纳米生物炭的制备方法比较及其特性研究

本研究以常见农林废弃物—果木枝条、玉米秸秆和花生秸秆为原料,在350~550℃条件下热解制得五种本体生物炭;采用离心法、球磨法、球磨+离心法3种方法提取纳米生物炭,进而对本体生物炭和纳米生物炭的比表面积、元素含量、矿物组成和表面化学性质等进行比较,以探究物料来源、热解温度和制备方法对纳米生物炭性质及稳定性的影响.与本体生物炭相比,球磨法制得的纳米生物炭比表面积增大1.36~6.94倍,但产物未达到纳米颗粒级别,且在水体中稳定性较弱;球磨+离心法制得的纳米生物炭直径为70.06~103.43nm,在水体中稳定性强;离心法制备的纳米生物炭各项指标均不如其他两种方法.纳米生物炭的产率为2.27%~34.80%,且产率随温度的升高而降低.与本体生物炭相比,纳米生物炭含有更多的羟基等含氧官能团和更少的脂肪碳链.与果木枝条制备的纳米生物炭相比,玉米秸秆和花生秸秆来源的纳米生物炭产率高,但水稳性较差,易发生凝聚.果木枝条来源的纳米生物炭碳酸盐等碱性矿物含量丰富,且由于颗粒表面含氧官能团数量多而zeta电位绝对值高,悬液可以稳定分散.不同方法制备得到的纳米生物炭优缺点各异：球磨法制得的纳米生物炭比表面积更大;球磨+离心法制备的玉米和花生秸秆纳米生物炭的产率更高;低温热解果木炭提取的纳米生物炭水稳性更强.     

长江上游农业源溪流雨季中N2O间接排放特征

农业源溪流与农田生态系统有着紧密的水文连接,其会随着农业非点源氮(N)污染的加剧而成为重要的N汇和氧化亚氮(N_2O)间接排放源.本研究采用静态暗箱-气相色谱法于2015年6~9月(所研究区域的雨季)原位测定了长江上游紫色土丘陵区农业源溪流的N_2O间接排放通量.结果表明,农业源溪流雨季中N_2O平均排放通量为12. 8μg·(m~2·h)~(-1),接近其所在区域内同季节农田的N_2O直接排放水平,是重要的农业N_2O间接排放源.该农业源溪流中N_2O间接排放系数值(EF5r=0. 01%)远低于IPCC的建议值(0. 25%)和重新计算的全球平均值(0. 20%),然而,全球EF5r的现有数据量仍十分有限、且有较大的空间差异,应加强对此类N_2O间接排放的研究,从而进一步修正EF5r的精度、减少N_2O间接排放估算的误差.本研究的N_2O间接排放通量与水中NO-3-N浓度正相关,反硝化是N_2O的主要产生过程.雨季中较强的降雨(如连续降雨日内降雨 9 mm)可促进溪流中NO-3-N浓度在雨后短期内急剧升高,进而激发水中N_2O间接排放通量的明显增加.     

理化性质对土壤吸附-解吸苄嘧磺隆的影响

为探讨土壤理化性质对其吸附-解吸BSM(苄嘧磺隆)的影响,采用批量平衡法研究了采自我国东南沿海和中部14个省区的21个土壤样品对BSM的吸附-解吸行为,以及BSM吸附-解吸行为与土壤pH、w(有机质)、w(TN)、w(黏粒)、CEC(阳离子交换量)等理化性质的关系. 结果表明:BSM在土壤中的等温吸附线可用Freundlich方程进行拟合,不同土壤对BSM的吸附强度差异较大,K_f (Freundlich常数)介于0.52~24.05之间. 土壤pH、w(有机质)是影响BSM吸附的主要因素,二者对K_f的解释率为58.1%;土壤对BSM的吸附还受w(TN)、w(黏粒)等的影响. 土壤对BSM的吸附-解吸存在滞后现象,HI(迟滞系数)与土壤pH呈极显著负相关,与w(黏粒)呈显著正相关,其中土壤pH对HI的解释率为33.0%. 吸附平衡溶液pH与K_d (分配系数)呈极显著负相关,对其进行调节可显著改变土壤对BSM的分配能力.      

