生物炭与磷肥配施对棕壤中Cd形态及其有效性的影响

通过实验室模拟Cd污染棕壤,探讨单施不同量(20和40 g·kg~(-1))花生秸秆生物炭(PB)和棉花秸秆生物炭(CB)、20 g·kg~(-1)磷肥(P)以及两者配施对污染土壤p H值及5种形态Cd含量变化的影响,分析生物炭、磷肥及其联合作用对棕壤Cd生物有效性的影响机制。结果表明,单施磷肥可显著降低土壤p H值(较CK降低14.64%),单施生物炭以及两者配施均可提高土壤p H值(较CK增加0.99%~24.67%),以单施40 g·kg~(-1)花生生物炭处理土壤p H值增幅最显著。单施磷肥显著降低土壤可交换态、碳酸盐合态和铁锰氧化物结合态Cd含量,增加有机结合态和残渣态Cd含量;单施生物炭和配施处理均可使土壤可交换态Cd含量显著减少,碳酸盐结合态Cd含量显著增加(49.76%)。在相同施炭量(20 g·kg~(-1))下,配施处理土壤有效态Cd含量的降幅高于单施处理,且花生秸秆生物炭与磷肥配施处理效果优于棉花生物炭与磷肥配施,Cd活性系数分别为0.150和0.236,即20 g·kg~(-1)花生秸秆生物炭+20 g·kg~(-1)磷肥(P+PB_2)混合处理最有利于降低土壤Cd生物有效性。     

不同钝化剂对土壤环境中重金属有效性和微生物群落的影响

以云南省澜沧拉祜族自治县铅矿区农田污染土壤为研究对象,采用土培实验的方法,研究生物炭、腐殖土和海泡石单施及配施条件下,土壤Pb、Zn和Cd有效态含量、重金属形态分布及微生物群落的变化.结果表明,腐殖土和生物炭改良剂均能有效地降低生物有效态Pb、Zn和Cd的含量,低剂量海泡石的添加修复效果不明显.其中,腐殖土的施入使土壤中有效态Pb、Zn和Cd含量降低了42.27% 、45.38%和21.99% ;腐殖土和生物炭复合修复使有效态Pb平均降低了60.30% .土壤重金属各赋存形态的分级提取结果表明,生物炭和腐殖土会使Pb和Zn向趋于较稳定的形态转化,果木生物炭的单施和与腐殖土混施均增加了Pb和Zn残渣态所占比例. 5%复合剂(秸秆生物炭与海泡石)、2%复合剂(秸秆生物炭与腐殖土)修复后土壤微生物总量分别增加了80.29%和68.52% ;丛枝菌根真菌数量分别增加了92.39%和59.78% .因此,对于酸性土壤而言,生物炭与腐殖土复合改良剂更有利于土壤环境的修复.     

添加铁基生物炭对Cd在土壤-水稻体系中迁移转化的效应及其机制

该研究将探讨铁基生物炭对Cd在土壤-水稻系统中迁移转化的影响及Fe和Cd之间的相互作用关系,为研发成本低廉、实用、高效和安全的Cd污染土壤修复技术提供科学支持。采集广东省韶关市韶关电厂周边受Cd污染的水稻土,设置水稻盆栽试验,每盆装土10kg,处理如下:(1)对照,(2)添加纯的生物炭100g,(3)添加ω_((Fe))=0.5%的铁基生物炭100 g,(4)添加ω_((Fe))=1%的铁基生物炭100 g,(5)添加ω_((Fe))=2.5%的铁基生物炭100 g,(6)添加ω_((Fe))=5%的铁基生物炭100 g,(7)添加Fe粉5 g。分析各处理对水稻成熟期根表铁膜Fe和Cd、水稻各部位Cd含量的影响,并探讨此影响的机制。结果表明,(1)铁基生物炭的添加显著降低了水稻根部对Cd的吸收。在7个不同处理中,水稻各部位总Cd含量大小为根表铁膜、根系稻杆稻壳稻米,呈现出植株从下往上依次递减的趋势。根表铁膜所固定的Fe和Cd之间存在显著的正相关关系。(2)铁基生物碳的添加能在一定程度上改变Cd在土壤中的赋存形态。根际土壤中以铁锰氧化物结合的Cd含量随着铁基生物碳含铁量的增加而有所增加,而离子交换态的Cd和碳酸盐结合态的Cd含量相应有所下降,进入水稻体系的Cd含量也相应降低。(3)土壤中无定型铁氧化物是土壤中Cd的重要的汇,强烈影响着Cd在土壤-水稻体系中的迁移。其Cd含量与稻米、稻壳、茎叶和根系中的Cd含量之间存在着显著的负相关关系,铁基生物碳的添加能有效地增加土壤中无定型铁氧化物的含量,从而对生物可利用性的Cd进行有效吸附,降低其对水稻的危害,降低Cd在稻米中的累积。这表明铁基生物炭是良好的土壤Cd钝化剂和土壤改良剂,可在大田中应用。     

