭以及污染物性质的影响较大。本文综述了生物质炭在农田土壤中的老化机理及主要影响因素研究方面的进展,总结了生物质炭在土壤中的老化对有机污染物吸附-解吸行为的影响,提出了尚待解决的相关前沿科学问题。     

不同生物质炭的镉吸附特征及对云南土壤镉污染的调控效应

研究不同植物源生物质炭的性质，评价其对云南东川地区镉（Cd）污染应用效果。开展了稻秆炭（RBC）、麦秆炭（WBC）、玉米秆炭（MBC）、麻秆炭（HBC）、田菁炭（TBC）、花生壳炭（PBC）的Cd吸附特征研究和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD ）分析；通过盆栽试验分析了上述生物质炭对东川Cd污染土壤的Cd赋存形态和油麦菜Cd吸收的影响。结果表明，Langmuir吸附等温线及准二级动力学曲线能较好模拟生物质炭对Cd的吸附， TBC饱和吸附量最大分别为37.1和27.9 mg?g-1；WBC、RBC、TBC解吸率较低，各浓度梯度下均不超过10%；FTIR分析表明田菁炭含有较多的含氧官能团；XRD分析表明各生物质炭元素种类存在差异。与不添加生物质炭处理（CK）比较，TBC处理土壤有效Cd降幅最大为24.3%，且达显著水平（P<0.05）；同时土壤Cd形态由酸溶态向稳定态转化。与CK相比， HBC处理油麦菜地上Cd含量降幅最大为26.4%，且达显著水平；WBC、HBC处理显著降低油麦菜体内Cd的转运系数，转运系数分别为0.662 0、0.692 8。聚合增强树分析（ABT）分析结果表明，土壤可溶性有机碳（DOC）与土壤pH是土壤有效Cd的主要影响因素，呈极显著负相关，贡献率分别为33.0%和21.9%。综上，供试各植物源生物质炭能降低东川Cd污染土壤中Cd的有效性，减少植物对Cd的吸收及转运，不同生物质炭间存在差异。综合材料性质及试验结果，TBC是东川地区修复Cd污染土壤的较优材料选择。     

木屑生物质炭对水中阿特拉津、多菌灵和啶虫脒复合农药的吸附性能研究

选取木屑为原材料,在500、700℃下制备生物质炭(标记为MX500和MX700),试验考察了溶液初始pH和生物质炭投加量对其吸附性能的影响,并利用吸附动力学、吸附等温线以及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段,研究了木屑生物质炭对水溶液中3种不同类型的典型常用农药阿特拉津(ATR)、多菌灵(CAR)和啶虫脒(ACE)的吸附特性及吸附机理。结果表明：热解温度700℃,pH 3.0,生物质炭投加量为2.0 g/L时,木屑生物质炭对3种农药的联合吸附效果最好。MX700对ATR、CAR和ACE的最大吸附量分别为40.2、50.4和44.9μg/g,约为MX500的1.4倍～2.2倍。吸附动力学和吸附等温线结果显示,准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Langmuir方程能较好地拟合吸附过程。FTIR结果显示,木屑生物质炭主要通过酚羟基和羧基等含氧官能团以及芳香环结构去除水中ATR、CAR和ACE。木屑生物质炭对农药的吸附机理包括静电作用力、氢键作用力及π–π键相互作用力。在100μg/L浓度下,木屑生物质炭对ATR、CAR和ACE复合农药的吸附效果和机理与农药单体类似。综上,木屑生物质炭作为...     

生物质炭土壤改良效应研究进展

生物质炭对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化具有重要的影响,已被认为是大气CO2的重要储库。现有研究表明,施用生物质炭在进行碳固持的同时,还可以通过改善土壤理化性质、提高土壤肥力、修复土壤污染等形式对区域及全球土壤生态系统功能产生影响。本文在文献资料调研的基础上,系统论述了生物质炭的主要性质以及生物质炭用于改良土壤的研究现状,评价了生物质炭化还田技术所具有的突出优势,并提出了今后研究中需要解决的关键问题。     

