秸秆生物炭对玉米农田温室气体排放的影响

通过大田试验,采用静态暗箱-气象色谱法研究玉米农田不施生物炭(C0),施生物炭分别为15 t/hm2(C15)、30 t/hm2(C30)和45 t/hm2(C45)后温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放特征,并估算CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)。结果表明:添加生物炭显著降低CO_2和N_2O的季节累积排放总量,与C0处理相比,CO_2最大降幅为24.6%(C15),N_2O最大降幅为110.35%(C45),且其随着生物炭施用量的增加而降低;CH_4的季节累积排放总量由小到大依次为:C15、C30、C0、C45,其中,C15处理较C0处理降低幅度最大为259.62%,添加生物炭同时也降低CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),处理C15、C30和C45的GWP值较对照C0分别降低88.2%、123.2%和109.9%,GHGI分别降低88.86%、121.60%和100.03%。施用适量的生物炭可以有效增加玉米产量,处理C15、C30和C45的增幅分别为6.28%、7.27%和1.69%。处理C30显著降低CH_4和N_2O的综合增温潜势及其排放强度,并且产量的增幅最大。因此,在当前玉米农田管理措施下,生物炭施用量为30 t/hm2时可实现玉米增产和固碳减排的目标。     

设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷形态及吸附与释放特性的影响

针对设施土壤中长期大量施用有机肥可能造成的土壤磷素过度积累及易流失等问题,本研究拟通过施用生物炭增加土壤中磷的吸附,从而减少磷流失。此外,目前关于在设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷素形态和有效性的影响作用尚不清楚。为此,在辣椒大棚中通过长期定位试验,研究连续4茬施用生物炭对土壤有效磷、不同形态磷、磷吸附及释放的影响。结果表明：在每公顷施用15 t猪粪稻草有机肥基础上施用生物炭可显著增加土壤有机碳含量和土壤pH,并显著改变了土壤磷各组分含量,显著增加了NaHCO₃ P_i、NaHCO₃ P_o、Fe/Al-P_i和Ca-P_i含量,且显著降低了Ca-P_o含量。此外,连续4茬施用生物炭还增加了土壤对磷的吸附,从而降低土壤磷的释放。本研究结果说明,在设施土壤中长期大量施用有机肥下结合施用生物炭在保持土壤有效磷供应下可提高土壤磷的吸附,从而降低土壤磷素的流失风险。     

双孢菇菌糠生物炭吸附Pb2+机制及其环境应用潜力

为了有效去除水体中的重金属Pb~(2+),开发利用菌糠生物炭吸附剂,以双孢菇菌糠(MS)为原料,在350、550、750℃下限氧热解制备生物炭(MS350、MS550、MS750),并利用FTIR、XRD等技术对吸附前后的生物炭样品进行表征;通过批量吸附、定性和定量分析以及萃取实验,研究菌糠生物炭对Pb~(2+)的吸附特性、机理及吸附后样品的稳定性能。结果表明:随着热解温度的升高,样品的产率降低,pH值升高,芳香性增强。准二级动力学方程和Freundlich模型能够较好地符合MS350、MS550的吸附过程,而MS750以准二级动力学和Langmuir模型较好符合。相较于MS350和MS550,MS750吸附性能最好,经Langmuir模型拟合,MS750的最大吸附量为266.23 mg·g-1。溶液pH值影响生物炭的吸附性能,在pH值2.0～7.0的范围内,吸附量随溶液pH值升高而增加。机理分析表明:吸附机理包括矿物沉淀、阳离子交换、含氧官能团络合以及π电子配位;其中,矿物沉淀(CO_3~(2-), SO_4~(2-))是主要的吸附机制,其贡献率随热解温度升高而增加。萃取实验表明:经吸附后,3种生物炭上的Pb~(2+)均以酸溶态铅和非生物利用态铅为主,说明吸附后的铅具有较好稳定性能,两种形态的铅占总吸附量的大小顺序为:MS750(98.65%)MS550(95.91%)MS350(86.51%)。综合分析表明,MS750较其他温度生物炭不仅吸附性能更好,而且吸附后稳定性更强,故在环境应用上具有更大的潜力。     

生物炭对烤烟成熟期土壤养分及根际细菌群落结构的影响

采用大田小区处理方式,分别设置常规施肥(CK)和750 kg/hm~2生物炭+常规施肥(T)2组试验,探究生物炭对植烟土壤微生物群落和土壤养分的变化规律及其对烟叶质量的影响。结果显示:生物炭可以显著提高土壤pH、速效磷、速效钾和有机碳含量,促进烟株生长发育;与CK相比,生物炭处理后绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteriota)和厚壁菌门(Firmicutes)丰度增加,分别提高了1.82%、12.36%和64.55%;放线菌门(Actinobacteriota)和变形菌门(Proteobacteria)丰度分别降低了2.02%和9.00%;聚类和主成分分析结果显示,烤烟根际土壤中优势细菌与土壤pH、速效钾、速效磷和有机碳均存在显著的相关关系,其中厚壁菌门(Firmicutes)、Myxococcota和Desulfobacterota与土壤pH、速效磷、速效钾和有机碳存在显著的正相关关系(P0.05),Bacterdidota与Patescibacteria与土壤pH、速效钾、速效磷和有机碳存在显著负相关关系;生物炭施用通过改善根系周围矿质营养和微生物群落进而提高烟叶质量。生物炭有利于成熟期土壤养分固持及根际促生细菌群落增加。     

