生物质炭对土壤重金属形态转化及其有效性的影响

为了解土壤重金属形态转化及其有效性对生物质炭修复措施的响应,以Cd、Cu、Pb和Zn复合污染水稻土为供试土样,添加不同粒径(1 mm和0.25 mm)和不同施用量(0、1%和5%)的竹炭(BB)、稻草炭(RSB)进行为期1年的恒温((25±1)℃)培养试验后,检测土壤p H、有效磷含量及重金属DTPA有效态含量的变化,并采用BCR连续浸提法分析生物质炭对土壤中重金属元素化学形态再分配的影响.结果表明:稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的p H值,且在RSB-5%(0.25 mm)处理下效果最显著;稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的有效磷含量,且5%用量比1%用量效果更明显;而竹炭的施用对土壤p H值和有效磷含量均无显著性影响;RSB-5%(0.25 mm)处理对降低土壤中Cd、Cu、Pb和Zn有效态含量的效果最佳,分别减少了34.5%、50.1%、52.5%和52.1%;在细粒径(0.25 mm)稻草炭处理下,酸溶态Cd和Cu向可还原态和可氧化态转化,酸溶态Zn向可还原态转化;在粗粒径(1 mm)竹炭处理下,酸溶态Cu和Zn向可还原态、可氧化态和残渣态转化;酸溶态Pb在稻草炭处理下向可还原态和可氧化态转化,且细粒径比粗粒径效果更佳;竹炭和稻草炭的施用改变了土壤中上述重金属各形态的分配,且5%用量比1%用量效果更明显.     

生物质炭输入对污泥施用土壤-植物系统中多环芳烃迁移的影响

利用温室盆栽黑麦草实验,研究了生物质炭输入对污泥施用土壤性质、植物生长及土壤-植物系统中多环芳烃迁移性能的影响.结果表明,施用含炭堆肥污泥更有利于改善土壤的缓冲性能及增加土壤养分含量,与普通堆肥污泥处理相比,施用含炭堆肥污泥的黄棕壤和红壤中阳离子交换量分别提高了10%和5%,而2种土壤总氮含量则分别提高了13%和18%.同时,生物质炭的输入更有利于促进植物生长,与普通堆肥污泥处理相比,2种土壤中含生物质炭堆肥污泥处理黑麦草生物量均提高了23%,黄棕壤和红壤中种植的黑麦草叶绿素含量分别增加了8%和10%.生物质炭的输入还使得污泥-土壤体系中的多环芳烃转移到植株中的量明显减少,含炭堆肥污泥处理中多环芳烃在黑麦草中的累积量比普通污泥相应处理降低了27%~34%.因此,生物质炭作为污泥堆肥调理剂,不仅能进一步改良土壤性质,促进植物生长,还可以有效限制污泥-土壤体系中多环芳烃在环境中的迁移,降低潜在的污染风险.     

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。     

蚯蚓-菌根相互作用对土壤-植物系统中Cd迁移转化的影响

以灰化土(Aquods soil)为供试土壤,分别加入4种含量的Cd2 (0、5、10、20 mg·kg-1)模拟土壤污染,设置单独加8条蚯蚓(Pheretima sp.)、单独接种菌根(Inoculum Endorize-Mix2)、同时接种蚯蚓和菌根的3种处理,以不加蚯蚓和菌根为对照,各处理均种植黑麦草(Lolium multiflorum),研究蚯蚓、菌根相互作用对土壤-植物系统中Cd迁移转化的影响.结果表明:(1)菌根对土壤pH无明显影响,加蚯蚓可使土壤pH比对照约降低0.2,蚯蚓和菌根同时作用对土壤pH降低没有协同作用.(2)蚯蚓或菌根的加入均能显著增加土壤中可溶性有机碳(DOC)含量,蚯蚓的影响大于菌根,同时加入蚯蚓和接种菌根对土壤中DOC的增加有一定的拮抗作用.(3)蚯蚓活动增加了黑麦草根部Cd的积累,菌根则能促进Cd从黑麦草根部向地上部转移,二者具有促进Cd向地上部分转移的协同作用.(4)蚓粪和土壤中DTPA提取态Cd含量与黑麦草吸收Cd量呈显著相关(p＜0.01),而蚓粪中DTPA提取态Cd含量均显著高于土壤中的含量(p＜0.05).因此,蚓粪中有效态Cd是植物吸收Cd的重要供源.     