生物炭和鸡粪对镉低积累油菜吸收镉的影响

采用田间试验,研究在污灌菜地上施用生物炭和鸡粪对镉低积累油菜生长和镉吸收的影响,并通过重金属形态分析探讨其作用机理.结果表明,施用添加剂可提高油菜地上部产量,高剂量生物炭和鸡粪复配处理增产效果最佳,最大增产率为174%.施用添加剂可显著降低油菜地上部镉含量,其中,高剂量生物炭和鸡粪复配处理降低效果最佳,最大降低率为72.0%,使所有供试品种地上部镉含量满足食品安全标准要求.施用添加剂可显著降低土壤TCLP提取态镉含量,最大降低率为36.5%.施用生物炭和鸡粪促进土壤镉由活性高的可交换态向活性低的有机结合态或残渣态转化,从而显著降低镉的生物有效性和可迁移性.以上结果表明,种植镉低积累品种同时施用生物炭和鸡粪可以满足油菜在镉污染土壤上安全生产的需要.     

土壤氨化过程中微生物作用研究进展

土壤氮素矿化产生的无机氮是植物的主要氮素来源,土壤氨化过程是氮素矿化的第一步,微生物在其中发挥着巨大作用.本文从氨化过程的微生物作用机理,可利用碳氮比、蛋白酶和微生物群落结构等影响因素以及微生物研究方法3个方面来讨论微生物对氨化过程的重要贡献.研究发现高分子可溶性有机氮的解聚作用很可能是氨化过程的限速步骤,土壤微生物生物量氮有可能是微生物易利用氮的直接且主要来源,同时土壤可利用碳氮比对氨态氮的产生具有重要影响.最后介绍了分子生物学新方法尤其是高通量测序技术在土壤微生物作用研究中的应用,并就目前未解决问题和今后研究方向提出展望.     

猪粪还田对土壤硝态氮淋失的影响研究——以黄灌区稻旱轮作制为例

宁夏引黄灌区是水污染严重地区之一,大部分排水沟水质属于劣五类,主要污染物是硝态氮与铵态氮.猪粪还田试验共有3个处理:传统施肥+空白(CK)、传统施肥+猪粪还田4500 kg/hm²(T1)和传统施肥+猪粪还田9000 kg/hm²(T2).采用树脂芯法测定了30,60,90cm土层的硝态氮淋失量.结果表明,30cm土层处,猪粪还田没有明显增加土壤硝态氮淋失.与对照(15.96±0.41) kg/hm²相比,T1(16.85±0.40) kg/hm²与T2(17.01±0.46) kg/hm²没有达到显著差异(P>0.05);60cm土层处理与对照也没有达到显著差异;90cm土层处的猪粪处理与对照达到显著差异,处理之间没有差异.猪粪还田有利于土壤有机质和总氮提高,30cm土层,与对照相比,T1和T2的有机质增加0.95g/kg和1.41g/kg,分别提高7.50%和11.13%;总氮增加0.06和0.16g/kg,分别提高7.72%和22.04%.猪粪还田提高了作物产量,水稻增产12.26%~11.56%,冬小麦产量提高9.32%~12.52%.     

典型污灌区土壤中Cd的形态、有效性及其影响因子

采集了北京、山东、天津、河北及辽宁5个典型污灌区土壤,外源添加1.20mg/kg 的Cd,经过30d老化后,研究了不同污灌区土壤中小麦Cd的吸收、转运系数,同时利用离子色谱及WHAM6.0模型对污灌区土壤溶液性质及自由Cd²⁺形态等进行了测定.结果表明,不同污灌区土壤中,小麦根、茎叶对Cd的富集系数（BCF）与植株体内Cd的根-茎叶转运系数（TF）有显著差异;二种不同Cd敏感性小麦茎叶对土壤Cd的富集系数为0.064~0.465,最大相差626.5%,不同污灌区土壤Cd的富集系数大小表现为辽宁棕壤最大,山东棕壤最小;植株根-茎叶Cd转运系数（TF）表现为河北褐土>辽宁棕壤~北京潮土>天津潮土>山东棕壤.不同污灌区土壤中,自由Cd²⁺形态含量与Cd植物有效性呈显著正相关;植株根、茎叶中Cd含量与土壤中自由Cd离子含量的负对数[p（Cd²⁺）]呈显著（P<0.001）的负相关关系,方程分别为：y=-3.3106x+17.681（R²=0.929）;y=-0.3389x+1.7743（R²=0.916）.外源添加1.20mg/kg Cd土壤中,溶液自由Cd²⁺形态的变化值[△p（Cd²⁺）]与pH值、EC含量呈正相关,而与溶液中Cl^-、Na⁺、Ca²⁺含量呈负相关.由此可以推断,由污灌引起的土壤中Cl^-、Na⁺、Ca²⁺等离子含量的增加将导致土壤中Cd环境风险增大.     