生物炭对四环素污染土壤微生物群落结构的影响及环境因子关联的剂量效应分析

为研究不同剂量生物炭对四环素污染的土壤的原位修复效果,本研究以甘蔗渣为原材料制备生物炭,并通过不同剂量的添加(1%、2%、3%,分别记作BC-1、BC-2、BC-3)明确了修复过程中四环素去除效率、土壤理化性质、酶活性和降解微生物的变化情况。结果表明：生物炭施入显著加速了土壤中四环素的降解,其中BC-2处理(79.50%)显著高于BC-3(62.50%)和BC-1(50.30%)处理。同时生物炭处理显著提高了土壤pH及有机质和腐殖质含量,在培养结束后,各处理的pH较CK(四环素污染土壤)分别提升了0.46、0.54、0.80,有机质分别提升了1.37、2.82、5.12 g·kg^-1,腐殖质分别提升了4.48、6.55、5.21 g·kg^-1。生物炭处理显著提升了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,其中BC-2处理提升效果最好,较CK分别提升40.00%、183.30%、65.30%和157.10%。在生物炭处理中,具有降解作用的潜在降解菌Achromobacter(无色杆菌属)、Sphingomonas(鞘脂单胞菌属)、Stenotr...     

不同有机改良剂对矿区土壤溶解性有机质及其铅赋存形态的影响机制

为探讨不同来源有机改良剂对污染土壤溶解性有机质(DOM)分子特征及重金属环境行为的影响机制,本研究选择3种不同来源的有机改良剂,以海南省昌化矿区铅(Pb)污染土壤为研究对象,以不施有机改良剂的土壤为空白对照处理,对3种不同有机改良剂处理(添加5%羊粪、海藻有机肥、小麦秸秆生物炭)的土壤进行培养实验。结果表明：施用有机改良剂能显著提高土壤溶解性有机碳(DOC)含量,在培养后期DOC含量逐渐降低;除了生物炭,其他3种处理高分子量芳香碳类物质(C2)占比随培养时间增加而降低,较低分子量的氧化醌类物质(C3)占比提高。红外光谱特征表明施用有机改良剂后土壤中DOM的官能团主要是氨基酸N H键和羟基OH;随着培养时间的增加,4种处理均能提高土壤中水溶态Pb含量,其中海藻处理的水溶态Pb含量最高,达到1.91 mg·kg^-1,可还原态/铁锰氧化物结合态是Pb的主要存在形态(48%～54%)。不同培养时间的冗余分析表明土壤DOC含量以及相关官能团与土壤Pb含量和形态存在相关性,土壤溶液中的Pb主要受控于土壤溶液中的DOM,海藻和羊粪处理能够增加土壤中水溶态Pb和EDTA-Pb的含...     

生物炭对连作草莓光合特性及光响应的影响

为了寻求缓解草莓连作障碍的有效途径,以佐贺清香草莓品种为试验材料,盆栽条件下在连作8 a草莓的土壤中分别添加质量分数为0%、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%的小麦秸秆生物炭,研究不同生物炭用量对草莓光合响应参数的影响。结果表明,连作土壤中添加生物炭的量影响了草莓的光合生理,添加一定量的生物炭在一定程度上可以缓解连作障碍。当生物炭添加量为0.30%时,草莓具有更大的光合潜力,其叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量分别比不添加生物炭对照提高37.20%、85.57%和55.14%,差异显著。随着生物炭添加量的增加,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量表现为先升高然后降低的趋势,且均在生物炭添加量为0.30%时达到最大值。表观量子效率和最大净光合速率的变化趋势与叶绿素含量表现一致,表现为0.30%生物炭处理时最高,且分别比对照增加16.62%和32.29%;而当生物炭用量继续增加时,光合作用受阻,且0.30%生物炭处理对弱光的利用能力最强。与不添加生物炭相比,0.15%和0.30%生物炭处理呼吸效率升高,0.45%和0.60%生物炭处理草莓呼吸效率降低。生物炭添加量为0.30%时光补偿点最低。相关性分析表明,叶绿素a含量能较好地反映草莓最大净光合速率的大小,而总叶绿素含量值则能很好地反映草莓在强光下进行光合作用能力的大小。综上,添加一定生物炭,有利于草莓光合色素的合成,提高了光合能力,有助于草莓干物质的积累,在连作土壤中添加0.30%生物炭时最有利于缓解连作障碍对草莓光合生理的影响,叶绿素能较好地反映草莓的光合作用能力,这对草莓设施生产管理具有一定的指导意义。     

