生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

长期石油污染土壤腐殖质组成的研究

选择1口开采约20a的废弃油井,在距离井口0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5和10.5 m处进行多点采样,应用腐殖质组成修改法和Simon-Kumada法,分别研究了上述长期不同程度石油污染土壤的全土及不同结合形态腐殖质组成.结果表明,土壤石油含量随距井口距离加大而降低,最远处(10.5 m)和最近处(0.5 m)分别为0.08 g/kg和153.3 g/kg.随石油含量增加,土壤有机碳和水溶性有机碳含量增加;全土腐殖质中,可提取腐殖质(HE)含量和胡敏酸(HA)含量下降而胡敏素(HM)含量增加, HA/HE的百分比(PQ 72.0%～8.05%)下降而HM/HE(31.4～76.7)增加;不同结合形态腐殖质中,松、稳结合态腐殖质(HⅠ、HⅡ)的含量呈下降趋势而紧结合态腐殖质(HⅢ)的含量增加, HⅠ/HⅡ(0.19～0.39)呈增加趋势,而HⅠ/HⅢ(0.032～0.003)和HⅡ/HⅢ(0.096～0.009)下降, HⅠ、HⅡ的PQ(3.21%～1.42%、58.1%～35.5%)也下降,并且HⅠ的PQ变化幅度小于HⅡ;水溶性有机质(WSOM)的色调系数(△logk)下降而HA则变化不大.以上结果说明,随石油污染程度增加,土壤HM的形成增强而HA形成减弱,对HA形成的影响主要表现为对稳结合态HA形成的抑制作用, WSOM分子结构趋于复杂而HA没有明显变化.     

小麦秸秆生物质炭施用对不同耕作措施土壤碳含量变化的影响

为探究生物质炭施用对不同耕作条件下土壤碳含量的影响,通过室内恒温培养试验,以免耕和翻耕土壤为研究对象,分别添加0、5和20 g·kg-1的小麦生物质炭,分析生物质炭对免耕和翻耕土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(ROC)、pH、无机碳(SIC)、水溶性Ca和Mg以及土壤...     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤腐殖物质组成及性质的影响

添加生物质炭在增加土壤固碳的同时,对土壤腐殖物质组成及性质的影响是人们关注的问题.通过室内培养试验对土壤腐殖物质进行提取和分离,利用分光光度计测定了土壤胡敏酸(HA)及富里酸(FA)的光学性质,研究了不同热解温度及施用量下生物质炭对土壤腐殖物质组成及结构的影响.结果表明:生物质炭中的类腐殖酸(LHS)含量随热解温度升高逐渐降低,但其结构趋向复杂化.与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤HA含量,并随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300和BC400处理平均分别增加了69.93%和48.75%,且差异达到显著水平(P0.05);FA含量在培养前期(240 d)也有所增加,但后期减少了土壤FA含量,培养360 d后,BC300和BC400处理平均分别减少了1.35%和5.19%,但差异并不显著(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养过程中主要降低了土壤HA和FA含量(仅在培养初期阶段引起土壤HA、FA含量的短时间增加),至培养结束时,BC500处理平均分别减少了34.38%和44.48%,BC600处理平均分别减少了42.84%和49.27%,且差异均达到显著水平(P0.05).生物质炭输入显著增加了土壤胡敏素(Hu)的含量,其中以BC500处理的增加效应最大.生物质炭输入增加了土壤H/F比,提高了土壤Hu的相对含量,增加了土壤中相对稳定性碳的比例.高温制备(400℃)的生物质炭培养结束时显著降低了土壤HA及FA的色调系数(Δlg K)和E4/E6值,使土壤腐殖物质的结构复杂化,而低温制备的则相反.从提升有机碳的稳定性考虑,在黄土高原塿土地区,在500℃条件下制备生物质炭,既能保证最大程度的增加土壤稳定性有机碳库,又提高了土壤腐殖化程度,从而提高土壤质量.     

