壳聚糖改性生物炭对水稻土甲基汞生成及其稻米积累的影响

研究发现稻米易富集甲基汞（MeHg）,汞污染区稻米的食用也是人体MeHg暴露的一个重要途径.因此,如何抑制MeHg在稻田中的生成及其在稻米中的富集,是亟需解决的重要问题.为此,本文采用盆栽试验,通过对间隙水、土壤及水稻植株各组织汞含量的分析,探讨了添加壳聚糖改性生物炭对水稻生长期土壤MeHg生成及籽粒MeHg富集的影响.结果表明,添加壳聚糖改性生物炭后能明显降低土壤及间歇水中的总汞（THg）及MeHg含量,与对照相比,土壤中汞的甲基化率降低了51.1%~79.1%;水稻成熟时,添加壳聚糖改性生物炭处理（CMBC）水稻根部MeHg含量比未添加生物炭处理（CK1）低73.1%,比添加未改性生物炭处理（CK2）低62.0%;稻米MeHg含量比CK1低75.8%,比CK2低72.9%;添加生物炭能促进水稻生长,CMBC和CK2处理的植株生物量分别是CK1的1.6倍和1.7倍.盆栽模拟试验结果表明,壳聚糖改性生物炭在促进水稻生长的同时,可以抑制MeHg在稻米中的富集,有一定的推广应用价值.     

水分条件对生物炭钝化水稻土铅镉复合污染的影响

采用培养试验,探究30% WHC、淹水和干湿交替等3种水分条件下,向Pb和Cd污染水稻土以1%添加量施入水稻秸秆生物炭后重金属的形态变化,为生物炭修复重金属复合污染稻田的水分管理提供科学依据.结果表明,添加生物炭后,淹水和干湿交替可显著提高土壤pH值、可溶性有机碳（DOC）和无定形氧化铁含量（Fe_o）.培养结束后,在添加生物炭的处理中,相较于30% WHC,淹水和干湿交替条件下TCLP提取态Pb含量分别下降31.87%和20.33%,TCLP提取态Cd含量分别下降25.29%和16.07%.淹水条件下弱酸提取态Pb和Cd下降幅度分别为24.78%和20.14%,且弱酸提取态Cd含量随时间逐渐降低.在3种水分条件下,Pb和Cd有效性降低顺序为：淹水 > 干湿交替 > 30% WHC.相关分析结果显示,土壤pH和无定形氧化铁含量均与有效态Pb和Cd呈显著负相关,表明淹水条件下添加生物炭可通过提高土壤pH和无定型氧化铁含量来有效钝化Pb和Cd,具有促进复合重金属污染酸性水稻土中重金属向稳定态转化的协同机制.     

生物炭和秸秆还田对紫色土旱坡地土壤团聚体与有机碳的影响

明确生物炭和秸秆还田对未利用的新垦紫色土旱坡地土壤团聚体和有机碳的影响,为三峡库区土壤改良提供科学依据.采用田间试验方法,分析不施肥（CK）、常规施肥（NPK）、优化施肥（GNPK）、化肥减量配施秸秆（RSD）和化肥减量配施生物炭（BC）处理对不同粒径土壤团聚体含量及其有机碳贡献率的影响.结果表明,施肥可提高土壤养分含量水平,尤以RSD和BC处理最为显著;各处理以<0.25 mm粒级团聚体为优势粒级,施肥能显著增加5~0.5 mm粒级团聚体含量,提高平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和R_0.25（>0.25 mm团聚体含量）值,降低分形维数（D）和土壤结构体破坏率（PAD_0.25）值（P<0.05）;施肥能显著提高土壤有机碳含量,其中BC （6.73 g ·kg^-1）和RSD （5.45 g ·kg^-1）效果显著优于NPK （5.05 g ·kg^-1）和GNPK （3.63 g ·kg^-1）;<0.25 mm团聚体有机碳贡献率最高（34.92%~59.49%）,>5 mm团聚体有机碳贡献率最低（1.55%~6.01%）,BC处理显著提高了5~2 mm和2~1 mm粒级团聚体有机碳贡献率（P<0.05）,而NPK、RSD和GNPK在0.5~0.25 mm贡献率提升最为显著（P<0.05）;各施肥处理均能提高油菜和玉米产量,年际间差异较大,但处理间差异不显著;土壤团聚体稳定性和作物产量随土壤有机碳的增加呈上升趋势.生物炭和秸秆还田能促进土壤中,大、中团聚体形成,有效提高土壤团聚体稳定性,增加土壤有机碳含量,促进作物增产,是改良紫色土土壤结构、提升土壤质量的有效措施.     