秸秆生物炭对矿区污染土壤重金属形态转化的影响

以小麦秸秆制备的生物炭作为修复材料,通过室内培养试验研究不同生物炭施用量(w分别为0、1%、2%和5%)对矿区复合污染土壤Cu、Zn、Cd和Pb赋存形态的影响。结果表明,经过150 d的培养,施用生物炭可明显提高土壤p H值和有机碳含量,比对照分别增加0.96%~2.62%和9.1%~38.6%。土壤中酸提取态Cu、Zn和Cd含量随生物炭施用量的增加而降低,与不施用生物炭相比下降幅度分别为7.0%~16.9%、6.7%~11.8%和5.3%~9.6%,酸提取态Pb含量无明显变化。生物炭可不同程度地减少可还原态Cd和可氧化态Cu、Zn、Pb含量。施用生物炭处理残渣态Cu、Zn、Cd和Pb含量明显提高,与不施用生物炭相比增加幅度分别为10.6%~46.8%、5.9%~15.7%、40.9%~191.9%和1.5%~2.6%。相关性分析表明,土壤p H值、有机碳含量与酸提取态和残渣态重金属含量显著相关。综合而言,生物炭能够促进供试污染土壤Cu、Zn、Cd和Pb由酸提取态、可还原态和可氧化态向残渣态转化。     

生物炭对土壤外源镉形态及花生籽粒富集镉的影响

镉是存在于农田土壤中毒性较大且较普遍的一种重金属,而生物炭可以应用于重金属污染农田,对作物生长与污染土壤修复产生影响。通过盆栽试验,将生物炭作为镉污染条件下土壤的改良剂,研究不同用量生物炭、镉元素对土壤中镉形态及其含量的影响,进一步测定花生(Arachis hypogaea L.)籽粒镉含量,探明其吸收规律。试验镉施用质量分数(按纯镉计)分别为0、1、10 mg·kg-1,记为Cd0、Cd1、Cd10,在3种不同质量分数的镉污染土壤中分别添加生物炭质量分数0、3.3、6.6、10 g·kg-1,记为C0、C50、C100、C150,共12个处理。土壤镉形态参考Tessier连续提取法分离,镉含量采用原子吸收分光光度计(Z-5000 ASS)测定。样品相关测定分别于花生苗期、花针期、结荚期取土样,成熟期取籽粒样品进行。结果表明:当镉施用量一定时,土壤有效态镉含量与水溶态镉含量随生物炭用量增加而显著降低(P0.05),而其他各形态镉含量随生物炭用量增加而增加。苗期Cd1处理随生物炭施入量的增加,土壤有效态镉质量分数降低8.24%~20.24%;花针期,土壤有效态镉质量分数降低5.95%~38.46%;结荚期则降低6.23%~26.03%。Cd10处理下的3个生育时期,土壤有效态镉含量在C150取得最小值,镉质量分数分别下降12.56%、18.44%和15.52%。在土壤p H值方面,相同处理不同生育时期内出现先小幅降低再升高的趋势。成熟期花生籽粒镉含量随镉施用量的升高而增加;在镉施用量为1、10 mg·kg-1处理下,花生粒镉含量随生物炭施入量的增加而降低,C150Cd1处理的镉质量分数为0.29 mg·kg-1,为施加镉处理组含量最低,即当生物炭施加量为10g·kg-1时,土壤修复效果最佳,花生粒镉含量最低。     

