生物炭对土壤新烟碱类农药环境行为的影响

当前大量施用的新烟碱类农药已对土壤环境造成了潜在危害,添加生物炭是一种阻控该类农药在土壤中流动,并降低其生态风险的有效方法,因此厘清生物炭对土壤中新烟碱类农药环境行为的影响具有重要的现实意义.该文梳理并总结了新烟碱类农药在生物炭土壤中的主要环境行为,重点阐释了不同制备材料和热解温度、不同添加量的生物炭及其他主控因子对土壤新烟碱类农药吸附、解吸及降解行为影响;进而分析现阶段研究中的不足,对未来的研究方向进行展望,可为土壤中生物炭调控技术的发展提供参考.     

两种生物炭对稻米中砷累积的影响研究

为探究土壤添加低剂量生物炭对稻米中砷累积的影响及作用机理,使用矿区砷污染土壤添加小麦和棉花秸秆生物炭进行盆栽和模拟试验.盆栽试验结果表明:添加质量分数为0.5％的低剂量小麦和棉花秸秆生物炭,可以降低稻米(糙米)砷浓度(约10％),作用有限.糙米中砷浓度的降低主要是由于其生物量增加所致.模拟试验结果表明:添加质量分数为1％?—?5％的高剂量生物炭可以显著促进土壤中砷释放,相比对照组,生物炭添加组土壤溶液中砷浓度增加了69％?—?243％,推测其可能是生物炭促进了微生物作用下铁氧化物的还原,进而导致砷释放.研究表明:土壤中施加低剂量小麦和棉花秸秆生物炭对减少水稻砷累积作用可能有限,而高剂量可能增加水稻砷污染健康风险.     

秸秆生物质炭DOM光谱特征及其与Cu2+的相互作用

通过荧光猝灭滴定法探究玉米秸秆炭（MSB）、水稻秸秆炭（RSB）和花生秸秆炭（PSB）中DOM的光谱特征及其与Cu²⁺的络合机理.结果表明：三种生物质炭的DOM均具有较高的亲水性和较低的芳香性,其中RSB-DOM的芳香性相对较强、分子量较大,但DOM含量低,PSB-DOM含量最高,芳香结构中含氧官能团较多.MSB和RSB-DOM中均含类富里酸组分C1和类腐殖酸组分C3、C4,RSB-DOM中还有类色氨酸组分C5,PSB-DOM则由两种类富里酸组分C1、C2和较长波长类腐殖酸组分C4组成,3种DOM均以类富里酸组分为主,占比达54.93%~86.29%.Cu²⁺与类腐殖酸组分的稳定常数（logK_M）高于类富里酸组分,且类腐殖酸组分C4的络合能力（f）最强,类腐殖酸组分的logK_M和f值总体上表现为：PSB-DOM> MSB-DOM>RSB-DOM.二维相关光谱分析发现,类富里酸组分对Cu²⁺最敏感,而Cu²⁺优先与类腐殖酸组分结合.研究结果有助于进一步揭示生物质炭的DOM对Cu²⁺环境行为的影响机制.     

改性水稻生物炭对水体中Sb(Ⅲ)的吸附

采用铁、锰对水稻秸秆生物质碳（BC）进行改性,将制备所得的锰改性生物碳（Mn-BC）和铁锰改性生物碳（Fe-Mn-BC）作为吸附剂,用于对水中Sb （Ⅲ）的吸附实验.通过全自动比表面积及孔隙度分析仪（BET）、扫描电子显微镜（SEM）对吸附剂的表面性质进行研究,在吸附最佳pH值和投加量条件下开展等温吸附、动力学吸附及体系共存阴离子影响实验,探究改性生物炭的再生吸附能力,最后利用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）探究Mn-BC和Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附机理.结果表明：改性生物炭具有更大的比表面积及总孔容积.BC在pH值为2,Mn-BC和Fe-Mn-BC在pH值为4,投加量为2.5g/L,25℃条件下,BC、Mn-BC和Fe-Mn-BC的最大吸附量分别为5.08,11.45,29.45mg/g.BC对Sb （Ⅲ）的吸附主要为物理吸附,Mn-BC和Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附为化学兼具物理吸附.Mn-BC吸附Sb （Ⅲ）受F^-、HCO₃^-和H₂PO₄^-的影响较大,Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附基本不受离子类型和离子强度的干扰.Fe-Mn-BC较Mn-BC具有更突出的吸附再生能力和重复利用性.Mn-BC和Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附过程,先是氧化反应将大部分的Sb （Ⅲ）氧化为Sb （Ⅴ）,再通过酸性条件下明显的静电作用,Sb （Ⅴ）与负载于Mn-BC上的Mn和Fe-Mn-BC上的Fe/Mn分别形成较为稳定的内层络合物Mn-O-Sb和Fe-O-Sb-Mn.此外,改性生物炭的官能基团-OH、C=O、N-H在吸附作用中也发挥着重要作用.     

