玉米秸秆生物炭对沉积物中BDE-47生态毒性的影响

生物炭对于污染沉积物的原位修复具有很大的潜力,但关于生物炭对沉积物中有机污染物生态毒性影响的研究则较少报道。为评价生物炭对沉积物中BDE-47生态毒性的影响,以底栖动物铜锈环棱螺为测试生物,采用28 d慢性沉积物生物测试研究了不同添加比例的玉米秸秆生物炭(CSB)与BDE-47联合作用对BDE-47生物积累、肝胰脏细胞DNA损伤以及氧化胁迫生物标志物的影响。结果表明,在慢性暴露情况下,CSB对铜锈环棱螺不具有毒性;CSB通过显著降低沉积物间隙水中BDE-47的浓度而降低其在铜锈环棱螺体内的生物积累。在实验浓度范围内(1%～7%),CSB添加比例越高,降低BDE-47生物积累的效果越显著。不同添加比例的CSB均可以显著降低BDE-47对铜锈环棱螺DNA损伤的毒性,较高比例(4%和7%)CSB的效果更为显著,但BDE-47的氧化胁迫毒性不随CSB添加比例的升高而下降。因此,从降低BDE-47生态毒性的角度考虑,沉积物中CSB的合适添加比例为4%左右。     

秸秆直接还田和炭化还田对红壤酸度、养分和交换性能的动态影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对亚热带典型红壤酸度、养分及交换性能的动态影响,试验以水稻和油菜秸秆为材料,设置7个盆栽处理:空白(CK)、水稻秸秆直接还田(R1B0)、水稻秸秆350℃炭化还田(R1B1)、水稻秸秆550℃炭化还田(R1B2)、油菜秸秆直接还田(R2B0)、油菜秸秆350℃炭化还田(R2B1)和油菜秸秆550℃炭化还田(R2B2),秸秆按1%和相应的生物质炭施入土壤,进行水稻培育试验.在水稻秧苗期、分蘖期、灌浆期和成熟期这4个时期采集土壤,分析土壤酸度、养分和交换性能的动态变化.结果表明,红壤pH、 NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量随生长期呈现减小的趋势,而有机质、CEC和各交换性盐基离子呈现增加的趋势.秸秆直接还田和炭化还田均提高土壤pH,降低交换性酸总量,同时提高有机质含量及交换性能,且作用效果随生长期增大.成熟期时秸秆炭化还田对各项指标的作用效果均好于秸秆直接还田,秸秆原料和炭化温度对各项土壤性质的影响不同,油菜秸秆生物质炭在提高土壤pH、有机质和CEC含量方面略好于水稻秸秆生物质...     

麻疯树籽壳生物质炭的制备及对六价铬离子的吸附研究

以麻疯树籽壳为原料经磷酸活化后炭化处理制备了生物质炭吸附剂。以六价铬离子为目标对象,考察了磷酸浓度、活化时间、炭化温度、炭化时间等制备条件对生物质炭吸附六价铬离子的能力,并探讨了生物质炭的投加量、溶液pH值等工艺条件对六价铬离子吸附能力的影响。结果表明:在磷酸浓度为2 mol/L,活化18 h,600℃下炭化1.5 h时所制得的生物质炭在投加量为5 g/L、溶液pH值为3时对铬离子的吸附效果最佳,铬离子去除率为74.5%。     

裂解温度调控溶解性生物炭光敏化产生活性氧自由基

溶解性生物炭受紫外光辐射产生的活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)易对环境造成影响,受到环境领域的持续关注.以玉米秸秆为原料,在不同裂解温度(200～600℃)下制备了5种生物炭,并通过水提得到溶解性生物炭(Dissolved biochar,DBC),系统考察了生物炭裂解温度对DBC结构和组分的影响,并利用化学分子探针定量研究了DBC在紫外光辐射下产生常见ROS的能力,如羟基自由基(Hydroxyl radical,?OH)、单线态氧(Singlet oxygen,¹O₂)和超氧自由基(Superoxide radical,O₂?^-).结果表明,DBC主要由有机酸、类蛋白质和纳米级生物炭构成,前两者皆会随生物炭裂解温度上升而减少,后者则会逐渐增多.高温DBC-(400～600℃)具有更强芳香性和疏水性,但荧光物质含量极低.对DBC产生的ROS进行定量研究发现,仅DBC-200℃和300℃产生少量?OH.DBC-300℃的¹O₂     