生物炭与腐殖酸复配对油菜（Brassica campestris L.）生长与镉累积的影响

以油菜(Brassica campestris L.)为供试原料,对油菜废弃物生物炭进行制备与表征,通过盆栽实验,探究不同比例生物炭和腐殖酸的复配对土壤理化性质,油菜中Cd总量与根系土壤有效态Cd含量的影响。结果表明,生物炭和腐殖酸能够提高土壤养分的有效性,两者表面富含的官能团和致密的孔隙结构有利于土壤Cd的吸附,并显著提高土壤pH值,促进土壤重金属Cd的钝化作用。生物炭和腐殖酸复配在一定的比例范围内可提高油菜的生物量,但是生物炭及腐殖酸单独施用量超过1%,则对油菜的生长产生抑制。随着生物炭比例(生物炭在土壤中所占比例始终小于1%)的增加,油菜地上部分和地下部分生物量分别提高47.55%—60.33%和10.21%—87.59%,而2%生物炭和1%腐殖酸处理组,1%生物炭和2%腐殖酸处理组,1%生物炭和3%腐殖酸处理组分别降低了1.46%—88.65%和6.67%—64.23%。1%生物炭处理组和1%腐殖酸处理组的土壤有效态Cd分别降低28.76%和22.06%。同时不同比例生物炭和腐殖酸的复配显著降低油菜中Cd的累积量,降低地上部分和地下部分Cd的含量幅度分别为30.76%—90.79%和29.88%—92.46%。进一步研究表明,钝化处理的盆栽土壤有效态Cd含量均显著降低,降幅可达22.06%—47.90%。利用油菜废弃物制备生物炭复配腐殖酸极大程度提升高了盆栽土壤的质量同时利于土壤中重金属的稳定化,为中国北方碱性土壤重金属Cd超标农田的修复提供参考。     

铁基生物炭钝化Cd大田试验研究

近年来,稻田Cd污染引起的环境及健康问题日益突出。应用钝化技术对土壤中有效性Cd进行钝化对稻田生态系统中Cd的生物地球化学循环具有重要的理论和实际意义。在广东省韶关市仁化县董塘镇红星村一受Cd污染的稻田上,设置大田试验,研究铁基生物炭对Cd在大田土壤-水稻系统迁移的影响以及对作物产量的影响。试验共设6个处理:(1)空白对照;(2)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2的普通生物炭;(3)每一季水稻插秧前,一次性施加75 kg·hm^-2的零价铁(Fe0);(4)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=1%的铁基生物炭(ω(Fe)=1%in Fe-Biochar);(5)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=3%的铁基生物炭(ω(Fe)=3%in Fe-Biochar);(6)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=5%的铁基生物炭(ω(Fe)=5%in Fe-Biochar)。结果表明:(1)施用生物炭、铁粉和铁基生物炭土壤钝化调理剂可以增加水稻产量,显著降低籽粒重金属Cd含量;(2)施用铁基生物炭可以显著增加水稻根表铁膜Fe含量,同时显著增加水稻根表铁膜固定的Cd量,抑制重金属Cd向籽粒的运输累积。综合考虑施用成本和钝化效果,对于Cd污染稻田,建议施用1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=3%的铁基生物炭材料。     

老化作用对水稻秸秆生物炭吸附Cd(Ⅱ)能力的影响

环境变化使生物炭材料发生老化作用,老化后的生物炭是否仍具有较强的吸附能力是评价生物炭对Cd修复的长期稳定性的重要指标.本文采用自然老化(Spontaneous aging,SPON),冻融循环老化(Freeze-thaw cycles aging,FTC)和高温老化(High temperature aging,HT)的方法对水稻秸秆生物炭进行2个月的人工加速老化,运用扫描电镜(SEM-EDS)、元素分析仪、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)研究老化作用对秸秆生物炭材料的影响,再通过等温吸附实验研究生物炭老化前后对Cd吸附性能特征的变化.结果表明,老化作用使生物炭材料局部发生破碎,增加了生物炭表面O/C比.老化作用显著影响秸秆生物炭表面的官能团,降低了生物炭表面—OH的数量,增加了CO、—COOH和Si—O—Si的数量,出现了C≡C键,可为Cd提供更多的吸附位点.等温吸附试验进一步证明了老化后的生物炭提高了对Cd(Ⅱ)的吸附性能.与生物炭原样相比,冻融循环老化、高温老化、自然老化使生物炭的Cd最大吸附量分别达到了26.49、33.30、23.40 mg·g~(-1),增加了27.8%,60.7%,12.9%.本研究表明老化作用改变了生物炭材料的表观结构和官能团,增强了对Cd(Ⅱ)的吸附能力,因此生物炭对Cd的修复具有一定的长期稳定性.     