生物质炭对土壤镉形态转化的影响

选取秸秆生物质炭为试验材料,通过模拟实验,研究生物质炭的输入对土壤镉形态转化的影响。结果表明,输入生物质炭的土壤经过90 d的钝化,pH、有机质随着输入生物质炭的比例增加有显著增加趋势;输入生物质炭后镉的可交换态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态、残渣态4种形态的含量变化显著,其中可交换态由2.243 mg/kg降低至1.095 mg/kg,最高降低了10.9%;碳酸盐结合态由1.474 mg/kg降低至0.874 mg/kg,最高降低了5.7%;Fe-Mn氧化物结合态由1.917 mg/kg降低至1.127 mg/kg,最高降低了12%;残渣态由5.023 mg/kg提升至7.414 mg/kg,最高提升了22.7%,有机物结合态变化不大。说明生物质炭输入后能够使土壤重金属由有效态向某些潜在的有效态或无效态转化,从而达到修复重金属污染土壤的目的。研究结果还表明,当输入生物质炭量为10 g/kg时,外加镉污染土壤中镉的钝化效果最佳。     

施用生物质炭对黑土黑碳含量和结构特征的影响

生物质炭(Biochar,Bc)是黑碳(Black Carbon,BC)的一种,当前关于生物质炭在农业上的研究大都集中在其对土壤理化性质和作物生长的影响,而关于施用生物质炭对土壤黑碳结构和数量影响的研究很少.为了解施用生物质炭对土壤黑碳的影响,本试验采用盆栽试验的方法,设置4个处理,施加生物质炭量分别为0(CK)、6、12和24 t·hm-2,采用Wolbach-Anders法对土壤中的黑碳进行提取,运用元素分析、红外光谱和热重分析等方法研究了不同施入量的生物质炭对土壤黑碳产生的影响.实验结果表明:施用玉米秸秆生物质炭能明显增加土壤中黑碳的含量,随着生物质炭施用量的增加,不同处理相对于对照(CK)中土壤黑碳含量分别提升7.04%、22.96%和46.90%.施用玉米秸秆生物质炭降低了黑碳的脂族性、氧化性,提升了黑碳的缩合度、芳化度,提高了黑碳结构的稳定性,提高了土壤黑碳的热稳定性.施用玉米秸秆生物质炭能够提高p H,提高土壤的速效养分含量.     

2种生物质炭对土壤表面结构的影响

以小麦秸秆为原料,在300℃和600℃下制备了2种生物质炭(BC300和BC600),考察了生物质炭添加到土壤后对土壤微孔结构的影响,研究结果表明,在土壤中添加1%的BC300和BC600,土壤的总比表面积由(5.4±0.06)m2/g分别增加到(6.7±0.08)m2/g和(7.7±0.08)m2/g,总孔容由(14.9±0.42)μL/g分别增加到(18.6±0.34)μL/g和(17.2±0.31)μL/g,平均孔径由(13.8±0.38)nm分别降低到(11.1±0.21)nm和(9.0±0.19)nm。     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中活跃的化学组分,在全球碳循环中起着非常重要的作用.为了探究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响,以苹果枝条为原料,在300~600℃条件下制备生物质炭,在研究生物质炭基本理化性质的基础上,通过室内培养试验研究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响.结果表明:高温制备的生物质炭碳(C)的质量分数增加,而氢(H)和氧(O)质量分数下降,H/C及O/C比下降;生物质炭的脂肪族结构减弱,芳香性增强,稳定性升高;生物质炭输入可以显著增加土壤有机碳(SOC)含量(P0.05),且随着添加比例的增加而增加,其中以500℃制备的生物质炭对土壤有机碳库的提升效果最为明显;与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)以及易氧化有机碳(ROC)的含量,且随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300处理平均分别增加了38.25%、82.09%和63.53%;BC400处理平均分别增加了26.07%、65.61%和48.09%,且差异均达到显著水平(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养初期(40~60 d)增加了土壤MBC、WSOC及ROC含量,且随着添加比例的增加而增加,而在培养后期则减少了土壤MBC、WSOC、ROC含量,且随着添加比例的增加而减少,培养360 d后,BC500处理平均分别减少了0.27%、13.48%和14.67%,BC600处理平均减少7.80%、14.66%和15.79%,且差异达到显著水平(BC500处理MBC含量除外)(P0.05);生物质炭输入降低了土壤有机碳中ROC的比例,并且随着热解温度的升高以及添加比例的增加而降低.从提升土壤有机碳库及生物活性等方面考虑,在黄土高原土地区,500℃条件下制备生物质炭,既能保证有机碳具有较高的稳定性,又不至于引起土壤活性碳库的过度降低,是生物质炭在农田土壤利用的最佳制备温度.     