广东省大气环境质量的时空分布特征

随着社会经济的迅速发展、城市化进程的不断加快以及能源消费需求的增加,广东省大气污染问题日益成为人们关注的重要环境污染问题之一。为了进一步了解广东省主要大气污染物质量浓度的时空变化情况,以广东省21个地级市为研究对象,选用广东省生态环境厅历年发布的环境状况公报以及《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中的SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)、O_3~(-8) h,以及CO 24h平均第95%位数的质量浓度作为评价因子,基于ArcGIS 10.2软件分析平台,分析了广东省主要大气污染物的年际变化特征、空间分布特征及其变化原因。结果表明,1998—2017年间,广东省降水pH年均值由1998年的4.71提高到2017年的5.14,且大多年份维持在5.0-5.6之间,酸雨发生频率均属轻酸雨。除少数年份外,全省SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)、O_3~(-8)h和CO平均质量浓度均达到国家二级标准。空间分布上,全省大气主要污染物除NO_2上升,O_3~(-8)h波动变化外,SO2、PM10、PM2.5和CO的质量浓度均呈现下降趋势。近年来,珠三角地区的大气环境首要污染物主要为O_3~(-8)h,其次为PM_(2.5)和NO_2,粤东西北地区除O_3~(-8)h和PM2.5污染较重外,PM_(10)的污染也较为严重。总的来看,研究期间,广东大气环境质量逐年得到改善,主要原因在于全省在社会经济快速发展的同时,也加大了大气环境污染防治工作力度,取得了显著成效。     

利用农业副产物制作低成本吸附材料的研究现状与展望

将农业副产物制作成高效的低成本生物吸附剂,用于污染水体的净化处理,具有广阔的应用前景.这一方面为资源化利用农业副产物提供了一条新途径,另一方面为水体净化提供了新的低成本吸附材料.鉴于此,近年来基于农业副产物的低成本生物吸附剂得到大量研究.该研究综述了近年来基于农业副产物的低成本吸附剂运用于废水净化处理的研究现状,着重分析了基于农业副产物的原始生物吸附材料、采用化学修饰处理农业副产物和采用物理技术处理农业副产物3种制作方法,总结了该类研究面临的问题,并对将来的研究方向进行了展望.     

模拟降雨条件下22种典型土壤镉的淋溶特征及影响因子分析

搞清模拟降雨条件下重金属在农田土壤中的淋溶特性,有利于阐释重金属的保蓄性能与迁移转化机制.本研究选取了全国22种典型土壤,通过室内土柱试验,探讨雨水作用下土壤镉的淋溶和释放特征,并对影响土壤镉淋溶特性的因子进行分析.结果表明,22种土壤Cd的释放过程大致分为两类,第1类包括吉林黑土、吉林暗棕壤、吉林黑钙土等7种土壤,此类土壤在整个淋溶过程中淋出液Cd2+浓度极低,未超过地下水水质Ⅲ级标准.第2类包括天津潮土、江西红壤、河北褐土等剩余15种土壤,其Cd释放分为两个阶段,淋溶量未超出4 L时,淋出液中Cd2+浓度较高,对地下水及环境威胁较大;超出4 L后,Cd释放速率明显变缓,浓度降低至Ⅲ级标准以下.逐步回归分析的结果显示,土壤中Cd含量、阳离子交换量(CEC)、游离氧化铁含量及pH对降雨作用下土壤Cd释放有重要作用,四者累计的决定系数达到了0.9609,其中土壤中Cd含量所占权重最高,且对累计释放量作用为正,其次为CEC,作用为负.游离铁和pH合计所占权重较低,作用也为负.