玉米秸秆生物炭对水稻不同生育期吸收积累As、Cd的影响

近年来稻米As、Cd含量超标的事件屡有发生,稻米质量安全问题日益突出。通过盆栽种植水稻,向As、Cd复合污染土壤中分别添加质量分数为1.00%的玉米秸秆粉末(CS)和不同温度(300、400、500℃)下制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500),分析水稻分蘖期、抽穗期及成熟期各部位或器官中As、Cd含量变化,探讨不同处理对复合污染土壤水稻产量的影响。结果表明,不同时期水稻As、Cd含量分布规律为:根部茎部叶部糙米;玉米秸秆粉末和玉米秸秆生物炭的添加能一定程度上阻碍土壤As、Cd向水稻迁移,与CK相比,各处理均能显著降低不同时期水稻各部位Cd的含量(P0.05),CB-500处理在三大关键生育期处理效果最佳;玉米秸秆生物炭的施加能降低不同时期水稻各部位As的含量,但各处理未达到显著水平;水稻产量方面,与CK相比,生物炭处理和秸秆粉末处理使水稻增产6.93%~55.36%。研究结果可为生物炭对砷镉复合污染土壤的治理与水稻安全生产提供理论依据和数据支持。     

活性污泥生物炭对沉积物中镉生态毒性的影响

为评价沉积物中生物炭对重金属Cd生态毒性的影响,以底栖动物铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)为测试生物,采用14-d亚慢性沉积物生物测试研究了不同添加水平的活性污泥生物炭与不同浓度Cd联合作用对Cd的生物积累、肝胰脏细胞DNA损伤以及超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的影响。结果表明,活性污泥生物炭可以显著降低间隙水中Cd含量。当沉积物w(Cd)较低(10μg·g~(-1))时,添加生物炭并不显著降低Cd的生物积累,当沉积物w(Cd)较高(50μg·g~(-1))时,只有w=5%的生物炭才能显著降低Cd的生物积累。活性污泥生物炭对铜锈环棱螺不具有毒性。添加生物炭后,低Cd处理组DNA损伤指数、SOD活性和MDA含量均没有显著改变,提示低Cd沉积物中添加生物炭不影响Cd毒性。就高Cd处理组而言,添加w=1%生物炭也不影响Cd毒性,当添加w=5%生物炭时,DNA损伤显著降低,SOD活性明显升高,MDA含量显著下降,Cd毒性下降约60%。因此,沉积物中Cd生物有效性的降低并不必然导致Cd在铜锈环棱螺体内生物积累的减少。沉积物中较高比例的生物炭通过对Cd的吸附阻控在一定程度上减少了生物积累,从而可以有效地降低毒性。生物炭对沉积物中污染物生态毒性的影响与污染物的种类和浓度以及生物炭用量有关。     

生物炭和熟石灰对土壤镉铅生物有效性和微生物活性的影响

以南京近郊某蔬菜基地土壤为研究对象,采用盆栽试验方法,研究熟石灰和生物炭两种钝化剂对镉铅复合污染土壤修复效果以及对土壤微生物活性的影响.结果表明,施加熟石灰和生物炭能够增加土壤pH和有机碳等养分含量,促进Cd、Pb由酸溶态向还原态和残渣态转化,降低Cd、Pb有效态含量.与对照处理相比,熟石灰和生物炭5.0%用量下,Cd有效态含量(DTPA、TCLP和CaCl_2等3种提取态)分别下降37.74%—41.46%和22.22%—31.71%,Pb有效态含量分别下降45.59%—52.82%和35.47%—41.94%.生物炭的施用提高了土壤微生物量碳氮和微生物群落功能多样性,促进微生物对碳源的利用能力,其中生物炭5.0%用量下土壤微生物活性最高.熟石灰和生物炭的添加显著降低小白菜可食部位和根部对Cd、Pb的富集,与对照处理相比,可食部位Cd、Pb含量分别下降7.14%—47.62%和45.93%—74.82%,但所有添加钝化剂处理小白菜可食部位含量均超出国家安全食用标准.     

