生物炭添加比例及冻融对沟渠土壤氮素淋失的影响

三江平原大规模集约化农业生产活动破坏了土壤养分平衡,加快了营养物质输移过程,而沟渠土壤中高有机物含量有利于营养元素的化学循环.为了研究冻融过程及添加不同比例生物炭对沟渠土壤氮素淋失的影响效果,本研究采用室内土柱模拟淋溶方法,探究了冻融过程及添加不同比例生物炭土壤对淋溶液中铵态氮(NH~+_4-N)和硝态氮(NO~-_3-N)淋失量的影响规律.实验采用400℃烧制的玉米秸秆生物炭,分别按照炭土质量比0、0.75%、1.50%、3.00%的比例施用于沟渠土壤中.结果表明:施加生物炭加快了溶液的淋溶速率;施加生物炭能够增加土壤对氮素的固持,且不同配比生物炭的土壤对铵态氮的固持能力优于硝态氮,添加0.75%生物炭的土壤对硝态氮表现出较好的固持能力;冻融条件下土壤氮素的淋失有所增加,生物炭对氮素的固持能力随着冻融次数的增加也有所降低,在本实验中,当冻融频次为1时,冻融过程对生物炭固持土壤氮素能力的抵消作用最大.     

模拟酸雨及施磷对水稻土中汞的淋溶特性影响研究

采用pH3.0、pH4.5与对照pH 5.6的3种模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究了酸雨及含磷酸雨淋溶下合肥市郊水稻土中汞的释放特征与规律.结果表明:经过相当于1980降水量的淋溶后,汞释放量总体上是随着酸雨强度增加累积淋溶量的增加.酸雨作用下,施磷量越多土壤中汞的淋失总量越大.在酸雨及施磷条件下,大兴地区黄褐土Hg较义城地区水稻土易于淋失.     

紫色土稻田磷素淋失特征及其对地下水的影响

采用原状土壤渗漏计在水稻生育期定期采集不同土壤剖面深度的渗漏水,研究了在不同施磷水平下水稻生育期磷素淋失动态和渗漏淋失量及其对地下水的潜在影响,并分析了土壤Olsen-P含量与磷素渗漏量之间的关系,旨在为紫色土区稻田磷肥的合理施用和控制磷对地下水污染提供科学依据.结果表明,在水稻生长期紫色土的磷素渗漏整体呈下降趋势.前期磷素渗漏淋失量高且变幅较大,在施磷后第5d各土层渗漏水中磷素浓度最高;施肥60 d后稻田磷素渗漏淋失负荷显著降低.不同土层和各处理趋于一致.稻田磷素的渗漏淋失受磷肥用量和土壤性质的影响,随着磷肥用量的增加稻田磷的渗漏淋失量增加,3种类型紫色土磷素渗漏淋失量为中性紫色土>钙质紫色土>酸性紫色土.施磷(P2O5)90～180kg·hm-2处理,40cm土层渗漏水中磷的平均浓度在中性、钙质、酸性紫色土上分别为0.13～0.142 mg·L-1、0.097～0.131mg·L-1和0.083～0.109mg·L-1,比不施磷处理高33.1%～38.7%、24.7%～44.3%和34.9%～50.4%,在60cm和100cm深处也有相似的特征.3种类型紫色土的土壤Olsen-P含量与磷素渗漏淋失量之间符合指数关系.渗漏水中磷素浓度随土壤剖面深度的增加而降低.淹水种稻初期是磷向下迁移最强和淋失量最高的时期,3种紫色土在施肥后的60d内对地下水质量产生潜在不良影响.整个水稻生育期磷渗漏量较低,最高磷渗漏量为0.262kg·hm-2.     

AOD不锈钢渣中铬的酸性淋溶特性

基于AOD渣中铬的短期淋溶特性,采用静态淋溶实验方法研究了酸性淋溶液的初始pH值和固液比对AOD渣中铬淋溶特性的影响规律。实验结果表明,初始pH值为3.0和2.0时淋溶液的pH、E和DO的变化规律与中性淋溶液相似,AOD渣中铬的淋溶均呈现快速淋溶和慢速淋溶两个阶段,其中淋溶液初始pH值降至2.0时更为显著的增加了AOD渣中铬淋溶毒性;当固液比由10∶100提高1.5倍、2倍和4倍时,初始pH值为3.0的淋溶液中铬的淋溶浓度没有成比例倍增,初始pH值为2.0时,96 h内AOD渣中铬淋溶浓度分别增加了47.3%、56.7%和75.6%。由此可见,降低酸性淋溶液的初始pH值、延长淋溶时间和增加固液比都使得淋溶液中Cr3+浓度增加,考虑到淋溶液中Cr3+的沉淀反应,采用中性淋溶液毒性测试标准可能会过低评价AOD渣中铬的淋溶毒性。     