生物质炭对茶园土壤水溶性氟吸附特性的影响

采用室内培养试验法对添加生物质炭的茶园土壤水溶性氟吸附特性进行了研究。结果表明,茶园土壤随生物质炭添加量增加对水溶性氟的吸附量和吸附率均逐渐降低,应用等温吸附Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能够较好地描述其吸附规律,其中以Freundlich方程拟合曲线最佳。随生物质炭添加量的增加土壤氟净吸附量逐渐降低。各处理土壤的氟吸附动力学过程包含吸附快反应和慢反应阶段,平衡时间小于120 min区间为吸附量快速上升期,平衡时间达到1 440 min后0.25%和0.50%生物质炭添加量处理土壤基本达到平衡状态。从双常数方程、Elovich方程和一级动力学方程拟合方程计算得到的理论吸附量与试验实测吸附量之间的符合程度较高,可准确描述添加生物质炭土壤对水溶性氟的吸附过程。添加生物质炭使土壤p H值升高与茶园土壤对水溶性氟最大吸附量、吸附强度和净吸附量的降低密切相关。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

生物炭陈化的研究进展

有关生物炭短期效应的研究已很多,然而对于生物炭长期效应的研究还缺乏理论基础,尤其是对于生物炭陈化的研究成果更少。综合国内外现有生物炭陈化研究成果,总结生物炭陈化方法,分析陈化处理对生物炭理化性质的影响,探索陈化生物炭施入对土壤性质的影响机制,阐明现有生物炭陈化研究方法的不足,提出未来生物炭陈化研究的发展方向,以期对生物炭陈化的研究具有参考意义。     

小麦秸秆生物质炭的结构特征及其对Cr(VI)的吸附性能研究

以小麦秸秆为原料,在300℃和500℃下制备生物质炭（WS300和WS500）,对其性质进行表征,并研究其对Cr （VI）的吸附特性。结果表明随制备温度升高,生物质炭的C含量升高,缩合度增强,极性和亲水性减弱。WS500有更大的比表面积和孔容。Cr （VI）主要以HCrO₄^-和Cr₂O₇^2-的形态吸附在生物质炭表面。WS500有更为丰富的羟基、羧基、酯基等官能团,可与Cr （VI）发生络合、氧化还原等作用。Cr （VI）的吸附等温线更适合用Langmuir模型拟合,说明吸附主要是单分子层吸附。Cr （VI）在WS500上的吸附容量高于WS300。     

pH及共存金属离子对生物质炭吸附铅稳定性的影响

生物质炭对重金属吸附性能的稳定性是评价生物质炭修复效果的重要指标。本文研究了不同pH、金属离子Cd和Al存在下,Pb在不同炭化温度(100℃、400℃、700℃)生物质炭上的脱附性能及脱附过程。结果表明,pH越低,Pb的脱附率越大。其主要是由于H~+的竞争效应,以及生物质炭表面官能团的质子化,促进了Pb的重新活化。在Cd和Al共存时,Pb的脱附率进一步增加。当pH=3.5时,Cd和Al的存在分别使Pb从CM100、CM400和ZKZ700上的脱附率提高了13.9%、1.0%、3.4%和26.8%、13.0%、11.3%。这主要归因于多金属的水解使得更多的H~+得以释放,进而促进了Pb的脱附。Pb在生物质炭上的脱附率随脱附时间的延长而不断增加,反应前4 h,脱附率迅速增加并均已达最大脱附率的70%,4 h后脱附速率减慢。Pb的脱附动力学符合伪一级动力学模型及颗粒内扩散模型(前4 h)。当Cd和Al存在时,解吸液对Cd、Al易解吸态的优先脱附降低了Pb的脱附速率并延长了其脱附所达平衡的时间。     

生物炭对有机无机污染物的修复作用与机理研究进展

生物炭作为高温热解下富碳、多孔的特殊结构和功能有机资源,在结构修复、吸附改良、水分持留、肥料缓释及土壤固碳减排等方面具有非常重要的作用。作为一种新型有机无机物的修复材料,生物炭由于其炭源材料、热解温度及速率各异而体现出系列吸附特征。综述了不同碳源材料置于各种缺氧热解制备条件下生成的各类生物炭对有机无机物料的吸附作用及其吸附解析机理,在此基础上,对生物炭吸附能力的科学表达形式及其应用前景进行了展望。     