柠檬酸对生物炭钝化污染土壤中重金属稳定性的影响

为了研究生物炭(BC)对重金属复合污染土壤的钝化效果以及环境条件变化后钝化产物的稳定性.在受Cd、Pb和Zn污染的土壤中添加不同比例的生物炭进行土培实验,两个月后,添加不同浓度的柠檬酸模拟植物根际环境条件,分析土壤环境条件变化后重金属钝化产物的稳定性.结果表明,与对照组相比,添加生物炭(5%和8%)显著提高了土壤的pH值、阳离子交换容量(CEC)、土壤有机质(SOM),而有效态重金属和重金属毒性浸出浓度均显著降低,且后者低于其国际标准.添加柠檬酸后,土壤pH值随柠檬酸浓度的增加呈现下降趋势;生物炭的添加比例一定时,有效态Cd(DTPA-Cd)和Cd的毒性浸出浓度(TCLP-Cd)随柠檬酸浓度的增加呈现先降低(2 mmol·kg~(-1))后升高(10、20 mmol·kg~(-1))的趋势,而有效铅(DTPA-Pb)和有效态锌(DTPA-Zn)随柠檬酸浓度的增加而上升.柠檬酸浓度一定时,有效态重金属和重金属毒性浸出浓度随生物炭的添加比例的增加而降低,当生物炭的添加比例大于5%时,TCLP-Cd和TCLP-Zn虽有所上升(与无柠檬酸相比),但均低于其国际标准.可见,生物炭可对重金属污染土壤进行有效修复,但随着环境条件的变化,被钝化的重金属会发生解吸和溶解释放,从而增强其生物有效性和环境风险,但当生物炭的添加比例较高时,会一定程度抑制重金属的解吸和溶解释放,Cd和Zn的环境风险仍处于可接受的安全水平.     

不同秸秆材料与制备工艺下生物炭性质及对土壤重金属的钝化效应

以芦苇、玉米秸秆为原材料,采用正交实验设计方法制备不同处理生物炭,并将其应用到重金属污染土壤修复中,以寻求最佳的生物炭制备工艺并探讨其对土壤中Cd和Pb的钝化效果。结果表明,对生物炭制备影响最大的因素是炭化温度,温度升高会使炭产率下降,pH和灰分含量增加,比表面积在一定范围内也会大幅增加;其他因素如原料含水率、升温速率和炭化时间对生物炭制备的影响均低于炭化温度;所制备的芦苇秸秆生物炭(LWC)和玉米秸秆生物炭(YMC)产率相近,YMC的pH和灰分含量高于LWC,而LWC比表面积高于YMC。综合考虑因素最佳水平并兼顾效率,得出LWC和YMC最适宜制备条件均为含水率25%,升温速率20℃·min~(-1),炭化温度600℃,炭化时间0.5 h。与对照相比,添加LWC和YMC的土壤pH值均有所升高;随着培养时间延长,生物炭对土壤中Cd和Pb的钝化效率也逐渐提高,35 d时有效态Cd和Pb含量最高降低51.7%和44.9%,并且LWC的效果好于YMC。研究结果可为工程化制备生物炭提供一定的技术参考,并且为重金属污染土壤修复提供理论依据。     

土壤理化性质对发电厂周边土壤Cd生物有效性的影响

该研究旨在通过对土壤理化性质与Cd有效性之间的关系的研究,甄别影响Cd在土壤-水稻系统迁移转化的主要因素,为稻田Cd的污染控制提供科学依据。采集韶关发电厂周边的土壤样品和相应的水稻样品,分析土壤和水稻样品的Cd含量,以及土壤中Cd的各种形态和土壤理化性质,并分析它们之间的相关性。结果显示,(1)随着土壤中无定形铁氧化物以及游离态铁氧化物含量的增加,土壤中的Cd的生物有效性降低,表明土壤中铁形态深刻地影响着Cd的生物有效性。(2)土壤中硅的形态也是影响Cd在土壤-水稻体系迁移的重要因素,土壤中有效态硅和无定型硅具有抑制水稻吸收Cd的作用。(3)土壤pH降低会促进结合在土壤固相中的Cd(如碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态)发生溶解,因而随着土壤pH值的降低,土壤中生物可利用性的Cd含量会逐渐加大,表明土壤pH是影响Cd在土壤-水稻体系迁移的重要因素。综上,土壤理化性质对土壤中Cd的生物可利用性有重要影响,进而影响了水稻对Cd的吸收和积累。     

