基于城市固体废弃物的生物炭制备及其在垃圾填埋场和土壤改良中的应用研究进展

近年来,以城市固废为原料制备生物炭为其资源化利用开辟了新思路,但在制备方式、影响因素及主要应用领域仍缺乏有效阐述。介绍了生物炭的制备方式,系统分析了城市固废原料、生产工艺对生物炭产率和性质等影响;在此基础上,概述了生物炭在垃圾填埋场治理修复(渗滤液处理、垃圾填埋场覆盖、可渗透反应墙材料)和土壤改良(理化性质、营养环境)的应用现状。结果表明:1) 热解和水热碳化是城市固废制备生物炭的常用方式,其形成的生物炭具有较大的比表面积、孔隙率及更丰富的组分,对污染物质(如I-、Cu2+等)具有较强的吸附能力;2) 城市固废自身特性及生产工艺都会对所得生物炭的性质产生影响;3) 以特定城市固废生产的生物炭可用于垃圾填埋场修复和土壤改良,对填埋场造成的土壤、大气、地下水污染均具有良好的处理效果,也能充分提高土壤养分的有效性。该成果可为基于城市固废的生物炭生产及环境治理修复相关研究提供参考。     

浒苔生物炭对滨海盐碱土壤改良的效果及途径

利用生物炭改善逆境土壤越来越受到人们关注,浒苔生物炭用于滨海盐碱土修复,不但可资源化利用浒苔,还可提高滨海土地储备规模.本文采用批量土壤培养的方法,探索0%～3%添加量的浒苔生物炭对盐碱土壤改良的效果和途径.结果表明,适用于盐碱土壤改良的浒苔生物炭最佳制备温度为400℃,最适添加量为1.5%;最适添加量下,浒苔生物炭虽提高土壤盐度(0.12%)和pH值(1.49%),产生负效应,但同时降低土壤Na⁺/K⁺ 55.73%,增加矿物质元素1倍以上,提高水分传导性能等正效应;浒苔生物炭改善土壤理化及生物性质,提高营养物质含量、增强微生物活性和改善土壤营养可利用性,产生正效应,表现为降低土壤容重11.35%,提高有机质42.64%,提高总碳与总磷中有机碳与有效磷占比3.84倍和4.15倍,分别提升土壤蔗糖酶、脲酶及过氧化氢酶活性2.39、 1.18和1.50倍.因此,浒苔生物炭对盐碱土的正效应多于负效应,可用于滨海盐碱土改良.本研究为浒苔的资源化利用及滨海盐碱区生态环境改善提供新的路径.     

污泥生物炭制备与其对土壤环境影响的研究进展

污泥生物炭由于具有优异的孔隙结构和较大的比表面积,吸附能力强,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面得到广泛研究。从污泥生物炭的来源与性质出发,探讨了污泥生物炭施入土壤后对土壤结构改良、营养成分提升等方面的作用机制,分析了污泥生物炭的制备工艺与相应污泥生物炭的特性以及返还土壤的效用状况。通过对作为肥料的污泥生物炭的品质分析,针对性地评价了其安全性及对土壤环境的积极影响,并对存在典型问题的土壤进行归类,从土壤改良需求与污泥生物炭特性适配的角度,为污泥生物炭制备工艺的选择提供指导。污泥生物炭应用对促进污泥资源化利用、实现碳减排具有重要现实意义,优化污泥生物炭制备工艺、客观评价污泥生物炭土地利用环境风险、强化污泥生物炭改性、重视污泥生物炭综合效益评价等是未来重点研究方向。     

不同来源生物黑炭特性对比及其在农业环保中的应用

生物黑炭是生物有机体转化的稳定性碳物质,作为土壤添加剂近年来在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复等方面具有广阔的应用前景。虽然近年国际上对生物黑炭的农业应用研究进展很快,但关于不同来源生物黑炭理化性质的调控及其在农业环境保护方面的应用研究还不够深入,未达成统一认识。而我国在该领域的研究才刚刚起步。为推动我国生物黑炭农业应用技术的开展,文章从生物黑炭的来源、不同生物炭理化特性的对比,及其在农业环境保护中的应用等方面进行了综述与探讨,并对生物黑炭的开发和利用存在的潜在问题和今后的研究热点进行了简要的展望,以期为我国发展低碳农业和循环农业提供依据和参考。     

生物炭修复污染土壤的研究进展

生物炭是一类在低氧或缺氧条件下烧制而成的黑色固体有机物质,具有丰富的碳含量及含氧官能团.随着生物炭在土壤改良方面的广泛应用使其在土壤污染修复上得到大量关注并逐渐成为研究热点.文章从生物炭对土壤重金属、有机污染物的修复和对土壤生态的影响方面展开论述,对生物炭单一施用和复合施用以及同其他修复方法联用对土壤污染修复效果做出总...     