施用生物质炭对土壤Cd、Pb有效性影响的整合分析

大量研究表明生物质炭施用可改变重金属在土壤中的生物有效性,但这种影响取决于土壤理化性质、生物质炭的种类与施用量等.本文以公开发表的81篇有关生物质炭与土壤重金属有效性的研究论文为基础进行归纳整理,采用数据整合分析方法,从土壤性质、生物质炭的特性与施用量等方面量化了生物质炭对土壤有效态Cd、Pb的影响.结果显示,与不施用生物质炭处理相比,施用生物质炭对土壤中Cd和Pb均具有显著的钝化效果,其有效态含量平均降低了37.59%和51.37%.其中,生物质炭对不同质地土壤Cd、Pb钝化效果表现为:砂质土壤壤质土壤粘质土壤,且生物质炭施用可使砂质土壤中有效态Cd、Pb平均降低47.18%和57.82%;生物质炭施用对弱酸性土壤Cd、Pb的钝化效果均最佳,弱酸性土壤Cd、Pb有效态含量平均降幅分别为50.05%和58.60%,略高于中性土壤,明显高于碱性土壤.从生物质炭类型看,壳渣类生物质炭施用使土壤有效态Cd、Pb降幅最大,分别为58.44%和71.28%;在500～600℃的温度区间下制备获取的生物质炭可使土壤有效态Cd、Pb显著降低52.23%和60.90%;当生物质炭pH在7～8,土壤中Cd的有效态含量降低了71.93%,当生物质炭pH小于7时,有效态Pb降幅最大为61.88%.另外,土壤Cd、Pb的钝化效果随着生物质炭施用量的增加而提高,当生物质炭施用量大于5%时,Cd、Pb有效态的降幅最大,分别达到54.41%和77.47%.可见,在选择生物质炭来修复重金属污染土壤时,应根据土壤性质来选择适宜的生物质炭种类及其施用量,以达到更好的钝化效果.     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

次氯酸钠对水中腐殖酸结构及光学特性的影响

以腐殖酸（HA）作为溶解性有机质模型化合物,采用高压排阻色谱、有机元素分析、傅里叶红外光谱、紫外-可见光谱、荧光光谱及光降解动力学等手段研究了NaOCl对HA元素组成、结构特征、抗氧化性及光学特性等的影响.结果显示,当NaOCl与HA的浓度比由0增至20.0μmol/mg时,HA的分子量逐渐减小,并趋于集中分布;HA中的芳香酸、脂肪酸、酚和醇等含氧组分先增多后减少,使得HA的极性呈现出先增大后减小的变化趋势.值得注意的是,尽管实验浓度范围内的NaOCl不改变HA的腐殖特性,但其能显著减小HA的吸光能力、抗氧化能力和芳香度,并增大HA的荧光发光强度和表观光敏化活性.研究结果能促进对深度氧化处理改变溶解性有机质结构的认识,并为污水处理厂出水中溶解性有机质的环境效应评估提供基础信息.     

