羊栖菜生物炭对镉污染土壤性质及镉形态的影响

为了研究生物炭对实际镉(Cd)污染土壤理化性质和Cd化学形态的影响,首先以海洋生物质(羊栖菜)、农林废弃物(水稻秸秆、山核桃壳)为原料制备了三种生物炭,并比较了三种生物炭对水溶液中Cd的吸附效果,从而优选出对Cd吸附最佳的生物炭。通过在Cd污染的土壤中施用不同用量的优选生物炭,测定污染土壤基本理化性质和Cd化学形态的变化,初步探讨了生物炭对实际Cd污染土壤理化性质和土壤Cd污染的钝化效果。结果表明,三种生物炭中羊栖菜炭对重金属Cd的吸附效果最佳。污染土壤添加羊栖菜炭后可以明显提高污染土壤p H、有效磷、速效钾、全氮和有机质,且随添加量增加而幅度增大。不同量的羊栖菜炭的施入均有效降低了污染土壤有效态Cd含量,使得土壤重金属Cd由交换态向碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态转化。综上所述,羊栖菜炭显著降低了土壤重金属Cd的生物有效性和生态毒性,从而显著降低重金属Cd的危害。     

长期不同施肥管理对稻田土壤有机碳库特征的影响

以19年的长期定位施肥土壤为材料,研究不同施肥管理:不施肥(CK),施无机肥(N、NP、NK、NPK),施有机肥(OM),有机-无机配施(F、F')下稻田耕层土壤有机碳库组分及含量变化.结果表明:不同施肥方式对土壤有机碳及其组分有显著影响,土壤总有机碳(TOC)变化趋势为有机无机配施(平均12.34g/kg)>单施有机肥(平均12.15 g/kg)>无肥(平均10.56 g/kg)>化肥(平均9.78 g/kg);有机肥和化肥配施土壤徽生物量碳(SMBC)、水溶性有机碳(WSOC)、轻组有机碳(LFOC)及SMl3(2/TOC、WSOC/TOC、LFOC/TOC均显著高于单施化肥土壤的.与不施肥相比,化肥、有机肥的施用均显著增加了土壤重组有机碳(HFOC)和HFOC/TOC,其中,化肥的施用更有利于土壤重组有机碳(LFOC)的积累.单施有机肥或有机无机配施显著增加了较大粒级(>0.25 mm)水稳性团聚体及其TOC含量,而单施化肥则显著增加了较小粒级(<0.25 mm)及其TOC含量.因此,长期施用有机肥,特别是有机肥与无机肥配施能提高土壤活性碳含量和土壤团聚体稳定性,从而保持和提高了土壤质量和持续生产力.     

生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展

生物炭因具有制备原料来源广泛、比表面积大、孔隙发达、富含碳素、表面官能团丰富等特点而被广泛用于土壤改良、污染物去除、固碳减排等方面。近年来,研究发现将生物炭进行物理、化学或生物改性,会强化生物炭功能,有利于生物炭的高效利用。本文综述了生物炭及改性生物炭的制备,理化性质分析及其在土壤、水体、大气中的应用,并将改性前后生物炭进行比较,客观分析了目前生物炭应用所存在的实际问题,为生物炭及改性生物炭的制备、功能强化及拓展应用提供了一定的理论依据。     

蛭石改性水稻秸秆生物炭在土壤中的短期降解

稳定性是生物炭发挥固碳功能的基础,探究生物炭在土壤中的降解特征具有重要的现实意义。以水稻秸秆为生物质原料,在不同炭化温度和蛭石改性条件下制得一系列生物炭,探索其稳定性变化规律,并通过实验室恒温培养试验,研究了蛭石改性和未改性水稻秸秆生物炭在红壤、水稻土中的短期降解行为及其影响因素。水稻秸秆生物炭的碳含量随炭化温度的升高而增加,经蛭石改性后降低了20.3%～32.6%。当炭化温度从300℃升高至700℃时,生物炭的可溶性有机碳(DOC)含量表现为先增后减的变化趋势,在400℃时为最大值,700℃时为最小值。蛭石改性降低了所有生物炭的DOC含量。生物炭的H/C随炭化温度升高而降低,且经蛭石改性后有所降低。与300℃生物炭相比,700℃未改性和蛭石改性生物炭的热损失量分别降低了56.1%和56.8%。蛭石改性使生物炭的热损失量降低14.8%～45.6%。水稻秸秆生物炭的含碳官能团主要由芳香碳、烷氧碳与非取代脂肪烃组成,其中芳香碳含量最高;随着炭化温度的升高,生物炭中的芳香碳含量增加,烷氧碳与非取代脂肪烃含量下降;蛭石改性增加了生物炭中的芳香碳含量。与红壤相比,水稻土中生物炭的碳含量更低;与淹水条件相比,干旱条件下土壤中生物炭的碳含量更低。结果表明,蛭石改性在降低生物炭中碳含量的同时增加了生物炭的稳定性。相比于红壤,生物炭在水稻土中的碳降解速度更快;相比于淹水条件,干旱条件下生物炭的碳降解速度更快。综合来看,蛭石改性为显著影响生物炭在土壤中发生碳素降解的最主要因素,其次为土壤类型,水分状况的影响相对较弱。     