广东大宝山多金属污染排土场耐性植物与改良剂稳定修复研究

通过在广东大宝山多金属污染排土场种植重金属耐性作物红麻、苎麻,辅以石灰+有机肥、石灰+生物炭的土壤改良,研究不同植物稳定修复模式下植物的生长状况、土壤pH与重金属含量、径流液产生与理化性质的变化情况.结果表明:改良剂处理有效促进红麻、苎麻生长,提高株高、根长和生物量,有助于排土场土壤的植被恢复.石灰与有机肥、生物炭的施加可以改善土壤酸性环境,将土壤pH由酸性显著提高至中性,降低土壤重金属生物有效性,且生物炭的作用更显著;随着红麻、苎麻稳定修复时间的增加,土壤重金属有效态含量呈一定程度下降趋势.植物的定植和土壤改良还可以减少地表径流的产生;提高径流液pH,但pH会随着修复时间的增加而下降;径流液中溶解态和悬浮态重金属含量均在植物稳定修复过程中得到降低,土壤中重金属污染物的扩散迁移得到有效控制.     

生物质炭特性及其对土壤性质的影响与作用机制

生物质炭(biochar)是一种碳含量高、比表面积大、孔隙度高且吸附能力强的土壤改良与修复材料,可通过物理、化学和生物方式作用于土壤,但其影响和作用机制随土壤性质和生物质炭类型不同而异.从生物质炭组成、比表面积和孔隙度、酸碱度及表面官能团等特性与原料和制备工艺关系入手,结合土壤和生物质炭类型,综合阐述了生物质炭添加在改...     

铁修饰生物炭的制备及在砷污染土壤修复中的应用

生物炭因具有较大的孔隙度、比表面积以及较强的吸附能力等优点,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面应用广泛.由于大多数生物炭表面带有负电荷,而土壤中的无机砷主要以砷酸盐和亚砷酸盐等阴离子形式存在.因此,生物炭对砷的吸附效率通常较低,需要对生物炭进行改性以提升其对砷的吸附效果.零价铁和氧化铁等铁基材料对砷吸附能力强且来源广泛,通过沉淀法、热解法、球磨法和微生物法等方法将铁基材料与生物炭负载形成铁修饰生物炭,可将二者的优良特性相结合,拓展生物炭材料在环境修复中的应用.在对近年来有关铁修饰生物炭的文献进行系统分析的基础上,综述了常见的铁修饰生物炭的制备方法,比较分析了生物炭基底、铁修饰材料以及两者对砷的协同作用机制,并简要阐述了铁修饰生物炭在土壤污染修复中的应用现状,最后对铁修饰生物炭的未来研究方向提出了展望.     

生物炭成炭调控及固化土壤重金属研究进展

生物炭在固持土壤重金属(HMs)方面具有广阔的应用前景,其修复效果受到理化特性以及土壤环境的影响。因此,探究生物炭的成炭调控与重金属固化能力,对于优化生物炭制备生产过程具有重要的指导意义。总结了不同制备工艺下生物炭的理化特性变化,并梳理了生物炭固化重金属的主要机理以及各种老化因素对生物炭理化特性变化的影响。生物炭主要通过孔隙吸附、阳离子交换、官能团络合以及矿物沉淀等方式来固化土壤中的重金属,其各项机制的吸附贡献占比受到热解温度、原料种类、停留时间、热解气氛等因素的影响。生物炭老化会导致其理化特性变化,如孔道破碎、含氧官能团分解、不稳定碳析出等,而不同的老化因素会对生物炭产生不同的影响。通过探究各老化因素的作用机理以及其对重金属固化的影响,可以从热解成炭的角度提高生物炭稳定性及有效性,从而减少环境因素对生物炭固化重金属效果的影响,实现对生物炭物化特性及土壤修复能力的有序调控。同时,还展望了未来生物炭施用研究方向,旨在为合理评估生物炭有效性以及指导生物炭修复重金属污染土壤提供参考。     

