生物炭和草酸活化磷矿粉对镉镍复合污染土壤的应用效果

采用室内培养实验,利用生物炭和草酸活化磷矿粉对镉镍复合污染土壤进行修复,比较两者不同配比对土壤重金属镉镍的修复效果及对土壤无机氮和微生物量氮(MBN)转化的影响.结果表明,随着草酸活化磷矿粉和生物炭施用量的增加,土壤p H逐渐增加,镉和镍均由弱酸提取态逐渐向可还原态、可氧化态和残渣态转化,生物有效性降低.其中,C50P3(50 g·kg~(-1)生物炭与3 g·kg~(-1)草酸活化磷矿粉)配施的修复效果最好,弱酸提取态Ni占全量的质量分数降低了37.0%,残渣态Ni增加了14.8%,弱酸提取态Cd含量占全量的质量分数降低了40.2%,残渣态增加了35.2%.施用修复剂40 d后,相较于C0P0(空白对照)处理,C50P0(单施50 g·kg~(-1)生物炭)处理与C0P3(单施3 g·kg~(-1)草酸活化磷矿粉)处理微生物量氮含量均分别增加了1.5倍和1倍;铵态氮含量分别减少了12.5%和6.4%,硝态氮含量分别降低了11.6%和10.2%.综合比较可知,生物炭和草酸活化磷矿粉配施对土壤重金属镉镍复合污染的修复效果要优于单施,且50 g·kg~(-1)生物炭与3 g·kg~(-1)草酸活化磷矿粉(C50P3)配施的修复效果最好,修复剂的加入促进了土壤无机氮向有机氮的转化.     

Pt/生物炭电极反应器处理水中腐殖酸的研究

构建Pt/生物炭电极反应器,研究其对水中腐殖酸的去除效率和去除特性.结果表明,在电流密度为20 m A·cm~(-2)下反应300 min,Pt/生物炭电极反应器对水中腐殖酸的去除率为74.58%,较Pt/石墨电极反应器47.10%去除率提高58.3%.Pt/生物炭电极反应器对水中腐殖酸的去除主要通过电化学氧化和气浮作用.生物炭阴极比石墨阴极能产生更多的H_2O_2,是提高Pt/生物炭电极反应器对腐殖酸去除率的重要原因.三维荧光光谱和凝胶色谱法分析表明,Pt/生物炭电极反应器具有较强的氧化能力,可将较小分子量的腐殖酸直接矿化.研究结果显示生物炭可以作为一种新型电化学反应器的阴极材料用于对水中有机污染物处理.     

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...     

生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例（10.8%）和平均重量直径（MWD,13.3%）,对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大（39.4%）;不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例（15.7%）、MWD （21.2%）、大团聚体碳（31.7%）和土壤有机碳含量（40.0%）;相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.     

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     

铝锆改性生物炭对水体低浓度氟的吸附特性

针对低浓度含氟水难处理,氟超标排放造成水污染等问题,制备了铝锆改性生物炭(AZBC),研究其对水体低浓度氟离子(F^-)的吸附特性及吸附机制.结果表明,AZBC是具有均匀孔隙结构的介孔生物炭,能够快速吸附水体F^-,可在20 min内达到吸附平衡.当初始ρ(F^-)为10mg·L^-1,AZBC投加量为30 g·L^-1时,F^-去除率为90.7%,出水浓度低于1mg·L^-1.AZBC的pH_pzc为8.9,推荐pH使用范围为3.2～8.9.其吸附动力学符合拟二级动力学,吸附过程符合Langmuir模型,在25、 35和45℃下的最大吸附量分别为8.91、 11.40和13.76mg·g^-1.可用1mol·L^-1 NaOH脱附F^-,5次循环使用后,AZBC的吸附量下降约15.9%. AZBC的吸附机制为静电吸附和离子交换共同作用.以某工业园区污水厂污水为实验对象...     

灌水和生物炭施用对水稻土呼吸温度敏感性的影响

水稻田的生态系统呼吸和温度敏感性(Q10)在稻田生态系统温室气体排放等方面有非常重要的作用.本文采用静态暗箱/气相色谱法,研究间歇灌溉和淹水灌溉两种方式下不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、10 t·hm-2生物炭+化肥(LBC)、20t·hm-2生物炭+化肥(MBC)和40 t·hm-2生物炭+化肥(HBC)这5个处理的稻田生态系统呼吸和Q10的变化规律.结果表明:①淹水灌溉下生态系统呼吸的温度敏感系数Q10分别为4. 45 (CK)、7. 40 (NPK)、6. 44 (LBC)、4. 58 (MBC)和3. 87(HBC). 5个处理下淹水灌溉比间歇灌溉均显著降低了稻田生态系统的Q10值(P 0. 01),CK、NPK、LBC、MBC和HBC在淹水灌溉下分别比在间歇灌溉下降低了48. 6%、55. 2%、67. 9%、70. 3%和70. 8%;②两种灌溉条件下,化肥与生物炭配施相比不施肥处理均增加了稻田生态系统的呼吸,但不同的生物炭施入水平,对生态系统呼吸的促进作用差异不显著;③化肥与中、低量生物炭配施相比不施肥均增加了稻田生态系统呼吸的温度敏感性(P 0. 05),但MBC和HBC处理均比NPK处理降低了稻田生态系统的Q10值,稻田生态系统呼吸的温度敏感性随着生物炭施入水平的增加而减小.     

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.     

氮肥和秸秆还田方式对麦玉轮作土壤N2O排放的影响

为探究氮肥和秸秆还田方式对N₂O排放的影响,本研究在关中地区冬小麦-夏玉米轮作模式下,采用双因素裂区设计,主区为常规施氮（G）和减量施氮（70% G）;副区为秸秆不还田（N）、秸秆还田（S）和秸秆还田+生物炭（SB）,分析对N₂O排放和产量的影响及与相关影响因子间的关系.结果表明,小麦季和玉米季各处理在施肥后第5~16d内相继出现N₂O排放高峰,在降雨后也出现N₂O排放峰值.N₂O通量和土壤温度、NH₄⁺-N含量呈显著正相关.在同等施氮水平下,S处理增加了N₂O排放量,SB处理可降低N₂O排放量,S和SB处理均能显著增加作物产量,且SB增产幅度更大;70% G水平的N₂O年排放量较G水平减少了40%~48%,而产量并没有明显减少.综合考虑,在常规施氮基础上减氮30%配合秸秆+生物炭,在保证作物高产的同时,N₂O减排效果最好.