生物炭对褐土理化特性及真菌群落结构的影响

为了探讨生物炭施用对土壤理化及生物学特性的影响,在田间条件下研究了不同用量(0、10、20、40 t·hm~(-2))生物炭施用3a后植烟褐土真菌的群落结构特征,并分析了其与土壤环境因子的关系.结果表明,土壤添加生物炭3 a后显著提高了土壤pH、含水率、总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量,而降低了土壤容重和溶解性有机碳(DOC)含量.Illumina Mi Seq测序结果表明,生物炭的添加对土壤真菌α多样性影响不大,但能显著改变真菌群落结构.物种注释结果表明,所有样本中真菌优势菌群均为子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)和担子菌门(Basidiomycota),其相对丰度之和占所有可注释真菌丰度的90%以上.生物炭提高了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,降低了接合菌门的相对丰度.在属水平上,生物炭增加了链格孢属(Alternaria)、锥盖伞属(Conocybe)和曲霉属(Aspergillus)真菌的相对丰度,降低了放射毛霉(Actinomucor)和赤霉菌(Gibberella)的相对丰度.冗余分析(RDA)及Mantel检验结果说明,土壤DOC、pH和含水率是影响褐土真菌群落结构的主要环境因子.综上,生物炭施用3 a后对土壤理化特性有显著的影响,这些环境因子的改变驱动了土壤真菌群落的生态演替.     

富含钙/铝的污泥生物炭复合材料对水溶液中磷酸盐的吸附机制

剩余污泥富含有机物,同时也含有重金属和病原体等有害物质.以水铝钙石和剩余污泥为原料,通过共混凝和共热解技术制备生物炭以降低污泥中重金属溶出风险,并对其磷酸盐吸附性能开展研究.结果表明,污泥生物炭中的Zn、Cu、Cd和Ni浸出量随水铝钙石投加量的增加而减少.水铝钙石与剩余污泥质量比为1∶1时,共热解制备得到的富含钙/铝污泥生物炭复合材料(1∶1HB800)重金属浸出风险最低,并对磷酸盐表现出较高的吸附能力,其过程可用Langmuir吸附等温线(R²=0.93)拟合,在25℃条件下对磷的最大吸附容量为51.38 mg·g^-1.1∶1HB800对高浓度磷的吸附过程符合拟二阶动力学模型,吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.相较于中性溶液,1∶1HB800对酸性和碱性水溶液中的磷酸盐具有更好的去除效果,这与1∶1HB800中钙/铝在不同pH条件下的浸出量及铝元素的存在形式有关.FTIR、XRD、SEM、零点电位和钙/铝离子的浸出实验分析结果表明,1∶1HB800对磷的吸附机制主要是共沉淀(Ca²⁺/Al³⁺     

秸秆生物炭对河套灌区膜下滴灌玉米农田生态系统碳足迹的影响

为探究生物炭对干旱地区膜下滴灌玉米农田生态系统温室气体排放和碳足迹的影响.设置不同施用量的生物炭处理［0（CK）、15（C15）、30（C30）和45 t ·hm^-2（C45）］,连续2 a监测覆膜滴灌条件下一次性施用秸秆生物炭后玉米农田生态系统土壤温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）排放的季节变化及其综合增温潜势,利用生命周期评估法估算农业生产活动引起的碳排放量,并进行碳足迹的分析.施用生物炭当年的作物生长季土壤CO₂累积排放量比CK下降17.6%~24.7%,N₂O累积排放量下降71.1%~110.4%,综合增温潜势降低19.5%~25.9%.生物炭施用后第2 a作物生长季的CO₂累积排放量比CK减少19.2%~40.6%,N₂O累积排放量减少38.7%~46.7%,综合增温潜势减少19.7%~40.5%.连续2 a处理C15和C30均不同程度增加了CH₄累积吸收量,而处理C45显著降低了CH₄累积吸收量.C15和C45分别为生物炭施用当年和翌年单位产量碳足迹最少的处理,其单位产量碳足迹较CK分别降低10.1%和26.2%.土壤温室气体排放量对玉米农田生态系统碳足迹贡献率最大（38.1%~59.2%）,其次为氮肥生产（19.8%~33.4%）,而后为电能生产（6.7%~8.8%）和地膜覆盖（4.4%~7.4%）.生物炭对生态系统碳足迹贡献率为5.7%~13.8%.施用30 t ·hm^-2生物炭对农田生态系统减排固碳增产效果更好.改善生物炭制作工艺及运输途径、提高氮肥利用效率和发展节水节能灌溉技术,是减少旱区农田生态系统碳足迹的重要途径.     