生物炭对土壤有效态重金属的作用机制进展

为了深入探究生物炭对土壤有效态重金属变化的影响,研究重点从生物炭的直接和间接作用两个方面对重金属有效态的影响机制进行了归纳概述。直接作用是指生物炭利用自身较大比表面积、疏松孔隙、丰富官能团和矿物质来吸附固定重金属,进而影响重金属形态转化的过程,包括物理吸附、静电吸引、官能团络合、离子交换、阳离子-π、化学沉淀等多种机理;间接作用是指生物炭通过改变土壤理化性质或者微生物群落多样性来影响有效态重金属含量变化的过程,以化学和微生物机制为主。最后提出结论与展望,以期为土壤重金属污染生物炭修复技术的潜在应用提供理论基础。     

土壤理化性质对重金属污染土壤改良的影响分析

重金属污染土壤改良是通过添加土壤改良剂,降低重金属元素在土壤中的活性和生物有效性,从而达到阻断重金属元素在生物链系统的传递和危害的目的。综述了土壤理化性质与土壤重金属形态、活性之间的关系,深入讨论了黏土矿物、有机质、土壤质地、pH及氧化还原电位对重金属污染土壤改良修复的影响,认为土壤理化性质是影响重金属在土壤中迁移性、可给性、活性等的重要因素,与污染土壤修复密切相关。     

原始及铁改性生物质炭对污染土壤中As、Pb生物有效性和微生物群落结构的影响

为探讨原始和铁改性生物质炭对污染土壤中砷（As）和铅（Pb）生物有效性和土壤微生物群落结构的影响,利用As-Pb复合污染水稻土进行水稻盆栽试验,分别在土壤中施加3%（质量分数）的原始法国梧桐枝条炭（法桐炭）、铁改性法国梧桐枝条炭（Fe-法桐炭）、原始猪炭（猪炭）、铁改性猪炭（Fe-猪炭）.试验结束后测定土壤pH、有机碳等理化性质、土壤养分有效性、土壤有效态As和Pb、稻谷中As和Pb的含量及土壤微生物群落结构等指标.结果表明,与对照相比,施用Fe-法桐炭对土壤中As的钝化效果较好,降幅为39%;施用猪炭对土壤中Pb的钝化效果较好,降幅为19%;Fe-法桐炭的施用使稻谷中As含量降低了80%.施用两种原始生物质炭后,土壤中的微生物群落多样性指数（Chao1、Shannon）和OTUs总数均显著）增加（p<0.05）,但相较于原始生物质炭,施用铁改性生物质炭均提高了土壤中优势菌群的相对丰度,且两种铁改性生物质炭处理土壤中的优势菌属为Actinobacteria_unclassified、Gaiellales_unclassified和Nocardioides.冗余分析表明,土壤中微生物群落组成与土壤pH和有效态As关系密切.因此,施用生物质炭可以通过改变土壤pH和降低As胁迫等性质影响土壤微生物群落结构.综上所述,经过铁改性处理的法桐炭更适用于As污染土壤修复,而原始猪炭是一种比较理想的Pb污染土壤修复材料.     

生物炭修复土壤重金属污染的潜在风险探讨

生物炭因其独特的吸附特性和制备来源广泛等优点,在土壤重金属污染修复中具有良好的应用前景,但生物炭的大量施用可能会带来许多潜在风险。文章对生物炭修复土壤污染的研究进行综述,重点讨论在现场修复的应用中,一些潜在的非生物和生物因素可能会削弱生物炭对重金属的固定化效应。同时总结了大量施用生物炭的缺陷,包括生物炭老化,生物炭原料附带有毒物质,以及生物炭对土壤动植物生长和土壤微生物的负面影响。此外,还提出了进一步的研究方向和建议（生物炭标准化、长期定位试验、修复机理研究及生产设计）,为生物炭生产和合理施用提供科学应用指导。     