土壤矿物与生物炭可溶性组分的交互作用及机制

为探究生物炭可溶性组分与土壤矿物的交互作用,进而从矿物角度揭示生物炭在土壤中的稳定机制,以水稻秸秆为生物质原料制备不同炭化温度的生物炭(RS300、RS500和RS700),选用高岭石、蒙脱石和伊利石3种土壤矿物,开展土壤矿物与生物炭可溶性组分的吸附结合实验。结果表明:随生物炭可溶性组分碳浓度的升高,土壤矿物对其吸附量逐渐增加,3种土壤矿物的吸附量顺序总体为蒙脱石>伊利石>高岭石,这与土壤矿物的自身结构直接相关。高岭石、蒙脱石对生物炭可溶性组分的结合机制以范德华力为主,其贡献比例分别为3.4%~87.0%和32.0%~82.0%;而伊利石与RS300可溶性组分的吸附结合作用以Ca²⁺架桥为主(贡献比例为60.4%~70.6%),与RS500和RS700可溶性组分的结合以范德华力为主(贡献比例分别为18.7%~65.0%和53.0%~67.6%)。经综合对比分析,RS500通过与蒙脱石的交互结合,最大程度上抑制了可溶性组分的溶解,有利于更好地发挥生物炭的固碳减排优势。     

浙江省梨主产区梨园土壤理化性质及重金属状况调查分析

为摸清浙江省梨生产状况,本研究选择省内梨优势主产区具有代表性的12个梨园开展土壤质量采样调查,对土壤样品的理化性质和重金属含量进行检测分析,旨在为该地区实现梨产业提质增效和绿色发展提供依据。结果表明,调查梨园土壤表层0~<20 cm pH平均值为5.24,20~40 cm土壤pH平均值为5.31,土壤总体呈酸性。有机质、总氮、有效磷、速效钾的含量总体适宜,但不同地区采样点之间的差异较大,其中有机质、总氮、有效磷的含量均呈现武义采样点较高,慈溪采样点较低的结果;速效钾的含量呈现嘉兴采样点较高,上虞采样点较低的结果。此外,所有调查的梨园土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cr含量总体上均符合土壤环境质量二级标准,而东阳采样点存在重金属Cd含量超标的问题,需要采取一定措施进行土壤重金属修复。     

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g~(-1)和17.60 mg·g~(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。     

大麦长期肥料效率和土壤养分平衡

基于19年田间定位试验, 通过测定氮、磷、钾肥不同配施处理下, 大麦地上部生物量、产量及籽粒和秸秆中各养分含量, 研究了大麦生长期土壤和环境养分供应状况、肥料效率和土壤养分表观平衡。结果表明, 不施肥条件下, 平均每年大麦可从土壤和环境中吸收氮、磷和钾素44.5、10.7和52.5 kghm^-2; 大麦籽粒中氮、磷、钾含量平均为17.3、3.48和4.18 gkg^-1, 秸秆中为4.85、0.64和17.5 gkg^-1。所吸收的氮素和磷素分别有75.7%和83.5%被转运至籽粒中, 但钾的转运率仅为18.8%。大麦生产单位籽粒所需的氮素和钾素相当, 约为吸磷量的5~6倍。每生产1000 kg籽粒, 需要吸收氮素22.3 kg、磷素4.0 kg和钾素20.5 kg。19年平均氮、磷和钾肥的表观利用率分别为29.0%、12.8%和71.8%, 累积回收率为75.3%、63.6%和203.2%。在氮磷钾平衡施肥条件下, 每年土壤氮素和磷素可盈余18.4 kg hm^-2和6.9 kghm^-2, 但是土壤钾素平均每年亏缺43.8 kg hm^-2; 这种基础养分供给处理可维持每年大麦产量2350 kghm^-2左右。     

生物质原料及炭化温度对生物炭产率与性质的影响

本研究以竹片、山核桃壳、水稻及油菜秸秆等4种生物质为原料,通过热重分析研究各生物质材料性质与热解特性及生物炭产率之间的关系;并在300～700 ℃下热解6 h制备生物炭,分析生物炭的元素组成及官能团结构。结果表明,在低温段（300～400 ℃）,生物质材料中的纤维素、木质素等组分对生物炭产率影响较明显,木质素含量高的材料产率较高;而400 ℃以上则是灰分含量对生物炭产率影响较大,水稻及油菜秸秆由于灰分含量高,其400 ℃以上的生物炭产率高于竹片及山核桃壳。随着炭化温度的升高,生物炭灰分含量增加,无灰基的碳含量增大,稳定性增强;仅水稻秸秆炭由于灰分含量较高,在高温（500～700 ℃）条件下仍有部分含氧官能团存在。综上,生物炭在一定温度下的产率取决于生物质材料来源,而生物炭的稳定性则主要由炭化温度决定,且温度越高,性质越稳定。