生物质炭对重金属土壤环境行为及影响机制研究进展

综述了生物质炭基本结构特性及其影响因素,阐述了生物质炭对土壤重金属形态转变、迁移性以及生物有效性的影响,并对其作用机制做了探讨。研究发现,生物质炭基本结构特性主要与自身理化性、材料来源和制备条件相关。由此对污染土壤重金属形态转变及其运动变化产生不同影响,主要引起重金属的有效态向残渣态等无效态转变,其迁移和生物有效性降低引起植株累积重金属能力下降。其主要作用机制为吸附和固化作用,通过直接或间接改变土壤pH、有机质含量、CEC、土壤酶活性和团聚体等环境,达到修复目的。因此,在利用生物质炭钝化重金属污染土壤时,应因地制宜,筛选和施用适宜生物质材料。今后应继续探究完善其作用机制,并对修复土壤进行长期监测与防控。     

生物质炭覆盖对太湖沉积物-水界面氮磷迁移与转化的影响

沉积物内源释放极易造成浅水富营养化湖泊的二次污染问题.选取3种生物质炭(果壳生物炭、藻泥生物炭、污泥生物炭)对太湖沉积物进行覆盖模拟实验,利用营养通量模型计算沉积物-水界面的氮磷释放通量,探讨不同生物质炭对沉积物内源释放与菌群演替的影响.结果表明,果壳炭对沉积物TN和NH₄⁺-N平均释放通量削减百分比最高,分别为56.8%±0.1%和71.7%±0.1%;藻泥炭对沉积物NO₃^--N平均释放通量的削减百分比最高,为83.6%±0.6%;污泥炭则对沉积物的TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N平均释放通量均有显著削减,且TP平均释放通量比果壳炭和藻泥炭分别减少50.4%±0.1%和8.0%±0.3%.同时,覆盖污泥炭的沉积物中微生物α多样性最高,且参与硝化反硝化和有机物降解的微生物Bacteroidetes和Chloroflexi丰度比对照组分别增加23.2%和20.5%.综上所述,污泥炭具有良好的富营养化湖泊沉积物修复潜...     

生物炭对土壤中硫的迁移转化及植物有效性的影响研究

土壤中的硫是作物生长发育不可缺少的营养元素,也是合成植物体内蛋白质、核酸等的重要组成成分.硫素是不可再生资源,充分合理的利用现有的硫素资源,对于保持硫素的循环平衡具有重要意义.生物炭一般指农林废弃物在厌氧或缺氧条件下高温热解生成的一种富碳颗粒,因其在土壤性质改良等方面的广泛应用而备受关注.生物炭施入土壤,将直接或间接影响土壤中硫的植物有效性.评述了生物炭对土壤中硫素有效性的重要研究进展,为生物炭的农业应用提供参考价值.     

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.      