降雨对土壤中重金属淋失的影响

通过淋溶柱模拟试验研究不同降雨量、不同pH值酸雨对土壤中重金属淋失的影响。结果表明,土壤中重金属淋失量,随着降雨量的增加而显著增加;在同一降雨量条件下,土壤中重金属Pb、Zn、Cd的淋失量,随着降雨pH值的升高而减小,而土壤中As的淋失量,则随pH的增加而增加。     

三峡库区香溪河流域磷矿废石磷素释放特性研究

以三峡库区香溪河流域内所堆存的磷矿开采废石为研究对象,分别利用去离子水和人工配制的酸雨(pH=4.5)作为淋溶液,采用动态柱淋溶的试验方法,对比分析了磷矿废石在中性和酸性淋溶条件下的磷素释放特性.结果表明,在中性淋溶条件下,磷矿废石淋出液将长期处于弱碱性状态(pH=7.0~9.0),而在酸性淋溶条件下,淋出液pH值将在液固比(L/S)达到0.5mL/g后由弱碱性(pH=8.0~9.0)转变为弱酸性(pH=6.0~7.0);磷矿废石淋出液中的总磷(TP)浓度主要受淋溶环境pH值的影响,呈现出随液相pH减小而增大的趋势,而淋溶时间的增加不会对淋出液中的TP浓度形成稀释效应;当淋溶环境的pH值相对稳定时,磷矿废石将以稳定的溶解速率向液相中释放磷素;而当淋溶环境的pH值由弱碱性向酸性转变时将形成磷素加速释放期;无论是在自然淋溶条件还是在酸性淋溶条件下,磷矿废石淋出液中的TP浓度均超出超过GB 8978-1996中所规定的III类水域TP的排放限值(0.5mg/L),应将其视为II类工业固体废弃物进行相应的处置,以降低其对香溪河库湾的磷污染风险.     

冻融作用对酸化土壤中NH_4~+吸附特性的影响研究

以吉林农业大学长期定位试验田土壤为研究对象,采用室内模拟冻融环境和振荡平衡的方法,探讨冻融作用对NH+4在酸化土壤中吸附特性的影响。结果表明,随着冻融周期的增加,酸化土壤对NH+4的吸附量逐渐减小;冻结时间对酸化土壤吸附NH+4的影响不明显;随着冻前含水量的增加,酸化土壤对NH+4的吸附量逐渐减小,对NH+4的吸附量由大到小排列为:15%25%35%。酸化土壤对NH+4的吸附过程能很好地利用Langmuir方程拟合,冻融作用促进酸化土壤中NH+4的释放,增加了NH+4流失风险。     

新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用

淋洗作用是土壤氮肥损失途径之一,也是环境水体氮素污染的重要途径。研发降低土壤氮素淋失的技术途径不仅有助于提高氮肥利用率和降低化肥的施用量,而且有助于防治水体污染和改善生态环境。本文通过淋滤实验研究了生物炭对我国两种重要土壤类型黒钙土和紫色土氮素淋失的影响。由玉米秸秆制成的生物炭按10 t/ha,50 t/ha,100 t/ha的比例施用于土壤,同时模拟田间尿素施用量240 kg.N/ha并用相当于每天10 mm的降水量用去离子水淋洗土壤。对淋滤液氮素组成和含量分析结果显示,在不施用生物炭的条件下,黒钙土和紫色土总氮的淋失量分别占土壤(土壤+尿素)总氮含量的7.5%和9.0%,氮素的淋失主要发生在前130 mm降水过程中,其淋失量占全部淋失量的96%。在淋失的成分中,除硝态氮外,有机氮也是重要的组成物质,二者均占淋失总氮量的48%。生物炭的施用可以大幅度地降低氮素的淋失作用。50 t/ha和100t/ha的生物炭施用量降低黑钙土氮素淋失分别为29%和74%,减少紫色土氮素淋失分别达41%和78%。但10 t/ha的生物炭施用量却增加黒钙土和紫色土氮素淋失量分别达到22%和2%。这表明较低的生物炭施用量会促进氮素的淋失。生物炭对有机氮淋失的抑制作用大于硝态氮。100 t/ha的生物炭施用量对有机氮和硝态氮淋失的降低率分别为88%和62%左右,因土壤类型不同而有所差异。上述研究结果为寻求防治土壤氮素淋失的技术方法提供了理论依据。     