改性生物炭特性表征及对冶炼厂周边农田土壤铜镉形态的影响

生物炭及其改性材料由于具有较发达的比表面积和孔隙结构、丰富的表面官能团及较强的吸附能力等特性,被作为良好的环境修复材料而成为农田土壤重金属污染修复领域的研究热点.选取稻壳生物炭,采用K₃PO₄、KMnO₄和NaOH进行改性处理,利用扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）等对生物炭表面微观形态与结构进行表征分析,并开展了90 d土壤培养试验,比较分析3种改性生物炭对冶炼厂周边农田复合重金属污染土壤中Cd和Cu的有效性和形态的影响.结果表明,改性后生物炭表面粗糙,比表面积和孔容均有不同程度的增大,其中,NaOH改性生物炭变化最为明显,分别由改性前的4.96 m²·g^-1和0.02 cm³·g^-1增至60.79 m²·g^-1和0.12 cm³·g^-1,孔径变化则与之相反;改性生物炭的官能团吸收特征峰值均发生改变,其中K₃PO₄改性生物炭的变化最为明显.添加不同改性生物炭均能显著提高土壤pH值（P<0.05）,K₃PO₄改性生物炭对土壤pH的增幅最大,为20.5%;K₃PO₄改性生物炭对土壤中Cu和Cd的有效态含量的影响也最为明显,分别降低了75.44%和67.70%;土壤中Cu和Cd的水溶态、可交换态和碳酸盐结合态比例均降低,其中K₃PO₄改性生物炭对Cu和Cd的钝化效果最好,添加量为2%时,钝化效率分别为61.06%和4.12%,Cu的钝化效率远高于Cd.综上所述,K₃PO₄改性生物炭对复合污染土壤中Cu和Cd具有较强的钝化效果.     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度(350、450、550、650和750℃)的畜禽粪便生物炭产率、重金属(Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni)含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量(Cd除外)逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪猪粪渣牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

紫外辐照引入含氧官能团对生物炭吸附气体和水中苯的影响

以椰壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照增加吸附剂表面含氧官能团,探究其对生物炭吸附气体和水中苯的影响.理化表征和吸附实验结果表明,生物炭表面含氧官能团增加后,对气体中苯的吸附量提高9.25倍,而对水中苯的吸附量却降低14.64%.生物炭对气体中苯的吸附过程符合Elovich动力学模型,而对水中苯的吸附过程符合准二级动力学模型.含氧官能团的引入使生物炭对气体和水中苯的等温吸附过程从符合Freundlich模型变为符合Langmuir模型.Weber-Morris模型分析认为,增加含氧官能团,可增强生物炭对气体中苯的表面吸附速率,却阻碍了苯从水中向吸附剂颗粒内扩散的过程,水分子与苯竞争吸附是导致生物炭对水中苯吸附量降低的主要原因.     

生物炭对西瓜连作土壤真菌群落结构和功能类群的影响

为明确生物炭施入后对西瓜连作土壤真菌群落结构及功能类群的长期影响,以西瓜成熟期根区土壤为研究对象,借助Illumina NovaSeq高通量测序技术和 FUNGuild平台,探究不同用量（7.5、15.0和30.0 t·hm^-2）生物炭施用3 a后西瓜连作土壤真菌群落组成、多样性及功能的差异,并分析土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明,添加生物炭3 a后提高了土壤pH、有效磷、速效钾、全氮、有机质和阳离子交换量,降低了土壤碱解氮含量.生物炭的施用改变了西瓜连作土壤真菌群落结构,提高了土壤真菌的丰富度和多样性.所有土壤样本共获得922个OTU,子囊菌门、担子菌门、被孢菌门、壶菌门和球囊菌门为优势真菌类群,占土壤真菌群落的85.70 %~92.45 %,生物炭的施入降低了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,增加了被孢菌门和球囊菌门的相对丰度;属水平上,随着生物炭的施用,被孢霉属和囊根壶菌属的相对丰度增加,而镰刀菌属相对丰度降低.Mantel检验分析发现,速效钾、碱解氮、有机质和pH是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子.真菌主要营养类型为腐生营养型、病理营养型和共生营养型,中、高剂量生物炭处理显著降低了土壤中病理营养型真菌的相对丰度,显著增加了共生营养型真菌的相对丰度.综上,生物炭施用3 a后可改变西瓜连作土壤理化性质,促进土壤真菌群落结构和功能类群向健康有益方向发展.     