生物质炭施用对再生水灌溉空心菜根际微生物群落结构及多样性的影响

再生水利用是缓解农业灌溉水资源短缺的重要途径之一.生物质炭作为生物质废弃物一种有效的处置方式,已被广泛用于农业环境的改良与修复等方面,但关于施加生物质炭对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构及病原菌丰度变化的影响研究较少.基于盆栽试验,采用高通量测序技术和定量PCR方法考察生物质炭种类对再生水灌溉根际土壤微生物群落结构多样性与病原菌丰度特征的影响及差异性.结果表明,不同种类生物质炭对改善土壤养分状况存在差异,稻壳生物质炭和水稻秸秆生物质炭导致再生水灌溉根际土壤pH显著增加,4种生物质炭均显著增加根际土壤的EC值（P<0.05）.水稻秸秆生物质炭处理下根际土壤细菌群落的Sobs指数、Shannon指数和Chao1指数显著增加,而添加花生壳生物质炭、稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭使Simpson指数均显著降低（P<0.05）.不同处理根际土壤细菌群落相对丰度存在差异,门水平的优势类群主要为Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes和Acidobacteria,优势菌属包括Pseudomonas、Rheinheimera、Arthrobacter、Sphingomonas和Aeromonas（相对丰度>5%）.RDA和相关性Heatmap分析表明,不同处理根际土壤细菌群落多样性和组成与土壤EC值、有机质、总氮和镉含量显著相关（P<0.05）.生物质炭种类对病原菌Aeromonas hydrophila和Bacillus cereus丰度均无显著影响,水稻秸秆生物质炭和花生壳生物质炭能够显著降低γ-Proteobacteria的相对丰度,而稻壳生物质炭和小麦秸秆生物质炭显著降低AOA的相对丰度（P<0.05）.综上所述,再生水灌溉对土壤质量未产生明显的负面效应,添加生物质炭能够显著改善土壤理化性质,生物质炭的种类对根际土壤细菌群落结构和功能菌群丰度会产生一定的影响,并且这种影响与土壤性质密切相关.     

“无废城市”试点建设协同推进策略研究

国家在城市层面开展“无废城市”试点建设以来,部分省份和有关区域也在积极探索省域和跨区域层面“无废城市”建设。为了提高固体废物治理水平,最终实现“无废社会”,迫切需要在国家战略高度系统研究点线面协同推进策略,推动“无废城市”试点建设从不同维度有序开展。为此,本文梳理了首批“无废城市”试点建设成效及存在的突出问题,特别对城市层面“无废城市”试点建设短板进行了分析。对标“无废社会”终极目标,提出应从城市、省域、区域三个层面协同推进“无废城市”试点建设,并提出了协同推进的总体思路、战略目标和策略,最后提出了将“无废城市”试点建设目标纳入《“十四五”生态环境保护规划》、修订《循环经济促进法》及配套法律法规、加强国际交流合作,推动循环经济,构建人类命运共同体等具体政策建议。     