不同有机物料对黑土腐殖质元素组成及结构的影响

 利用元素分析仪及红外光谱仪研究施用不同有机物料对黑土腐殖质元素组成及结构影响的差异性.结果表明:与对照(CK)相比,有机物料施用5a后,黑土胡敏酸(HA)中C、H含量均显著降低,并以木本处理作用最显著.除动物粪便处理HA中N含量与CK相等外,其余有机处理N含量均显著高于CK,施用动物残体则使HA中O含量显著降低.施用草本残体可以提高富里酸(FA)中N含量.动物残体使FA中H含量显著降低.施用草本残体、木本残体使FA中C含量升高,O含量影响降低.有机物的施用使铁结合胡敏素(HMi)中C、H含量下降而使O含量上升,并以草本处理作用最显著,同时草本处理也使HMi中N含量降低.与CK相比,施用动物粪便、木本残体提高了粘粒结合胡敏素(HMc)中C、N含量而降低了O含量,有机物料施用5a后均使黑土HMc中H含量降低,且各处理之间差异显著.与CK相比,有机物料施用五年后均使HA及FA脂族性减弱,并以草本残体处理影响最明显.对于HMc,施用有机物料有利于提高其脂族性,同时使芳香C=C振动减弱,并且以木本处理影响最明显.有机物料施用5a后使HMi的羟基含量及碳水化合物减少,而使其脂族性提高.试验结果证实,不同有机物料处理对黑土腐殖质各组分特征的影响有明显差异.     

负载磁性废茶生物炭活化过一硫酸盐高效降解水中腐殖酸和富里酸

城市污水厂二级处理出水中含有大量的溶解性有机物(Dissolved organic matters,DOM)会对生物和受纳水体构成潜在的危害,因此有必要对二级处理出水进行深度处理.本研究以农业废弃物茶叶渣为原料,通过对废弃茶叶改性和负磁制备一种磁性废茶生物炭(Fe-tea biochar,Fe-TB),用于活化过一硫酸...     

不同生物炭用量对酸性菜地土硝化作用的影响

采集了种植过蕹菜(60 d)的不同生物炭用量(0、2%、5%、10%干土重)的盆栽酸性菜地土,在60%土壤持水量和温度25℃培养条件下对土壤硝化作用进行了研究,并探讨了土壤硝化作用与土壤性质的关系.结果表明,通过Logistic修正模型(延滞期为0)拟合得出土壤NO-3-N随时间的变化为"S"型增长,与不施氮肥(CK)和施氮肥(NB0)处理相比,生物炭处理土壤NO-3-N累积量较高,生物炭提高土壤最大硝化速率(Kmax)同时减少达到最大硝化速率所需时间(t0)是其主要原因.Kmax与土壤pH、氨氧化细菌数量、NO-3-N、微生物生物量碳、氮,t0与微生物生物量氮、氨氧化细菌数量,最大硝化潜势(Np)与脲酶活性间显著相关.尽管生物炭提高Kmax,但却降低Np,生物炭对酸性菜地土硝化作用的影响以及NO-3-N淋失风险还需要进一步研究.     

腐殖酸定向修饰Ce-Co铁基生物焦汞吸附机理

使用腐殖酸对铁基改性生物焦进行定向修饰,并借助固定床吸附装置考察改性后生物焦汞吸附性能,探究了不同腐殖酸负载量下的铁基改性生物焦的汞吸附能力.采用BET、XPS、FTIR表征手段,考察了定向修饰后生物焦的孔隙结构、表面元素价态及表面功能基团的组成,通过SEM扫描电镜探究生物焦微观形貌,并利用EDS能谱分析生物焦表面活性金属成分分布.结果表明,使用腐殖酸对铁基改性生物焦定向修饰后的生物焦汞脱除性能大幅提高,使用5%质量分数包裹后的生物焦汞脱除性能最高,3h单位累积汞吸附量为18025ng/g,相较于未被修饰的铁基改性生物焦汞吸附性能提高65%;负载腐殖酸后的生物焦以介孔为主,表面活性金属种类丰富,有利于单质汞的氧化;样品表面羧基、醇羟基等含氧官能团数量增加,定向修饰后生物焦表面出现大量氨基等利于重金属吸附的含氮官能团;定向修饰后的生物焦表面出现团聚现象,包裹量过高会将生物焦表面活性位点完全包裹,阻碍了氧化还原反应的进行,不利于汞的进一步氧化;汞在生物焦表面的吸附过程同时存在化学吸附与物理吸附.     