生物炭对菜地土壤氮平衡及酸碱缓冲能力的影响

针对太湖地区菜地化肥氮投入量较大导致氮淋失严重及土壤酸化的现状,选取太湖地区的菜地土壤,利用盆栽试验连续种植三季小白菜,结合生物炭埋袋回收技术,研究不同化肥氮施用量(以N计,0和110 mg/kg)及生物炭添加量(w为0%、1%、2%和5%)对土壤氮淋失及酸碱缓冲能力的影响. 结果表明:在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,与无生物炭添加相比,生物炭添加量为2%时可使作物对土壤矿质态氮的利用效率提高约1倍(由41%增至81%),因化肥氮施用引起的土壤氮素残留量降低83%;生物炭添加可有效减少48%~65%的土壤氮淋失量,当添加量为1%、2%时,生物炭主要通过削减淋失液中ρ(TN)来降低土壤氮淋失量;添加量为5%时,则主要通过削减淋失液体积来实现. 无论是否添加化肥氮,生物炭均能有效维持土壤原有的pH、w(有机质)及w(盐基离子);促使土壤酸碱缓冲能容量增加22%~37%,致酸速率降低17%~80%,显著提升了土壤的酸碱缓冲能力. 研究显示,在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,生物炭添加量为2%时能对土壤酸化产生较好的缓冲效果.      

冻融对污染场地土壤重金属稳定化性能的影响

为了分析冻融对污染场地土壤重金属稳定化性能的影响,采用赤泥和硫化钠作为添加剂,对土壤中的Pb、Zn和Cd进行稳定化处理,并通过模拟冻融过程,分析冻融循环后重金属的浸出毒性、生物可给性、土壤pH和土壤结构的变化,探讨冻融循环对稳定化处理土壤中重金属长期稳定性能的影响. 结果表明:稳定化处理后土壤中Pb、Zn和Cd的浸出毒性比原始供试土壤分别降低了98.5%、99.8%和99.7%. 养护30 d后,稳定化处理土壤中Zn和Cd的生物可给性分别由28.8%、49.5%降至11.5%、21.8%,Pb的生物可给性由52.9%升至57.9%. 经过30 d冻融循环后,冻融土壤中Pb、Zn和Cd的浸出毒性比原始供试土壤中相应重金属质量分数分别增加了4.27、2.47、89.65 mg/L. 经过冻融循环后,土壤中重金属的生物可给性比未冻融土壤略有升高. 随着养护时间和冻融时间的延长,土壤pH呈升高趋势. 不同阶段土壤扫描电镜结果显示,冻融循环致使土壤空隙变大、结构松散,说明冻融循环对稳定化土壤结构有一定损伤. 分析结果表明,冻融过程增加了Pb、Zn和Cd释放的环境风险.      

牛骨粉对Cd污染土壤修复效应和土壤肥力的影响

通过一年静态培养试验,研究了牛骨粉对碱性和酸性Cd污染土壤钝化修复效应及土壤基本理化性质、肥力和酶活性的影响.结果表明,与对照相比,投加牛骨粉后碱性土壤有机质和含水率分别降低了5.4%～14.3%和0.29%～3.04%,而土壤阳离子交换量(CEC)增加了10.8%～18.9%;在酸性土壤中,添加牛骨粉后土壤pH、有机质和CEC分别较对照增加了0.70～1.42、0.4%～6.7%和1.1%～3.4%,含水率则下降了0.75%～2.58%.两种土壤有机碳红外光谱特征峰相似,图谱形状基本一致,但强度存在不同程度的差异.施用牛骨粉后土壤总氮、总磷和全钾含量均有所提高,其中,碱性土壤最大分别增加了39.8%、345.2%和3.4%,酸性土壤最大分别增加了61.0%、612.9%和5.1%.铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量均随牛骨粉施加量的增加而增加.土壤中TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)提取态Cd含量随牛骨粉投加量增加而降低,与对照相比,酸性和碱性土壤分别减少了38.9%～71.9%和8.6%～18.2%.施加牛骨粉整体上促进了土壤过氧化氢酶、过氧化物酶和尿酶活性(仅碱性土壤脲酶活性受到抑制).在碱性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、含水率、有效磷和速效钾呈显著正相关(p0.01),而与阳离子交换量、全氮、全磷、过氧化氢酶表现为显著负相关(p0.01).在酸性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、过氧化氢酶、过氧化物酶呈显著负相关(p0.01),而与含水率呈显著正相关(p0.01).综合评价表明,采用牛骨粉原位钝化修复Cd污染土壤有效可行.     