椰壳生物炭对多种重金属在广东水稻土中的吸附解吸特性影响

土壤中有毒有害重金属会造成环境污染并危害人体健康.本文基于OECD 106实验准则,采用批量平衡实验方法,研究了多种有效态重金属镉(Cd2+)、钴(Co2+)和铜(Cu2+)在广东省水稻土中的吸附解吸行为特征以及添加椰壳生物炭对吸附解吸行为的影响,并探讨了pH值、温度和添加炭含量对吸附率的影响.结果表明,3种重金属在土壤中的吸附平衡时间为25 h,解吸平衡时间为30 h,添加质量浓度5％椰壳生物炭可使土壤对3种重金属的吸附率提高11.6％ ～20.0％,重金属离子在土壤中的吸附为不可逆吸附,具有明显滞后效应,Cd2+、Co2+和Cu2+的解吸滞后系数分别为33.838、1.347和0.972.在本试验条件下,土壤溶液的pH值随椰壳生物炭含量的增加而增大,温度和含炭量对吸附率的影响呈良好的线性关系(r2>0.951).这表明,在土壤中施用椰壳生物炭能有效缓解土壤中的重金属污染.     

FeAl-LDHs/生物炭修复镉污染土壤及作用机制

通过考察生物炭、FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料对土壤中镉的钝化效果,筛选出最佳的钝化材料并分析其钝化机理,为土壤中镉钝化剂的筛选提供理论依据。采用水热法制备了FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料,分别添加0.4 g FeAl-LDHs、FeAl-LDHs/生物炭复合材料及生物炭于10 g 5、10、20 mg·kg~(-1)人工模拟镉污染土壤,采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸取法、毒性特征浸出实验(TCLP)以及改进的BCR连续提取法评价不同材料对土壤中镉的钝化效果,同时考察了FeAl-LDHs/生物炭复合材料钝化镉的稳定性。采用SEM、N_2吸附、FTIR、XRD等手段分析所制备材料的形貌结构和理化特性,揭示复合材料钝化镉的作用机制。结果表明,与FeAl-LDHs和生物炭相比,FeAl-LDHs/生物炭复合材料对DTPA-Cd和镉浸出毒性有较好的钝化效果,其中添加复合材料后5 mg·kg~(-1)镉污染土壤DTPA-Cd含量降低90.08%,浸出毒性降至0.044 mg·L~(-1),反应达到56 d时,镉污染土壤中DTPA-Cd和浸出毒性没有明显增加,5 mg·kg~(-1)土样浸出毒性维持在0.039mg·L~(-1),FeAl-LDHs/生物炭修复效果稳定性较好。这主要归因于生物炭大的比表面积和孔结构有利于表面LDH的负载和分散,为镉的钝化提供了更多的附着位点。同时,FeAl-LDHs/生物炭复合材料表面丰富的含氧官能团和金属-氧键能够与Cd~(2+)发生配位反应,可以促进土壤中镉由弱酸提取态向残渣态转化,降低Cd的生物有效性和迁移性。     