不同含磷物质对重金属污染土壤-水稻系统中重金属迁移的影响

通过水稻盆栽试验研究磷酸氢二钠(DSP)和羟基磷灰石(HAP)对污染土壤中重金属(Pb、Cd、Zn)向水稻迁移的影响.结果表明,①DSP和HAP都显著提高了土壤pH值和有效磷含量(p0.05),降低了土壤中Pb、Cd、Zn交换态含量,且HAP降低重金属交换态的效果较DSP好.水稻地上部分重金属含量与土壤中重金属交换态含量呈明显正相关关系,说明DSP和HAP通过降低土壤中重金属交换态含量从而达到减少重金属向水稻中迁移的目的.②DSP和HAP明显降低了水稻各器官Pb、Cd的含量,同时使水稻根、壳、糙米中Zn含量降低,但增加了茎叶中Zn的含量.与对照相比,DSP和HAP分别使糙米中Pb、Cd、Zn最大降低了48.72%、22.22%、25.35%和62.82%、66.67%、39.88%,但是糙米中Pb、Cd含量仍未达到食品卫生标准限值(GB2762—2012).③DSP和HAP处理都使水稻根干重逐渐减少,使茎叶、壳、糙米干重先增加后降低,在0.12 g·kg-1时使水稻糙米产量最大.综上,DSP和HAP都能有效控制土壤中Pb、Cd、Zn向水稻中迁移,且HAP效果比DSP好,但磷添加量不宜过高.     

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善土壤结构、提高土壤肥力、调节土壤酸碱度、修复污染土壤、增强生物活性和促进养分转化等方面的作用。发现生物质炭通过填充扩容、孔隙截留、胶结凝聚、物理吸附、化学吸附、离子交换、配位络合、共沉淀、微生物介导等方式作用于土壤,实现土壤改良和修复。从物理、化学和生物3方面分类阐述了生物质炭对土壤的影响和作用机制,同时提出未来可重点关注生物质炭改性与制备工艺、不同生物质炭混施比例及施用后的环境风险评估等方面。     

施加生物炭对植物营养元素的迁移转化和植物有效性的影响研究

土壤中营养元素的含量和迁移转化影响植物的生长状态,充分利用土壤中营养元素对保障粮食安全、控制面源污染具有重要意义.生物炭施入土壤,将直接或间接影响土壤中营养元素的迁移转化和植物有效性.评述了生物炭对土壤理化性质、植物营养元素迁移转化和植物有效性的影响,对国内外研究状况进行阐述和总结,旨在丰富生物炭促进植物营养元素的吸收理论,为生物炭的农业应用提供参考依据.     

沉积物中重金属的迁移转化影响机制研究

作为自然界中重金属的汇与源,沉积物对重金属的迁移转化有着重要的影响。全面地分析了沉积物的各种理化和生物性质对重金属迁移转化的影响机制,包括酸挥发性硫化物、有机质、质地(黏土,泥沙)、地理地势、生物有机体的行为活动以及其他相关的特性。另外,对重金属生物有效性的多种评价方法也进行了说明和讨论。最后,介绍了一些新型修复材料(如多聚硫化物、纳米材料等),为沉积物重金属污染的修复提供参考。     

生物炭对农田土壤-植物系统有机碳储量的影响

为探究生物炭对农田土壤有机碳储量以及作物固碳量的作用效应,在长江中下游地区地带性土壤黄棕壤上设置田间小区试验,采用玉米-小麦轮作方式,在不同生物炭用量[0.0 kg/(m~2·a)-(CK)、0.5 kg/(m~2·a)-(BC1)、4.5 kg/(m~2·a)-(BC2)]条件下,对土壤有机碳含量、作物生物量、作物光合固碳量等指标进行了测定分析,并估算了试验条件下农田土壤-植物系统有机碳储量。结果表明:(1)在0~20cm土层,BC2处理两季玉米收获时的土壤有机碳储量(3.72和3.77 kg/m~2)分别比CK处理增加18.93%和19.23%。小麦季BC2的土壤有机碳储量达3.43 kg/m~2,也比CK增加了12.83%。BC1处理比CK虽有增加,但未形成显著差异。土壤有机碳含量是土壤有机碳储量增加的基础。(2)两季玉米收获时其BC1处理的单株固碳量未显著高于对照,BC2处理的玉米单株固碳量(80.06和80.69 g/株)则分别比对照提高6.46%和7.16%。在小麦季,2个生物炭处理的植株单株固碳量均高于对照,尤以BC2处理较为突出,其单株固碳量达到3.06 g/株,比对照显著提高16.17%。作物生物量对植株单株固碳量有显著贡献。(3)就土壤-植物系统有机碳储量而言,BC2处理下,在两季玉米收获时该值分别为4.42和4.50 kg/m~2,显著高于CK处理,增幅达16.75%和17.09%。小麦季BC2处理的土壤-植物系统有机碳储量也达到了3.70 kg/m~2,比CK显著提高13.07%。在三季作物中,土壤有机碳储量占整个土壤-植物系统有机碳储量的80%~93%,土壤是农田生态系统碳增汇的主要来源,减少土壤碳排放可以使整个农田生态系统固定更多的碳。     