紫色土壤有机碳活性组分对生物炭施用量的响应

土壤有机碳(SOC)是土壤最重要的组成部分,土壤活性有机碳是引起土壤碳库变化的关键,为研究在不同施用量生物炭还田下土壤有机碳及其活性组分的影响,本试验在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地测定了无物料还田(CK)、生物炭还田(8 000 kg·hm-2,BC)、0.5倍生物炭还田(4 000 kg·hm-2,0.5 BC)、2倍生物炭还田(16 000 kg·hm-2,2BC)配施化肥处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中土壤有机碳及活性组分含量.结果表明:(1)施用生物炭可以显著提高土壤有机碳的含量(P0.05),在一定范围内,生物炭的施用量与土壤有机碳含量成正比.适量的生物炭施入土壤后,土壤微生物量碳(SMBC)含量上升,但0.5BC和2BC处理下土壤微生物量碳反而减少.生物炭不同施入量均可提高土壤可溶性碳(DOC)和土壤易氧化碳(ROC)的含量,其中0.5BC处理的含量最高,分别为198.83 g·kg-1和4.86 g·kg-1.(2)生物炭的施用均显著降低了土壤微生物熵和ROC/SOC,其中0.5BC处理最低,分别较CK处理下降了20.45%和4.11%,而2BC处理最高.0.5BC和BC处理均能提高DOC/SOC,且0.5BC处理显著高于BC处理.总体上,虽然生物炭还田微生物活性较低,但土壤有机碳及其稳定性较高,有利于土壤有机碳积累,促进土壤固碳.同时适量的生物炭还田可以持续稳定增长土壤有机碳含量,少量生物炭0.5BC处理还田可提高土壤中可溶性有机碳和易氧化有机碳含量.     

生物炭纳米复合材料去除环境中有机污染物研究进展

近年来,生物炭在环境修复、固碳、土壤改良等方面的得到广泛应用,与纳米材料联合制备的新型生物炭纳米复合材料使原生生物炭的比表面积、孔隙结构、官能团、催化降解能力等方面都有了较大改善,具有更好的可持续性和高效性,对环境中有机污染物具有良好的去除能力。本文介绍了生物炭纳米复合材料的不同制备工艺,重点阐述了生物炭纳米复合材料对不同环境介质中有机污染物的去除机理及应用,为后续生物炭纳米复合材料在环境修复应用的工程化和商业化提供理论依据和技术参考。     

土壤碳收支对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其机制

秸秆直接还田与秸秆炭化还田是目前最主要的秸秆还田措施.由于秸秆与秸秆生物炭结构和性质的差异以及还田过程的差异,其还田后的土壤呼吸和土壤碳收支必然有显著差异.采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,系统研究了土壤呼吸与土壤碳收支对多种秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其可能的机制.结果表明,秸秆生物炭还田的土壤呼吸[均值为21.69μmol·(m2·s)-1]显著低于秸秆直接还田[均值为65.32μmol·(m2·s)-1],土壤有机碳含量(均值为20.40 g·kg-1)和植物的固碳量(平均植物生物量138.56 g)均高于秸秆直接还田(均值为17.76 g·kg-1和76.76 g);考虑了生物炭制备过程的碳丢失后,秸秆生物炭还田的土壤碳收支仍显著高于秸秆直接还田,是一种较低碳的秸秆还田模式;秸秆直接还田显著促进土壤脱氢酶活性﹑土壤β-糖苷酶活性和土壤活性微生物量,因此导致较高的土壤呼吸,而生物炭还田土壤的微生物活性普遍较低;秸秆生物炭的易氧化态碳含量和可生物降解性均显著低于秸秆对照,表明秸秆生物炭稳定性较高,难以被土壤微生物降解利用,因此其还田后土壤微生物活性普遍较低,秸秆碳可在土壤中长期保存.     

磁性生物炭的合成及对土壤重金属污染的钝化效果

为提高生物炭对土壤重金属的钝化能力,通过温和液相还原再氧化法制备了磁性生物炭材料.利用土壤培养实验,以0%、 0.3%、 0.6%和1.0%(质量分数)的比例向重金属污染土壤中施加磁性生物炭,考察磁性生物炭对土壤重金属污染的钝化修复效果及对土壤理化特性的影响,并对修复机制进行了探讨.结果表明,添加不同比例磁性生物炭后,土壤中Cd、Cu、Ni、Pb和Zn有效态含量均呈现不同程度的下降,且随着该材料添加比例的增加土壤中重金属有效态降幅随之增加.培养24 d后,Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的钝化效率分别达到了27.52%、 49.55%、 55.83%、 27.33%和26.01%(添加量为1%),但土壤中重金属的形态并没有发生显著变化,可能主要与重金属和生物炭之间相对较弱的结合机制有关.同时,磁性生物炭的添加改善了土壤的理化性质,其中pH值提高0.7个单位,脱氢酶活性提高6倍,过氧化氢酶活性和有机质分别提高37.06%和22.11%.     