石灰对生物炭和腐殖酸阻控水稻Cd吸收的效应

采用田间试验,研究了石灰-生物炭和石灰-腐殖酸两种联合修复剂及其不同施用量对酸性土壤中稻米Cd含量、产量和品质的影响,并对不同处理修复效果进行综合评估.结果表明,两种联合修复剂能显著降低稻米Cd含量17.39%~45.96%,降低土壤有效Cd含量18.29%~29.88%,.生物炭、腐殖酸施用量分别为5000,6000kg/hm²时,稻米Cd的降低效果最佳.石灰-生物炭处理中,降低稻米Cd含量的主要因子为土壤pH和土壤有效Cd含量（P<0.05）,而石灰-腐殖酸处理则为土壤有机质含量与土壤有效Cd含量（P<0.05）.施加修复剂后稻米产量可达6637~7890kg/hm²,直链淀粉含量达到19.47%~27.26%;当腐殖酸施用量为7500kg/hm²时可使稻米产量提高10.97%,而石灰-生物炭处理对稻米产量无显著影响;采用层次分析法确定了稻米Cd含量、稻米产量、稻米品质和修复费用在修复效应评估中所占权重为0.608、0.150、0.102、0.140,综合评估结果显示土壤-水稻系统Cd阻控效应的联合修复技术为：在施用1200kg/hm²石灰的基础上同时施加6000kg/hm²腐殖酸.     

毒死蜱农药在中性紫色土腐殖酸上的吸附

通过平衡振荡法研究毒死蜱在中性紫色土腐殖酸(HA)上的吸附.结果表明,毒死蜱在腐殖酸上的吸附行为均可用Linear方程和Freundlich方程来描述,拟合效果均达到极显著水平.毒死蜱在腐殖酸上的吸附量随着环境温度的升高而降低,随着腐殖酸含量的增加而增大,溶液pH值对毒死蜱吸附的影响主要与氢键吸附有关;离子强度对毒死蜱的吸附影响很小.通过计算毒死蜱在HA上的吸附自由能变化量(△G的绝对值均<40kJ/mol),可以推测毒死蜱在HA上的吸附属于物理吸附,其吸附机理可能有氢键、疏水分配、偶极作用力和范德华力等作用,而不存在化学键作用.     

施用生物炭对云南烟区红壤团聚体组成及有机碳分布的影响

生物炭是一种重要的土壤改良剂,为深入研究其对云南烟区红壤团聚体组成及有机碳分布的作用,开展了为期3年的生物炭田间定位试验.试验共设3个处理,分别为常规施肥(B0)、常规施肥配施生物炭15 t·hm-2(B15)、常规施肥配施生物炭30 t·hm-2(B30).结果表明:1随着生物炭施用年限和施用量的增加,土壤有机碳含量显著增加,B15和B30处理较对照(B0)分别增加了38.7%和60.1%;2施用生物炭显著提高了土壤各粒级团聚体有机碳含量,其中B30处理增幅最大.在不同粒级团聚体中0.25~2 mm团聚体有机碳含量增幅最大,与对照相比,B15和B30处理分别增加了24.9%和36.4%;3施炭处理(B15,B30)土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和大于0.25 mm团聚体数量(R0.25)也较对照显著增加,表明土壤团聚体稳定性显著提高;4连续施用生物炭3年后,大团聚体有机碳的贡献率明显升高,而微团聚体则相反.综上所述,生物炭对土壤团聚体和有机碳的作用过程是持续的,连续施用生物炭可显著提升土壤大团聚体含量、团聚体稳定性、土壤和各粒级团聚体的有机碳含量,在改善土壤物理性状的同时,有利于稳定增加土壤碳汇.     

甲磺隆在土壤腐殖物质中结合残留的动态变化

土壤中14 C 甲磺隆的可提取态残留物随时间延长不断降低 ,而其结合态残留率第 2 8天达最高 .14 C 甲磺隆结合态残留物在土壤腐殖物质中的分布是 :富啡酸 胡敏素 >胡敏酸 .在处理最初 2 8天 ,富啡酸中14 C 甲磺隆结合态残留物不断增大 ,随后减少 ;胡敏素中的结合态残留量在 2 8— 2 2 4天变化不大 .14 C残留物在不同土壤之间的结合及其分布都是有差异的 ,与土壤pH值、粘粒矿物类型等都有密切关系