富炭硅肥对水稻土铁还原菌群落特征的影响

为了探究富炭硅肥施加处理对稻田土壤铁还原菌相对丰度、多样性及群落结构的影响,以福州平原稻田为研究对象,分别设置对照组及3种不同剂量（300,600和900kg/hm²）富炭硅肥施加处理组.研究结果表明：施加富炭硅肥有助于土壤铁还原菌的生长和繁殖,其中600kg/hm²施加处理对铁还原菌的生长影响最为显著（P<0.05）.由Shannon指数可知,3种施加处理均使晚稻拔节期土壤铁还原菌多样性有所下降,以300kg/hm²施加处理组多样性指数降低最为明显,较对照组降低了29.4%.在早、晚稻拔节期土壤中共鉴定出5个菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）的占比之和平均高达95%以上,是稻田土壤中的优势菌门.施加富炭硅肥后,早稻拔节期土壤中拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度显著提高（P<0.05）,而厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）的相对丰度则有所降低.此外,环境因子与稻田土壤铁还原菌的相对丰度具有相关性,Desulfovibrio的相对丰度与土壤pH值呈显著正相关（P<0.05）,Anaeromyxobacter的相对丰度与土壤温度（ST）呈显著正相关（P<0.05）.     

降维和聚类筛选可燃固废基元及其热重表征

可燃固废无害化处理需求日益增长,采用焚烧方法可有效实现其资源化、减量化和无害化。可燃固废的热化学特性对燃烧过程的组织具有重要意义,但由于可燃固废来源和种类的多样性,可燃固废特别是混合可燃固废的热化学性质表征是一个亟待解决的难题。以某几种典型的可燃固废作为基元,可以简化、高效、系统地表征其他可燃固废的热化学特性。采用主成分分析方法进行降维,再通过层次聚类方法将可燃固废归类,基于完备性、独立性和确定性3种基元性质和中心原则、简单原则2种筛选机制的约束下,量化比选出乳胶手套、硬塑料袋、PE、PET、淀粉、木质素、纤维素和半纤维素8种物质作为基元,并对基元的热重特性进行表征,依据热重特性分析并建立了可燃固废热转化基元表征的方法。并通过对一种工业可燃固废(包装布)进行拟合(灰色关联度高达0.989),验证了降维和聚类筛选基元方法的实用性和准确性,为可燃固废的热转化特性和处置方法提供参考。     

硫改性牛粪生物炭对Hg2+的高效吸附及其机理

以牛粪为原料在400,500,600 ℃条件下限氧热解制备牛粪生物炭(BC),然后以不同质量比将升华硫和BC混合共热解制备硫改性牛粪生物炭(BCS)。使用元素分析仪、SEM、FTIR、XPS和BET对制得的BC和BCS进行了表征,并研究了各BC和BCS对Hg2+的吸附特性。结果表明:热解过程使BC和BCS变得粗糙多孔,Hg2+被吸附到生物炭表面和孔道内;BC和BCS的吸附过程符合准二级动力学模型,BCS对Hg2+的吸附平衡时间仅为30 min,且吸附过程不受pH影响;Langmuir模型可较好地描述BC吸附过程,吸附量随热解温度的升高而降低,BCS吸附过程符合Freundlich模型,吸附能力较BC显著提升,最大拟合吸附量达到407.81 mg/g;BCS的吸附稳定性较高,在各解吸剂中的解吸率均低于5%;BC主要吸附机理为官能团络合,BCS主要吸附机理为HgS沉淀。因此BCS是一种高效稳定的Hg2+吸附材料。     

生物炭负载铁锰双氧化物固化稳定化土壤中砷

砷(As)在土壤中的赋存形态复杂, 常规固化稳定化材料处理不同形态As时存在局限。针对该问题,通过整合生物炭(bio-char, BC)表面吸附-静电引力-络合螯合与铁锰双氧化物(ferric manganese binary oxides, FMBO)共沉淀-氧化还原作用, 制得负载了FMBO的BC新功能材料BC_FM, 并与硅酸盐水泥复配固化稳定化As, 利用响应面法探讨影响因素对处理效果的影响。结果表明:在BC_FM与硅酸盐水泥配比为9.88%和8.80%、养护20.53 d条件下, As浸出浓度最低为0.055 mg/L, 可交换态含量占比从4%降至0.5%, 残渣态含量占比从77%升至87%, 无侧限抗压强度>50 kPa。推测BC_FM固化稳定化机制为Fe-O(H)-As共沉淀、Mn-O(H)-As氧化和BC功能的联合作用。该研究结果可为长效固化稳定化As提供新的技术方案。