生物质炭对富磷镉土壤中磷镉形态转化的影响

为探究生物质炭作用下磷镉富集土壤中磷和镉的形态转化及其影响因素,以水稻秸秆生物质炭为供试材料,磷镉富集土壤(有效磷17.25 mg/kg,总镉3.38 mg/kg)为研究对象,进行室内培养试验,结果表明:(1)BC处理促进了土壤中磷的活化和镉的钝化,有效磷含量提高25.45%～77.50%(p<0.01),有效镉含量降低13.95%～32.79%(p<0.01),酸洗处理减弱了生物质炭的上述作用。(2)与CK处理相比,BC处理土壤的交换性钙、镁分别增加了13.07%～23.62%、4.82%～11.63%(p<0.05),无定形铁、铝分别减少了5.90%～29.83%、13.98%～24.38%(p<0.05)。SBC处理的交换性钙镁以及无定形铁铝的变化与BC处理相似,但变化幅度降低。以上数据说明生物质炭输入磷镉富集土壤中可以达到磷活化和镉钝化的双重效果,这两个过程的实现与土壤中交换性钙镁和无定形铁铝含量的变化密切相关。     

生物质炭对镉污染土壤微生物多样性的影响

通过向模拟镉污染土壤中添加生物质炭,研究其对土壤中微生物活性及功能的影响,以期揭示生物质炭钝化镉污染土壤的作用机制.采用Biolog-Eco微平板法,围绕各粒级土壤团聚体中微生物在碳代谢功能方面对不同量生物质炭的响应机制开展室内试验.实验结果表明:Cd污染条件下,生物质炭的施用提高了土壤中微生物群落碳源代谢活性及功能多样性,2.5%生物质炭处理下的提高效果尤为突出;土壤微生物的碳源代谢活性及功能多样性在不同粒级团聚体中呈"V"型分布,5-1mm、0.25mm团聚体中最高.0.25mm微团聚体中微生物碳代谢功能多样性重金属Cd胁迫效应与生物质炭保护效应均最显著;土壤微生物McIntosh指数上升了32.68%-135.52%,群落物种均一度发生巨大的变化;Cd污染土壤中微生物对其他类碳源化合物有偏嗜性,进一步分析显示,生物质炭处理组与单施Cd对照组微生物碳源利用上起分异作用的是羧酸类和糖类2类碳源化合物.     

重金属在土壤-空心菜系统中的迁移分配

通过盆栽试验,研究了Cu,Zn,Pb和Cd单一与复合污染条件下在土壤-空心菜系统中的迁移分配情况.结果表明:单一和复合污染情况下,空心菜地上部重金属的富集系数大体表现为Cd>Zn>Cu>Pb,重金属转运系数则表现为Cd>Zn>Pb>Cu.与单一污染相比较,复合污染条件下,Cu,Zn,Pb和Cd富集系数下降,Cu的转运系数升高,而Zn,Pb和Cd的转运系数降低.单一污染条件下,随着土壤中重金属质量分数的增大,Cu的富集系数和转运系数都相应减小;Zn和Pb的富集系数增大而转运系数减少;Cd的富集系数增大,但转运系数变化很小.整体上看,复合污染条件下,土壤w(Cu)的增加使Zn,Pb和Cd在空心菜中的富集系数明显减小;土壤w(Zn)的增加使空心菜中Cd的富集系数明显减小;土壤w(Pb)的增加使空心菜中Cu的富集系数明显增大;土壤w(Cd)的增加使空心菜中Pb的富集系数明显增大.      