不同污染区巨菌草生物炭内源污染物分布及其生物毒性

由于生物质原料来源广泛,缺乏生物炭内源污染物及其用量限制标准,极有可能将含有高内源污染物的生物炭用于环境修复,产生潜在的环境风险.采用清洁区、中度和重度污染区的巨菌草为原料制备生物炭,考察其内源铜（Cu）和镉（Cd）全量及其酸溶态含量和持久性自由基（PFRs）分布,并研究生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率和抗氧化酶活性的影响.结果表明,重度污染区九牛生物炭Cu和中度污染区水泉生物炭中Cd含量分别是清洁区红壤生物炭Cu和Cd的3.73倍和4.43倍,九牛生物炭中酸溶态Cu含量分别是水泉和红壤生物炭的3.32倍和2.84倍,水泉和九牛生物炭中酸溶态Cd含量分别是红壤生物炭的7.95倍和5.11倍.3种生物炭中均含有相邻氧原子以碳为中心的PFRs,表现为：红壤>九牛>水泉.3种生物炭浸出液对小麦根伸长均表现为抑制作用,但均不同程度地提高了小麦幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,其中九牛生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率最高,达到27.7%.本研究表明,生物炭中内源重金属及PFRs等污染物的共同作用对小麦幼苗产生了显著的生物毒性,后期的研究需关注生物炭内源污染物的潜在环境风险,避免产生二次污染等环境问题.     

生物炭对热带地区辣椒种植土壤N2O排放及其功能基因的影响

生物炭具有一定的增产和减少N₂O排放效果,但关于其相关氮循环微生物作用的动态变化过程了解较少.为探明热带地区生物炭的增产减排效应潜力及相关微生物动态作用机制,通过辣椒盆栽试验对比添加生物炭(B)、常规施肥(CON)和不施氮(CK)处理对辣椒产量、氧化亚氮(N₂O)的排放及相关功能基因丰度的影响.结果表明,CON处理产量高于CK处理;与CON处理相比,生物炭显著增加辣椒产量18.0%(P<0.05),添加生物炭在辣椒生长的大部分时期增加土壤NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量;在辣椒的生长周期内,相比CON处理,生物炭处理显著减少土壤N₂O累积排放量18.3%(P<0.05).N₂O排放通量与氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度呈极显著负相关(P<0.01);与nosZ基因丰度呈显著负相关(P<0.05),表明N₂O排放可能主要来自反硝化过程;在辣椒生...     

腐殖酸定向修饰Ce-Co铁基生物焦汞吸附机理

使用腐殖酸对铁基改性生物焦进行定向修饰,并借助固定床吸附装置考察改性后生物焦汞吸附性能,探究了不同腐殖酸负载量下的铁基改性生物焦的汞吸附能力.采用BET、XPS、FTIR表征手段,考察了定向修饰后生物焦的孔隙结构、表面元素价态及表面功能基团的组成,通过SEM扫描电镜探究生物焦微观形貌,并利用EDS能谱分析生物焦表面活性金属成分分布.结果表明,使用腐殖酸对铁基改性生物焦定向修饰后的生物焦汞脱除性能大幅提高,使用5%质量分数包裹后的生物焦汞脱除性能最高,3h单位累积汞吸附量为18025ng/g,相较于未被修饰的铁基改性生物焦汞吸附性能提高65%;负载腐殖酸后的生物焦以介孔为主,表面活性金属种类丰富,有利于单质汞的氧化;样品表面羧基、醇羟基等含氧官能团数量增加,定向修饰后生物焦表面出现大量氨基等利于重金属吸附的含氮官能团;定向修饰后的生物焦表面出现团聚现象,包裹量过高会将生物焦表面活性位点完全包裹,阻碍了氧化还原反应的进行,不利于汞的进一步氧化;汞在生物焦表面的吸附过程同时存在化学吸附与物理吸附.