施肥方式与施用生物质炭对设施菜地氨排放的影响

采用通气法对设施菠菜和黄瓜在施用生物质炭与翻耕措施下土壤氨气(NH3)排放进行观测,探索设施菜地NH3减排的有效途径.观测表明,设施菠菜与黄瓜土壤NH3排放主要发生在施肥后一周内.在施化肥氮总量300 kg/hm2条件下,设施菠菜不施生物质炭和表施生物质炭处理的NH3排放量分别占总氮投入量的8.00％和10.15％,而...     

生物质炭与氮肥配施对土壤氮素变化和烤烟氮素利用的影响

为探明生物炭与氮肥配施对土壤中氮素循环和烤烟氮素利用的影响,采用盆栽试验,设置四个处理：5 g/盆纯氮（CK）,5 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T1）,3.5 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T2）,2 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T3）,利用15N标记的氮肥,测定生物炭与氮肥配施条件下烤烟生长不同时期土壤中15N的残留量、不同形态氮素的含量、土壤微生物量氮和移栽后90 d烟叶对不同氮源氮素的累积量。试验结果表明：相同施氮量时,生物炭的施用可以提高土壤中15N残留量、土壤无机氮、碱解氮、微生物量氮的含量和叶片对氮素的累积量。生物炭与氮肥配施时提高了肥料氮在烟叶中的占比,使15N利用率也提高了25.4%-63.3%。与对照相比,T2处理植烟土壤中铵态氮、硝态氮、碱解氮在移栽后75 d比对照分别提高了17.3%、8.0%、7.2%,碱解氮和微生物量氮的含量在移栽后90 d时也高于对照。在本试验条件下,生物炭与氮肥配施对土壤氮素的影响是显著的,施用生物炭时减少30%氮肥用量是可行的。     

Effect of Three Different Qualities of Biochar on Selected Soil Properties

An incubation study was conducted to determine how biochar interacts with a nitrogen fertilizer and how it reacts in the soil as well as to measure the effect of different biochars on soil chemical properties. Two Iowa soils, Nicollet surface soil (fine-loamy, mixed, superactive, mesic Aquic Hapludoll) and Storden subsoil (fine-loamy, mixed, superactive, mesic Eutrudept), were mixed with three different qualities of biochar and a nitrogen fertilizer (urea). The biochar was created from corn stover that was pyrolized with three different amounts of atmospheric air: 0% (biochar 1), 10% (biochar 2), and 25% (biochar 3). Soil tests for pH, total nitrogen (N), extractable phosphorus (P), extractable potassium (K), ammonium N, nitrate N, organic matter, and total carbon (C) were performed. The different biochars significantly affected the total N, total organic C, and pH in both soils at all rates of urea applied. The conditions during pyrolysis influenced how the biochar/fertilizer reacted with the soil.     

生物黑炭对黑土根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响

采用盆栽试验,研究了生物黑炭对大豆根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响。结果表明:固氮作用强度在结荚期达到最大值,此后逐渐呈现出降低的趋势。氨化作用强度在开花期、结荚期和鼓粒期有显著差异,5%生物黑炭处理的氨化作用强度均显著高于CK处理。硝化作用强度在苗期、开花期和结荚期,N_2Y_5和N_1Y_5处理下的根际土壤硝化作用强度与CK处理均存在显著性差异;在鼓粒期和成熟期,只有N_2Y_5处理与CK处理存在显著性差异,分别比CK处理提高了58.87%,84.49%。生物黑炭的适量施用提高了根际土壤铵态氮的含量。苗期、花期、结荚期和鼓粒期不同处理之间铵态氮含量存在显著差异,成熟期差异不显著。合理的生物黑炭施用量对硝态氮利用起着关键性的作用,在苗期、花期、结荚期、鼓粒期,5%生物黑炭的处理均显著高于CK处理,在成熟期,N_1Y_5,N_1Y_(10)和N_2Y_(10)处理下的根际土壤硝态氮含量比CK处理显著降低了20.73%,21.04%,22.85%。