两种油料作物秸秆生物炭对土壤中铅的钝化修复

随着经济的发展和工业化进程的加快,土壤重金属污染问题日益严重,而利用比表面积大、孔隙结构丰富的环境友好型材料生物炭对重金属污染土壤进行钝化修复具有重要的现实意义。采用人工模拟铅污染土壤进行培养试验,以3%的比例分别施加油菜(Brassica campestris L.)秸秆生物炭(BRS)和胡麻(Sesamum indicum)秸秆生物炭(BFS),研究了两种生物炭对铅污染土壤中Pb形态变化的影响。通过施加生物炭后土壤pH、阳离子交换量(CEC)、土壤有机质(SOM)的变化,结合扫描电镜(SEM)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积及孔径分析和X射线衍射(XRD)等表征手段对生物炭进行形貌和结构分析,探讨了两种生物炭对土壤铅的形态转化影响机制,为生物炭修复铅污染土壤提供科学依据。结果表明,与对照组相比,施加BRS和BFS后土壤pH值分别升高了0.79和0.98,CEC分别升高了13.97 cmol·kg~(-1)和15.92 cmol·kg~(-1),SOM分别升高了31.031 3 g·kg~(-1)和36.247 7 g·kg~(-1),但均未达到显著性差异;碳酸盐结合态铅含量降幅最为显著,分别为10.89%和9.7%,可交换态、铁锰氧化物结合态和有机态铅含量略有降低,而残渣态铅含量增幅较大,分别达到了18.01%和17.56%。铅形态变化是土壤pH升高、CEC及SOM含量增加共同作用的结果。可交换态、碳酸盐结合态铅含量与土壤pH、CEC、SOM达到极显著相关。综上,两种生物炭对铅污染土壤具有良好的钝化修复效果。     

裂解温度对稻秆与稻壳制备生物炭表面官能团的影响

以稻秆和稻壳为原料,在不同温度下(300、400、500、600、700℃)采用热裂解法制备生物炭,利用比表面积及孔径分析仪测定各生物炭比表面积,以傅里叶红外光谱图(FTIR)和Boehm滴定法分别定性和定量分析不同生物炭表面官能团的种类和数量,分析不同温度对不同原材料制备生物炭的表面官能团种类和数量的影响.结果表明,中、低温裂解条件(300、400、500℃)下,同温度稻壳生物炭(RC-H)比表面积显著高于稻秆生物炭(RC-S);高温裂解(600、700℃)条件下,同温度RC-S比表面积则更大.随裂解温度升高,两种原材料制备的生物炭比表面积均呈显著增大的趋势,其中稻秆在600℃下制备的RC-S比表面积最大,稻壳在700℃下制备的RC-H比表面积最大.FTIR分析结果显示,同一温度下两种材料制备的生物炭特征吸收峰基本相同,且表面基团种类大致相同,但RC-S较RC-H表面官能团更丰富,在热解过程中均形成了芳香环结构,且芳香化程度随裂解温度升高而增加.不同裂解温度下两种材料的生物炭表面官能团变化规律相似,主要表现为烷烃基随裂解温度升高而缺失,甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,而芳香族化合物增加,芳香化程度增强.Bohem滴定结果表明,各裂解温度下RC-S的表面官能团总量和碱性官能团数量均高于RC-H,而各裂解温度下RC-S的酸性官能团含量均小于RC-H.随裂解温度升高,两种材料制备生物炭的表面官能团变化规律相似,表现为表面官能团总量均减少,酸性官能团含量降低,碱性官能团含量增加.     

马铃薯秸秆生物炭对黄土吸附Cd(Ⅱ)的影响

为了探究来源于本地农业废弃物的生物炭对区域重金属污染黄土吸附固定化修复的可行性,本文采用批量平衡实验法,研究了马铃薯秸秆生物炭、黄土和生物炭与黄土混合物(加炭黄土)吸附重金属Cd(Ⅱ)的性能,考察了吸附时间、初始Cd(Ⅱ)浓度和溶液p H值对吸附过程的影响,并利用红外光谱、X-射线衍射分析等方法对吸附前后的生物炭和黄土分别进行表征.结果表明,生物炭、黄土、加炭黄土对Cd(Ⅱ)的吸附等温模式符合Langmuir模型,在25℃下的最大吸附量分别为15.60、7.87、12.40 mg·g~(-10,吸附动力学数据满足准二级动力学方程,溶液初始p H值对Cd(Ⅱ)的吸附过程影响较大,2p H4和6p H8时,吸附量增加速率很快,而4p H6时,吸附量平缓上升.表征结果说明离子交换和阳离子-π作用为生物炭对Cd(Ⅱ)的主要吸附机制,而黄土对Cd(Ⅱ)的吸附主要归因于石英、高岭石等黏土矿物以及有机质中的羧基基团.对比动力学和等温吸附数据可得,在实验研究范围内,生物炭的添加使黄土对Cd(Ⅱ)的吸附能力分别提高了41.50%和49.94%.因此,在一定条件下,生物炭的输入可有效提高黄土对Cd(Ⅱ)的吸附固定化能力.     

