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...     

Ca改性生物炭对土壤磷赋存形态影响及稳定化机制

针对湖库周边农田淹没后土壤磷释放风险控制的问题,采用共热解法制备Ca改性生物炭（Ca-BC）,通过X射线光电子能谱分析（XPS）、X射线多晶粉末衍射分析（XRD）、吸附实验和模拟培养实验等,进行Ca-BC 对土壤磷赋存形态影响和稳定化机制研究.结果表明,Ca-BC 吸附磷的过程符合Langmuir（R² = 0.940）和一级吸附动力学模型（R² = 0.961）,表明该吸附过程为化学作用主导的单层吸附,最大吸附量达到267.93 mg·g^-1.模拟培养实验表明,当Ca-BC添加量为1%时,土壤中较活跃性的交换态磷形态从7.42%下降至4.59%. XRD结果表明,Ca-BC吸附磷后出现Ca₃（PO₄）₂和Ca₅（PO₄）₃（OH）吸收峰,证明磷酸盐在生物炭表面形成较稳定的晶体沉淀.XPS分析表明,生物炭表面羰基官能团参与磷固定过程,提高了生物炭对磷的吸附能力.总体来讲,Ca-BC 添加量大于1%时,对磷的释放有较好的固定能力,具备对土壤磷释放控制的潜在应用价值.     

刺梨果渣生物炭对白菜产量及品质和土壤性质的影响

为探明刺梨果渣生物炭对白菜产量及品质和土壤性质的影响,实现刺梨果渣的资源化利用,通过盆栽试验设置5个生物炭施用量:0 %（CK）、1 %（T1）、3 %（T2）、5 %（T3）和7 %（T4）,研究刺梨果渣生物炭施用对白菜产量及品质和土壤性质的影响.结果表明,①施用刺梨果渣生物炭能够显著提高白菜产量及品质,在5 %生物炭施用量时效果最佳,白菜产量、可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、全氮、全磷和全钾含量较CK分别提升了71.51 %、40.14 %、33.65 %、38.08 %、9.03 %、28.85 %和35.38 %;②施用刺梨果渣生物炭能够显著改善土壤性质提高土壤养分含量及有效性,在5 %生物炭施用量时效果较好,土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量较CK分别增加了41.06 %、134.84 %、157.48 %、140.79 %、341.75 %和627.13 %,有效Fe、Mn、Cu、Zn含量和交换性Ca、Mg含量较CK分别提高37.68 %、61.69 %、400.00 %、4 648.84 %、617.17 %和351.42 %;③施用刺梨果渣生物炭能够显著增强土壤酶活性,土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶分别较CK处理提高的范围为51.43 %~362.86 %、90.63 %~134.14 %、21.40 %~85.12 %和82.92 %~218.43 %;④冗余分析表明施用刺梨果渣生物炭后,土壤有效钾、交换性钙、有机质、有效磷和有效锌等是白菜产量及品质变化的主要影响因子,与其呈显著正相关关系.综上所述,施用刺梨果渣生物炭可以显著提高白菜产量及品质,改善土壤性质,将刺梨果渣制备成生物炭可以为刺梨果渣资源化合理利用提供理论参考.     

生物炭和秸秆还田对咸水滴灌棉田土壤微生物群落特征及功能差异的影响

干旱区淡水资源不足,农业用水主要依赖于含盐的浅层地下水,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,土壤环境恶化,不利于作物生长.因此,在长期淡水（0.35 dS·m^-1,FW）和咸水（8.04 dS·m^-1,SW）灌溉的基础上,采用等碳量设计向土壤中添加生物炭（3.7 t·hm^-2,BC）和秸秆（6 t·hm^-2,ST）,旨在明晰生物炭和秸秆还田对盐渍化土壤理化性质及微生物群落结构的影响.结果表明,咸水灌溉显著增加土壤含水量、电导率、速效磷和全碳的含量,但显著降低了pH值和速效钾的含量.生物炭和秸秆还田均显著增加土壤含水量、速效磷、速效钾和全碳的含量,但显著降低了咸水灌溉条件下的电导率值.各处理土壤优势菌门为变形菌门、放线菌门 、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著增加芽单胞菌门和变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门和放线菌门的相对丰度.在淡水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门 、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.在咸水灌溉条件下,生物炭还田显著降低绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度;秸秆还田显著增加变形菌门的相对丰度,但显著降低酸杆菌门、放线菌门 、绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度.LEfSe分析表明,咸水灌溉降低了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;咸水灌溉条件下,生物炭还田增加了土壤微生物的潜在标志物和功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在功能数量;秸秆还田增加土壤微生物的潜在标志物和功能数量.RDA结果显示,土壤微生物群落和功能结构与EC_1:5 、SWC和pH值显著相关.咸水灌溉会恶化土壤环境,不利于农业生产,其中EC_1:5 、SWC和pH值是驱动土壤微生物群落和功能结构变化的重要因子,采用生物炭和秸秆还田可减缓盐分对土壤和作物的危害,为提高农业生产力奠定基础.     

腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响机制研究

以污泥生物炭作吸附剂处理水中Cr(Ⅵ),研究了共存腐殖酸对生物炭吸附性能影响.结果表明,腐殖酸能显著促进生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附,大幅提高吸附量以及缩短吸附平衡时间,生物炭吸附过程符合准二级动力学模型.在溶液初始pH4.0,生物炭浓度20 g·L-1,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800 mg·L-1范围下,Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等温吸附行为.加入腐殖酸(20 mg·L-1)后拟合得到的理论饱和吸附量达10.10 mg·g-1,较未加入腐殖酸的吸附量5.56 mg·g-1提高近1倍.在pH 2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小.腐殖酸浓度上升,生物炭吸附能力进一步提高.红外光谱显示,生物炭表面的羟基、羧基、酯基、芳香环上C—H和环状结构上的CC等化学活性官能团与Cr(Ⅵ)的吸附有关.结合XPS分析结果,推断腐殖酸共存促进生物炭吸附的机制是:腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集浓度,有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的直接吸附和还原,而腐殖酸本身具有的吸附能力增加了对溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的去除.     

富铁炭对填埋覆土层甲烷氧化主导微生物活动的影响

为了进一步明晰甲烷氧化菌群与环境间的相关关系,通过比较其甲烷氧化量和胞外聚合物(EPS)2种重要的微生物生命活动来探讨不同基质浓度与不同炭组间交互产生的环境差异对微生物群落的影响.结果表明,不同基质浓度对微生物多样性和种群差异影响最大.在甲烷与氧气(15％,V/V)均充足的情况下甲烷氧化累积量主要由Ⅰ型甲烷氧化菌贡献;...     

磁性铁基改性生物炭去除水中氨氮

氨氮的过度排放是水体富营养化的一个重要原因.然而,随着环境法规的日益严格,传统方法处理效果难以达到要求.吸附法因高效、安全等优点近年来开始应用于去除水中的氨氮.本研究中以共沉淀法将磁性铁基材料负载到市政污泥生物炭上,结果表明其对水中氨氮有良好的去除效果.80℃下合成的材料（MB₈₀）在293 K下对氨氮的饱和吸附量可达17.52 mg·g^-1.动力学与热力学结果表明,MB₈₀吸附氨氮的过程更符合伪二级动力学和Langmuir等温线.MB₈₀对氨氮的吸附机制可归纳为静电吸引、孔隙填充、离子交换和氢键结合.且5次循环后对氨氮的吸附量仍十分理想,可达3.18 mg·g^-1.本研究的结果可以为高效去除水中氨氮提供一种行之有效的方法,并为市政污泥的处理提供新的出路.     

市政污泥热解过程中重金属迁移特性及环境效应评估

以昆明某市政污泥为原料,研究生物炭制备过程中重金属Fe、Zn、Mn和Ni的迁移特性,并基于其潜在环境风险确定污泥基生物炭制备的最佳热解温度.本实验选择总量较高的4种重金属Fe、Zn、Mn和Ni,采用BCR提取法测定不同热解温度下4种重金属的形态和含量变化,得到各金属的形态分布变化规律和迁移路径,利用潜在生态风险指数（PERI）和风险评估代码（RAC）对污泥基生物炭进行环境风险评估.结果表明,4种金属的易挥发程度排序为Zn > Mn > Fe > Ni,4种金属形态分布情况和变化规律各不相同,但迁移路径具有共通性.在低温热解阶段,不稳定形态向稳定形态转化;随着温度的升高,可氧化态和残渣态逐步分解破碎,部分逸散到大气中,部分形成可还原态.在环境风险评估方面,高温条件（>500℃）下制备的生物炭环境风险较低,500℃制备的生物炭经济性最好.     

浓度效应对卡马西平在生物炭上的吸附动力学影响

为了解人工合成药物在生物炭上的吸附动力学特征及其浓度效应的影响,选择卡马西平(CBZ)为目标污染物。探讨不同初始质量浓度(2、4、25、50 mg·L~(-1))在不同裂解温度(200、300、500℃)下制备的生物炭上的吸附动力学特征。结果表明,双室一级动力学模型可以精确地描述CBZ在生物炭上的吸附动力学特征。CBZ的快室吸附对总体吸附的贡献随初始浓度的增大而减小,而慢室吸附贡献则增大。π-π作用可能对CBZ的吸附贡献较大。孔隙填充可以描述慢室吸附过程,可能是吸附速率的控制环节。     

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.