长期冻融循环下固化铅锌镉复合重金属污染土抗剪强度及浸出特征研究

为了评估长期冻融循环后(最长90d (次))固化复合重金属污染土的的抗剪强度及浸出特征,采用水泥、生石灰和粉煤灰按比例混合的复合固化剂固化/稳定化铅锌镉复合重金属污染土进行三轴压缩试验及毒性特征浸出程序试验.结果表明,固化污染土体的内摩擦角仅在冻融循环3次内有明显增加,增加率高达96.3%;粘聚力在冻融循环30次内总体趋势不断下降,之后无显著变化,最终下降率达到54.23%;Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺浸出浓度与冻融循环次数呈正比;EC值与冻融循环次数在总体上正相关;长期冻融循环作用后浸出液的pH值降低.并通过扫描电子显微镜,进一步探究长期冻融循环下固化污染土抗剪强度及浸出特征的劣化机理,结果显示在冻融循环后期固化土体内生成了大量的延迟钙矾石,这些延迟钙矾石在形成过程中的膨胀作用是引起抗剪强度损失、重金属浸出浓度升高的主要原因.     

模拟酸雨对红壤中硅铝铁释放的影响

通过模拟酸雨对湖南红壤的淋溶实验,分析了淋溶液pH值和硅铝铁离子动力学释放规律和特点.结果表明,在一定淋溶范围时,酸雨酸度是决定红壤矿物溶解及离子释放的主要因素,且硅、铝、铁对酸雨响应存在差异.在pH<5.6的各酸度酸雨淋溶下,硅均有大量释放,铁基本无释放.pH在3.0～5.6时铝的释放量很小,只有在酸雨pH值较低时才会有大量溶出.随酸雨淋溶的进行,酸雨pH在3.0～5.6的硅铝释放能力总体呈下降趋势.pH 2.5的酸雨可使红壤矿物的风化作用加强,硅铝释放量均明显增加,铝的增幅更大,但随淋溶量增加硅铝释放能力的增长速度趋缓.实验结果还表明,红壤受酸雨影响pH值降到一定程度后,淋出液中铝浓度与其pH值及DOC都呈线性负相关,酸沉降可破坏固相有机络合铝并使其溶出,但强酸性酸雨作用下红壤溶解而释放的铝主要来自铝硅酸盐的溶解.     

模拟酸雨作用下红壤镉释放的研究

采用室内模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究了酸雨影响下4种红壤镉的释放特征.结果表明,酸雨加速了红壤中镉的淋溶损失,其对红壤镉释放的影响表现在两个方面,在同一酸度的淋溶液作用下,镉释放量一般随淋溶量的增加而增加;在同样强度的淋溶量下,淋溶液的pH值越低,镉的释放量越大.镉累积释放量与淋溶量的关系可用一元二次方程描述.酸雨增加了水体中镉的负荷,从而加重了镉对环境的危害.     

贵州百花湖消落区土壤磷赋存形态初步研究

应用磷形态标准测试程序(SMT)对百花湖(水库)消落区土壤磷赋存形态进行了分级测定,分析了各形态磷之间与样品理化性质如有机质、pH、总氮和含水率的相关性。结果表明,百花湖消落区1区全磷含量平均为1239.9mg/kg,2区为1097.4mg/kg,3区为1041.5mg/kg;各形态磷中有机磷占全磷的百分比1区为58.7%,2区为55.1%,3区降至54.7%;消落带土壤中的磷以有机磷为主,无机磷为辅。铁铝结合态磷则是无机磷的主要组分,其中1区为77.1%,2区为66.7%,3区为61.4%;全磷、有机磷和铁铝结合态磷含量的总体变化趋势为1区>2区>3区;而钙结合态磷含量却呈现出3区>2区>1区。有机磷与全磷显著性相关,是土壤中磷素增加的主要因素;无机磷与铁铝结合态磷和钙结合态磷显著性相关,二者的增加和减少对无机磷的含量具有显著影响;全磷与有机质、酸碱性显著相关;有机磷与有机质,钙结合态磷与酸碱性之间均呈现出显著性相关,表明土壤的有机质和酸碱性影响磷的含量和分布。     