老化秸秆生物炭对诺氟沙星吸附特性的研究

为研究老化秸秆生物炭的性质及对水中诺氟沙星的吸附特性,本研究将新鲜生物炭进行自然老化、冻融循环老化和高温老化,通过元素分析、扫描电镜和红外光谱分析老化前后生物炭的组成和结构特性变化,研究老化生物炭对诺氟沙星的吸附机理以及pH、离子类型和离子浓度对吸附效果的影响。结果表明：不同老化方式均使生物炭的C元素含量降低,O元素含量显著增加,极性增加,芳香性降低,其中高温老化影响最大。高温老化使生物炭表面的—OH和C=C明显减少,冻融循环老化使—OH数量增加,自然老化对生物炭表面官能团影响较小。老化使生物炭表面破损、孔道塌陷,生物炭上的吸附点位被阻塞,不利于对诺氟沙星的吸附。老化前后生物炭对诺氟沙星的吸附更符合准二级动力学模型,等温吸附拟合发现,Langmuir模型能更好地拟合诺氟沙星在生物炭上的吸附过程。自然老化、冻融循环老化和高温老化分别使生物炭的吸附量降低了5.50%、7.70%、14.80%;在背景液pH 3.0~11.0范围内,老化前后生物炭对诺氟沙星的吸附量随pH增大先升高再降低,当pH为7.0时,吸附量达到最大值。阳离子价态越高,离子浓度越大,老化后生物炭对诺氟沙星的吸附量越小。研究表明,老化对生物炭的理化性质和吸附抗生素的能力均有影响,因此在使用生物炭去除目标污染物时需要考虑环境因素的影响。     

生物炭对污泥-菌渣堆肥腐殖化与重金属钝化的影响

为探讨生物炭对市政污泥堆肥腐殖化和重金属钝化的影响,将市政污泥和菌渣按照湿质量比1:0.7进行混合,设置3个堆体进行好氧堆肥:处理组堆体分别添加混料干质量5%和10%的生物炭(记为BC5、BC10);对照组(CK)堆体不添加生物炭。结果表明:添加生物炭可延长高温时间,促进堆肥中富里酸向大分子胡敏酸转变,降低水溶性有机物含量,促进堆体腐熟。添加生物炭的堆体对重金属的钝化效果均优于CK组,BC5对可交换态Cu、Pb钝化效果较好,钝化率分别为78.12%、97.82%,BC10对可交换态Cr、Ni、Zn钝化效果较好,钝化率分别为66.64%、5.88%、19.76%;堆肥后Cu、Pb、Cr残渣态分配率增加量大小顺序为BC10>BC5>CK,Ni、Zn残渣态分配率增加量大小顺序为BC5>BC10>CK。Cu、Cr、Pb、Zn可交换态分配率均与水溶性有机物和富里酸呈极显著正相关(P<0.01),与胡敏酸呈极显著负相关(P<0.01)。研究表明,添加生物炭有利于堆体腐殖化和重金属钝化,且两者存在相关性。     

稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH4和CO2累积排放量的影响

为明确稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH₄和CO₂累积排放量的影响过程与机制,本研究以稻田红壤为对象,通过室内培养试验,按土壤质量的1%等碳添加量设置对照(CK)、稻秆(RS)及300、400℃和500℃下制备的稻秆生物炭(RSB300、RSB400、RSB500)5个处理,对比分析了稻秆及稻秆生物炭添加0、30 d与120 d时,稻田红壤中可溶性有机碳(DOC)、总有机碳(TOC)、游离态粗颗粒有机碳(fcPOC)、游离态细颗粒有机碳(ffPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)、游离态矿物结合态有机碳(fMOC)及闭蓄态矿物结合态有机碳(oMOC)的变化差异,并探讨了稻田红壤CH₄和CO₂累积排放量与各有机碳组分含量的相关关系。结果表明:稻秆生物炭添加后稻田红壤中DOC、TOC、fcPOC、ffPOC、oPOC和fMOC含量均显著增加;其中,oPOC与oMOC含量随着培养时间的增加而显著增加,但fcPOC与fMOC含量则显著降低(P<0.05)。与CK处理相比,RS处理的稻田红壤中CH₄和CO₂的累积排放量均显著且持续增加;RSB各处理的稻田红壤中CO₂的累积排放量显著降低;只有RSB300和RSB400处理的稻田红壤中CH₄的累积排放量显著增加,且在培养120 d时分别增加了188.5%和32.7%(P<0.05)。相关性分析表明,添加稻秆及稻秆生物炭的稻田红壤中CH₄和CO₂累积排放量虽与DOC、ffPOC和fcPOC含量均呈极显著正相关关系,但其中DOC和fcPOC含量起主导作用(P<0.01)。研究表明,添加稻秆生物炭可以有效提高稻田红壤中各有机碳组分的含量与稳定性,且500℃热解制备的稻秆生物炭添加对稻田红壤中CH₄、CO₂累积排放量抑制效果最好。