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.     

生物炭对人工湿地植物根系形态特征及净化能力的影响

构建了菖蒲人工湿地,通过向人工湿地中加入小麦秸秆生物炭、芦苇生物炭及木屑生物炭以研究生物炭对人工湿地中植物根系形态、溶解氧及净化能力的影响.结果表明,加入3种生物炭能显著增加人工湿地中菖蒲根的总根长、总投影面积、总体积、总表面积、根尖数、分枝数和根干重以及人工湿地中的溶解氧含量(P0.05);其中加入木屑生物炭后,菖蒲根的根长、投影面积、表面积、总体积、根尖数、分枝数和根干重分别增加了96.1%、106.2%、185.6%、172.5%、75.3%、121.5%和84.9%.加入生物炭后,菖蒲根系形态与人工湿地中溶解氧含量、总氮去除率、总磷去除率和COD去除率间均显著正相关(P0.05).在水力负荷0.022 m3·(m2·d)-1时,加入木屑生物炭显著增加了人工湿地对总氮、总磷和COD的去除率(P0.05).木屑炭有效地促进了人工湿地中植物根系的生长,增加了人工湿地溶解氧含量,提高了人工湿地的净化能力.     

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.     

溶剂热法制备磁性生物质炭吸附对硝基苯酚

将法桐树叶煅烧得到生物质炭(BAC),以溶剂热法将Fe_3O_4原位生成负载于BAC表面制备磁性生物质炭复合材料(BAC/Fe_3O_4)。用SEM、XRD、TEM、IR、VSM等对复合材料进行表征。实验结果表明:BAC/Fe_3O_4对对硝基苯酚的吸附在溶液pH为10.0的条件下有较高的吸附量,吸附行为符合朗格缪尔吸附等温线,最大吸附量为246.3 mg/g,吸附过程符合伪二级反应动力学方程,吸附速率较快。该材料可以有效地去除对硝基苯酚,在去除有机污染物方面有较大潜力。     

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。     

生物炭对城郊农业土壤镉有效性及镉形态的影响

为探索生物炭对镉污染土壤的钝化效果,采用室内培养的方法,研究了低镉(镉含量1.86 mg/kg)及高镉(镉含量6.55mg/kg)土壤条件下生物炭对土壤有效态镉及不同形态镉分布的影响。研究结果表明:至培养末期,添加生物炭显著降低了2种镉条件下土壤有效态镉含量,低镉及高镉条件下降幅分别达到4.31%和6.82%。生物炭添加对短期及较长期内不同形态镉含量均会产生影响。在培养初期,2种镉条件下添加生物炭均使可交换态镉含量显著下降(P0.05),铁锰氧化物结合态镉及残渣态镉含量上升,且后者上升显著(P0.05)。在培养末期,生物炭的添加减少了2种镉条件下可交换态和有机物及硫化物结合态镉含量,提高了碳酸盐结合态及残渣态镉含量,且低镉条件下各形态镉含量的变化均有显著差异。该实验数据表明,生物炭与土壤的有效结合降低了重金属镉的有效态含量,其迁移性和生物有效性得以控制,生物炭对土壤重金属镉具有显著的钝化作用,在土壤重金属镉污染治理方面有着巨大潜力。     

铁矿石和生物炭添加对潜流人工湿地污水处理效果和温室气体排放及微生物群落的影响

人工湿地中基质的种类和填充方式会影响人工湿地中微生物的多样性及丰度,进而影响污水处理效果.通过在温室内构建空白-人工湿地(CW0)、铁矿石-人工湿地(CW1)、生物炭-人工湿地(CW2)和铁矿石+生物炭-人工湿地(CW3)这4组湿地,研究不同填料人工湿地系统的污水处理效果和温室气体排放及微生物群落结构的差异.结果表明,...     

蚯蚓/铈锰改性生物炭对As污染红壤中细菌多样性和群落结构的影响

在明确铈锰改性生物炭(MBC)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)联合修复可有效固定红壤As的前提下,采用高通量测序技术,探讨MBC与赤子爱胜蚓联合作用对As污染红壤中细菌多样性和群落结构的影响.结果表明,蚯蚓与生物炭/MBC单一和联合处理中,细菌多样性指数均以单一蚯蚓处理下最高,而单一生物炭、MBC的施用均...     

响应面法优化制备污泥生物炭负载纳米零价铁

为了确定污泥生物炭(SBC)负载纳米零价铁(nZVI@SBC)的最优制备条件,文章以市政污泥、七水合硫酸亚铁为原料,采用限氧高温热解、酸洗改性和液相还原法制备nZVI@SBC材料。以水中Cd(Ⅱ)的去除率为吸附指标,利用Plackett-Burman实验设计筛选显著因素,并采用Box-Behnken响应面法对制备条件进行优化,进一步通过扫描电镜、X射线能谱和傅里叶变换红外光谱等手段对nZVI@SBC进行表征分析。结果表明,二次多项式模型拟合显著(P<0.01),失拟项不显著(P>0.05),模型决定系数(R²)为0.981 3,模型拟合良好。在SBC热解温度为691℃,铁土质量比(M_Fe/M_SBC)为1.90,酸洗HCl浓度为3.75 mol/L,混合搅拌时间150 min,无水乙醇添加量50 mL的最优条件下,nZVI@SBC对200 mg/L Cd(Ⅱ)的实际去除率为74.77%,与模型理论预测值74.95%接近,证明采用响应面法优化n ZVI@SBC制备条件可靠。     

农村河道微生态系统构建及原位修复底泥

我国农村河道底泥氮磷元素蓄积严重,物化修复技术存在污染物去除不彻底、易破坏水生生态系统等问题。采用生物生态修复技术不仅能抑制底泥污染释放,还能恢复水生生态系统,强化水体自净功能。构建了由"玉米秸秆生物炭固定化脱氮菌-苦草/伊乐藻-中华田园螺"组合的泥水界面复合微生态系统,并探究了该系统对底泥和上覆水中污染物的去除效果及对底泥微生物群落结构的影响。结果表明:复合微生态系统能有效降低底泥中的氮磷污染,运行62 d后底泥OM、TN和TP去除率分别为85.41%、77.40%和54.98%,可将OM、TN、TP严重污染水平的底泥分别修复至轻度污染、中度污染和清洁水平;同时微生态系统对上覆水氮素具有较好的去除效果,上覆水NH₄+-N、TN浓度均达到GB 3838—2018《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准。微生态系统的构建提高了河道底泥系统中的生物多样性,底泥污染的Chloroflexi （绿弯菌门）相对丰度降低,具有降解污染物能力的Proteobacteria （变形菌门）相对丰度提高。