生物炭施用5 a后对桂北桉树人工林土壤有机碳组分的影响

研究生物炭不同施用量施用5 a后桉树人工林土壤有机碳组分的变化特征，明确生物炭施用下土壤的固碳潜力，为桉树林业废弃物生物炭的土壤改良效应提供科学依据.基于2017年建立的桉树人工林生物炭中长期定位试验，以桉树人工林废弃枝条为原料，在500℃条件下厌氧制备生物炭，选取CK （0%）、T1（0.5%）、T2（1.0%）、T3（2%）、T4（4%）和T5（6%）这6个处理，一次性施用生物炭5 a后测定不同处理下有机碳组分含量特征.结果表明：①与对照相比，土壤有机碳及其组分随生物炭施用量的增加而增大，且在T4或T5达到最大值，土壤有机碳、可溶性有机碳、易氧化态有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳和碳储量分别增加了101.62%、67.46%、143.03%、164.78%、110.88%和41.73%.②随着生物炭施用量的增加，各生物炭处理土壤轻组有机碳和重组有机碳含量在0~10、10~20、20~30 cm土层的增幅分别为41.41%~140.63%、9.26%~87.04%、-19.54%~106.90%和15.32%~78.99%、15.72%~75.25%、89.49%~148.64%.0~30 cm土层土壤轻组有机碳和重组有机碳含量的平均值亦呈现增大的趋势，土壤碳库中以较稳定的重组有机碳为主.③土壤有机碳、碳储量和有机碳组分含量均随着土层的加深而减小.总体上，生物炭施用5 a显著增加了土壤有机碳和碳组分含量，有利于提高土壤固碳能力和土壤稳定性碳库，生物炭施用是提升桉树林土壤质量的有效措施.研究结果可为林业废弃物资源化利用和桉树人工林土壤肥力提升提供参考依据.     

施用生物炭对塿土土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率的影响

土壤微生物代谢对土壤养分循环和生态系统的稳定至关重要.为明确施加生物炭对土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率(carbon use efficiency, CUE)的长效影响机制,于2012年将果树树干、枝条生物炭(450℃、限氧条件下裂解)以不同用量(0、 20、 40、 60和80 t·hm~(-2))施入塿土,与耕层土壤(0～20cm)混匀,小麦玉米轮作7 a后,通过生态酶化学计量学对土壤微生物代谢养分限制特征进行了定量分析和比较.结果表明:①随生物炭施用量的增加,土壤含水量、有机碳、全氮、碳氮比、碳磷比和氮磷比显著提高,碳氮磷活性组分、微生物生物量碳氮磷和总磷未表现出明显的规律性,而5种胞外酶活性(β-1,4-葡萄糖苷酶、纤维素酶、亮氨酸氨基多肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和磷酸酶)显著降低.②所有处理土壤微生物均受磷限制;在施加生物炭各处理中,随施用量的增加微生物代谢碳和磷限制显著提高,微生物CUE显著降低;当生物炭施用量为20 t·hm~(-2)时,碳限制(0.625±0.022)和磷限制(62.153°±0.892°)最低,微生物CUE(0.511±0.007)最高.③偏最小二乘路径建模分析表明,土壤碳氮磷及其元素化学计量比对磷限制产生了直接的极显著正效应(P0.01),碳限制与磷限制呈正相关关系(R~2=0.242,P0.001),而碳磷限制又对CUE产生了极显著的负效应(P0.001).综上,过量施用生物炭使土壤元素化学计量失衡是导致土壤微生物代谢磷限制加剧的重要因素,继而诱导了微生物碳限制的增强和CUE的降低.当生物炭施加量为20 t·hm~(-2)时,微生物代谢所受碳磷限制最低,且具有最高的微生物CUE,对于调节土壤微生物代谢、维持生态功能和减少微生物二氧化碳排放最优.     

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭因其独特的理化性质能够提高土壤碳氮矿化速率及改善土壤微生态环境,因此探索生物炭调控土壤微生态环境与土壤酶活及其作用机制对改善土壤质量具有重要意义.采用大田试验方式研究不同生物炭施用水平0(CK2)、0.6(T1)、0.9(T2)、1.2(T3)和1.5(T4)t·hm-2以及完全空白对照(CK1:不施任何肥料和生...