磷对铅、锌和镉在土壤固相-液相-植物系统中迁移转化的影响

在盆栽条件下,以磷酸二氢钾作为磷（P）添加剂,以空心菜为指示植物,借助模型Visual MINTEQ 研究了P对污染土壤中铅（Pb）、锌（Zn）和镉（Cd）在土壤固相-液相之间以及土壤-根系-地上部的迁移累积的影响.实验设了6个P剂量水平：0（CK）、 0.18（P0.18）、 0.36 （P0.36）、 0.72（P0.72）、 1.08（P1.08）、 1.44（P1.44）,P剂量水平是按照P/Pb物质量的比例（mol/mol）为基础而设计的.结果表明,与对照相比,添加P处理污染土壤后,显著（p<0.05）降低了空心菜地上部吸收的重金属Pb、Zn和Cd的含量,降低幅度分别为53％～92％、 35％～71％和59％～86％,降低了根系吸收累积重金属Pb的含量,增加了根系吸收的Zn的含量,但对Cd吸收量无显著影响.增加P的剂量水平,根系向地上部转运的Pb、Zn和Cd的量的呈指数级下降趋势.地上部吸收的各元素的相关分析结果表明,元素Pb 与元素Zn、Cd是显著正相关关系,其中相关系数最高的是Pb 与Zn（R＝0.993,p<0.01）,其次是Pb与Cd（R＝0.986,p<0.01）.说明Pb 与Zn、Cd在空心菜从根系到地上部分转运的过程中是协作关系.添加P后,提高了土壤pH,从而降低了土壤水溶性Cd的含量,Zn变化不显著,增加了土壤水溶性总Pb含量.平衡液中Pb的主要存在形态是PbHPO₄、PbOH⁺、PbH₂PO⁺₄等3种络合形态.结果还表明,根系吸收Pb的量与土壤水溶性Pb含量具有显著的负相关关系,相关系数-0.872（p<0.05）.P处理降低了土壤水溶性Zn、Cd的含量,却促进了根系吸收,这是Zn、Cd与Pb的不同之处.P具有显著降低复合污染土壤中Pb、Zn和Cd植物毒性的作用.     

生物炭-植物联合修复对土壤重金属Pb、Cd分布效应

土壤重金属污染是黄河三角洲湿地退化的重要驱动因素之一,Pb、Cd作为该区域典型的重金属,存在较高的潜在生态风险.目前在土壤修复领域,植物修复、化学修复等单一修复方法具有一定的局限性,而生物炭因其强吸附性及丰富的官能团与植物修复技术具有结合的潜力,因此,探究二者联合修复对土壤重金属的分布效应,对于寻求更加绿色高效的修复方...     

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。     

生物质炭对重金属污染红壤中蚯蚓活性的影响

生物质炭改良剂在钝化污染土壤中重金属的同时,显著改善土壤物理、化学和生物性质。该文通过添加2%400℃下制备的玉米、水稻、小麦、大豆、豌豆等秸秆生物质炭到Cd和Pb染毒红壤中,研究蚯蚓（赤子爱胜蚓）暴露30 d后的体重损失率、死亡率和体内抗氧化酶活性等指标的影响。结果表明,施加生物质炭显著降低Cd、Pb染毒土壤中可交换态重金属含量。另外,蚯蚓体重损失率分别从改良前的37.16%和38.81%降低至改良后的(31.92%±2.54%)和(28.02%±1.46%),同时死亡率从46.67%分别降低至(40.00%±2.98%)和(32.00%±6.29%),但都未达显著水平（P>0.05）。相比于染毒土壤,施加生物质炭处理土壤中蚯蚓体内过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量在Cd污染土壤中分别显著降低15.19%～44.89%、12.09%～56.57%、32.52%～59.13%;在Pb污染土壤中分别显著降低1.54%～20.70%、18.44%～48.94%、44.65%～58.46%。相关性分析结果表明,Cd和Pb污染土壤中蚯蚓的CAT、POD活...