不同钝化剂对Cd污染农田土壤生态安全的影响

为研究Cd污染土壤的钝化修复技术,同时探讨不同钝化剂对土壤生态安全性的影响,选取钙镁磷肥、石灰、牛粪和赤泥4种常用的钝化材料,开展Cd污染农田土壤的钝化修复试验.通过浸出试验评估其钝化修复效果,并从农田土壤功能角度出发,探讨不同钝化材料对土壤w（有机质）、w（碱解氮）、w（有效磷）、w（速效钾）和土壤脲酶等指标的影响.结果表明,采用钝化剂处理污染土壤后,Cd的浸出浓度明显下降,钙镁磷肥、石灰、牛粪和赤泥对Cd的钝化率达85.0%以上,钙镁磷肥和石灰在为期1 a的养护时间中持续保持较好的钝化效果.不同钝化处理后,土壤pH均有所增加,增幅在2.36~7.51之间,其中石灰的影响最大.与钝化处理前相比,添加牛粪后土壤w（有机质）增加了71.0%,添加其他钝化剂后w（有机质）无明显变化,另外,添加牛粪后,w（碱解氮）、w（有效磷）、w（速效钾）等肥力指标和土壤脲酶活性均显著增加.因此,有机材料能显著提升土壤养分指标等级,而无机材料对土壤养分等级影响不大.研究显示,钙镁磷肥、牛粪和赤泥既能达到较好的修复效果,也在一定程度上维持和提升了土壤的种植功能,满足了农田土壤生态安全的要求,在农田土壤修复领域具有较好的应用前景.      

Impacts of soil organic matter, pH and exogenous copper on sorption behavior of norfloxacin in three soils

Norfloxacin (Nor) sorption and the factors (soil organic matter (SOM), pH, and exogenous copper (Cu) influencing the sorption were investigated in a black soil (soil B), a fluvo-aquic soil (soil F), and a red soil (soil R). With increasing of Nor concentrations, sorption amount of norfloxacin increased in both the bulk soils and their SOM-removed soils, but the sorption capacity in SOM-removed soils was higher than that of their corresponding bulk soils, indicating that the process of norfloxacin sorption in soil was influenced by the soil properties including SOM. The sorption data in all bulk soils and SOM-removed soils were fitted to Freundlich and Langmuir models. The correlation coefficients suggested that the experimental data fitted better to Freundlich equation than to Langmuir equation. Furthermore, the data from soil F and SOM-removed F could not be described by Langmuir equation. The norfloxacin sorption amount decreased in soil B and soil F, whereas it increased in soil R as solution pH increased. The maximum KD and KOC were achieved in soil R when the equilibrium solution pH was 6. And the norfloxacin sorption was also influenced by the exogenous Cu2+ ions, which depended on the soil types and Cu2+ concentrations. With increasing of Cu2+ concentrations in solution, generally, sorption amount, KD and KOC for norfloxacin in soils increased and were up to a peak at 100 mg/L Cu2+, and then the sorption amount decreased regardless of norfloxacin levels.     

巯基改性生物炭对镉污染土壤的稳定化效果

为寻求针对东北地区镉(Cd)污染土壤的高效稳定化材料,以玉米秸秆生物炭为原始材料,以三巯丙基三甲氧基硅烷(MPS)作为改性剂制备稳定化材料巯基生物炭,分析施加不同用量(1%、3%和5%)的巯基生物炭、生物炭、石灰对土壤理化性质(pH值、CEC值、SOC值)、Cd浸出含量及Cd化学形态的影响。结果表明:各用量巯基生物炭均可使土壤pH值下降、CEC值上升、SOC值上升,TCLP法Cd浸出含量分别为76.99,72.52,67.53 mg/kg,相同用量条件下效果均优于石灰。其中,本实验最大添加量5%巯基生物炭Cd稳定化效果最为显著,较施加5%石灰的处理Cd浸出含量低11.1%。BCR连续提取法分析结果表明,5%巯基生物炭施加量使弱酸可溶态Cd、可还原态Cd分别降低了35.8%、17.63%,较5%石灰处理分别高8.18%和5.7%,效果显著。研究表明巯基生物炭较石灰针对东北地区Cd污染土壤具有更好的稳定化效果。