石灰、羟基磷灰石、秸秆生物炭对烟草吸收镉的影响

烟草是我国重要经济作物且极易吸收镉(Cd),如何降低烟草Cd含量已引起广泛关注。通过盆栽实验,在Cd(0.83 mg·kg^(-1)和12 mg·kg(-1)和12 mg·kg^(-1))污染土壤中添加2 g·kg(-1))污染土壤中添加2 g·kg^(-1)或16 g·kg(-1)或16 g·kg^(-1)石灰(Ca(OH)_2)、羟基磷灰石(HAP)或秸秆生物炭,分析3种钝化材料对土壤Cd的钝化效率及烟草Cd吸收的降低效率。结果表明：(1)种植60 d后,施用16 g·kg(-1)石灰(Ca(OH)_2)、羟基磷灰石(HAP)或秸秆生物炭,分析3种钝化材料对土壤Cd的钝化效率及烟草Cd吸收的降低效率。结果表明：(1)种植60 d后,施用16 g·kg^(-1)石灰或HAP均显著(P<0.05)提高土壤pH值,轻微(0.83 mg·kg(-1)石灰或HAP均显著(P<0.05)提高土壤pH值,轻微(0.83 mg·kg^(-1)Cd)、中度(12 mg·kg(-1)Cd)、中度(12 mg·kg^(-1)Cd)Cd污染土壤pH值分别提高1.98～2.84和1.99～3.06;(2)3种钝化材料均使土壤Cd有效态含量降低,其中,16 g·kg(-1)Cd)Cd污染土壤pH值分别提高1.98～2.84和1.99～3.06;(2)3种钝化材料均使土壤Cd有效态含量降低,其中,16 g·kg^(-1)石灰使土壤Cd有效态含量降低69.7%～71.5%;(3)生物炭(2 g·kg(-1)石灰使土壤Cd有效态含量降低69.7%～71.5%;(3)生物炭(2 g·kg^(-1)和16 g·kg(-1)和16 g·kg^(-1))显著(P<0.05)提高烟草生物量且降低烟草Cd含量,轻微、中度Cd污染土壤烟草生物量分别提高5.07倍～18.5倍和5.00倍～29.7倍,烟草根、茎、叶Cd含量分别降低68.7%～74.6%、32.1%～50.7%、70.2%～82.5%(轻微)和68.7%～74.6%、51.4%～59.3%、33.2%～46.5%(中度),根、茎、叶Cd富集系数亦显著降低,根(Cd_(0.83):122降至31～38.1,Cd_(12):24.7降至12.2～16.8),茎(Cd_(0.83):203降至35.6～60.6,Cd_(12):41.7降至17.6～23.1),叶(Cd_(0.83):247降至100～120,Cd_(12):48.6降至26.0～32.5);(4)溶液吸附实验发现,HAP和生物炭均通过表面吸附Cd(-1))显著(P<0.05)提高烟草生物量且降低烟草Cd含量,轻微、中度Cd污染土壤烟草生物量分别提高5.07倍～18.5倍和5.00倍～29.7倍,烟草根、茎、叶Cd含量分别降低68.7%～74.6%、32.1%～50.7%、70.2%～82.5%(轻微)和68.7%～74.6%、51.4%～59.3%、33.2%～46.5%(中度),根、茎、叶Cd富集系数亦显著降低,根(Cd_(0.83):122降至31～38.1,Cd_(12):24.7降至12.2～16.8),茎(Cd_(0.83):203降至35.6～60.6,Cd_(12):41.7降至17.6～23.1),叶(Cd_(0.83):247降至100～120,Cd_(12):48.6降至26.0～32.5);(4)溶液吸附实验发现,HAP和生物炭均通过表面吸附Cd⁽²⁺⁾,且该吸附过程符合准二级动力学模型,表明在钝化过程中这2种钝化剂与Cd(2+),且该吸附过程符合准二级动力学模型,表明在钝化过程中这2种钝化剂与Cd⁽²⁺⁾发生键能结合的化学吸附。研究表明,3种钝化剂在同等剂量水平下,生物炭提高烟草生物量且降低Cd吸收最显著,可优先选作降低烟草Cd吸收的钝化剂。