生物炭负载氨氮对土壤碳排放、酶活性及微生物群落的影响

土壤氮输入形式显著影响土壤CO₂ 排放.生物炭负载氨氮作为一种新型氮输入形式,既降低了农田化学氮肥投入,又减少了环境治理成本,其对推动国家化肥零增长、农田面源污染防治和实现国家“碳达峰”、“碳中和”目标意义重大.通过室内培养试验,设置不施肥（CK）、单施化学氮肥（CF）、生物炭配施化学氮肥（BF）和生物炭负载氨氮（BN）这4种处理,研究了不同氮输入形式对土壤碳排放、酶活性及微生物群落的影响.结果表明,与CF相比,BF显著提高了累计碳排放量（66.24 %）,而BN未见显著性差异.值得注意的是,BN累计碳排放量较BF处理显著降低了35.28 %.与CF和BF相比,BN处理β-葡萄糖苷酶,过氧化物酶,多酚氧化酶活性显著提高了20.25 %和5.20 %,36.72 %和36.19 %,90.36 %和61.36 %.与CF相比,BF处理提高了微生物群落丰富度和群落多样性,BN处理降低了微生物群落丰富度.与BF相比,BN处理变形菌门相对丰度降低了11.16 %,放线菌门和拟杆菌门相对丰度分别提高了8.12 %和5.83 %.对微生物群落结构影响最大的土壤因子是木糖苷酶活性,绿弯菌门相对丰度与纤维二糖水解酶活性极显著相关;芽单胞菌门相对丰度与β-葡萄糖苷酶活性极显著相关;变形菌门相对丰度与累计碳排放量呈极显著相关.综上所述,生物炭负载氨氮较生物炭配施化学氮肥显著减少了累计碳排放量,其减排效果更优.研究结果将有利于国家“双碳战略”落地、生物天然气产业健康发展、国家绿色种养循环农业体系构建和国家化肥零增长战略实现.     

生物炭改良盐碱地研究与应用进展

盐碱地作为21世纪严重威胁粮食产量的农田问题土壤之一,分布广泛,具有极大的开发潜力.生物炭作为高效的新型土壤改良剂,在缓解土壤酸碱障碍、土壤污染治理、碳封存和肥料缓释等方面发挥了重要作用,有力地推动了盐碱地农业的可持续发展.近年来,关于生物炭改良盐碱地的研究和应用备受关注.但由于生物炭来源、结构和组分的复杂性和非均质性,其对盐碱地的改良效果存在极大的不确定,也缺乏关键机制的系统总结和深度探讨,这限制了生物炭技术在盐碱地改良中的进一步推广和应用.通过综合分析生物炭对盐碱地土壤理化性质、养分有效性和生物特征的影响,归纳总结生物炭和改性生物炭对盐碱地的改良效果及其提质增效作用,阐明生物炭在盐碱地改良中存在的可能机制,并对未来研究方向进行了展望,可为进一步研发绿色高效精准的盐碱地生物炭改良技术及其推广应用提供参考.     

生物炭固定化菌复合材料在环境修复中的应用研究进展

随着工业和农业的快速发展,环境污染日益严重,对生态安全和人体健康形成严重威胁.微生物修复是一种低价、绿色和易操作的技术,但微生物对高浓度污染物耐性低,造成修复效果差和周期长.由于生物炭的孔隙率高、官能团丰富和比表面积大,被认为是一种良好的吸附剂和固定化载体.通过微生物固定化技术将菌群定殖于生物炭上而制备生物炭固定化菌复合材料,结合了二者优势又克服菌群的缺点,展现了巨大的应用前景.通过系统论述生物炭固定化菌复合材料的制备方法和特征,评价生物炭固定化菌复合材料在环境修复中的效能,讨论环境因素对生物炭固定化菌复合材料去除水中污染物和修复污染土壤的效果影响,阐明生物炭固定化菌复合材料对废水处理与土壤修复的作用机制.