生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响

采用田间盆栽试验,研究了生物炭（biochar）对玉米（Gramineae）苗期生长（60 d）及土壤化学性质的影响。结果表明,在玉米苗期的前33 d,生物炭（48 t.hm-2）对玉米株高的生长有显著抑制作用,但随着玉米的生长发育,生物炭的抑制作用逐渐消失。收获时（播种后60 d）,生物炭对玉米植株干质量,N、P养分的吸收量没有显著影响;生物炭（12、48 t.hm-2）能显著提高土壤全N、有机碳质量分数,但对土壤全P、有效P、pH值没有显著影响。土壤全N、有机碳质量分数与生物炭用量（0、2.4、12、48 t.hm-2）为显著正相关（n=12,p〈0.01）。     

生物质炭施用对土壤中氯虫苯甲酰胺吸附及消解行为的影响

分别在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中添加0.5%(质量分数)生物质炭,采用批处理等温吸附实验及室内消解实验测定了CAP的吸附等温线及消解动态,目的是揭示不同类型土壤中施用生物质炭对残留CAP的环境行为影响规律,为评估生物质炭田间施用综合生态效应,评价土壤残留CAP的环境污染风险提供理论依据.结果表明,生物质炭施用可提高土壤对CAP的吸附活性,但提高程度因土壤性质不同而异.有机质含量较高的黑土中添加生物质炭,吸附农药Kd值提高了2.17%,而有机质含量较低的潮土添加等量生物质炭后则提高了139.13%.生物质炭施入土壤后其对农药吸附活性受到不同程度抑制.与施入土壤前比较,生物质炭施入黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中后吸附常数KF,biochar分别降低了96.94%、90.6%、91.31%、68.26%和34.59%.CAP在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中的消解半衰期为115.52、133.30、154.03、144.41和169.06 d,而在添加生物质炭的土壤中消解半衰期分别延长了20.39、35.76、38.51、79.19和119.75 d.与吸附实验结果一致,生物质炭施入黑土对延缓农药土壤消解作用最小,而潮土中施入生物质炭效果最明显.本研究表明生物质炭施入土壤后可增强对农药的吸附作用,延缓农药的土壤消解,但影响程度与土壤性质有关.     

水稻秸秆生物碳对重金属Pb2+的吸附作用及影响因素

以农业废弃物水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法制备了不同温度(350、500和700℃)下的秸秆生物碳(RC350、RC500和RC700),研究了生物碳对Pb2+的吸附性能、作用机制及影响因素,为准确预测生物碳还田固碳对土壤中重金属迁移行为的影响提供理论参考.结果表明,生物碳对Pb2+的吸附行为符合准一级动力学方程,Pb2+在RC350、RC500、RC700上的吸附速率分别为0.167h-1、0.154h-1、0.388h-1;其等温吸附曲线符合Langmuir方程,最大吸附量分别为65.3、85.7和76.3mg·g-1,是原秸秆生物质RC100的5～6倍、活性炭AC的2～3倍.生物碳单位面积上的有效吸附点位比AC高约10倍.经酸化去除表面矿物成分后,RC350和RC700对Pb2+的吸附能力急剧下降,其最大吸附量、吸附亲和力与AC相近;红外光谱分析表明,去灰分后生物碳上有机碳官能团并无明显减少,而无机矿物(如SiO2)含量显著降低.生物碳中的有机碳组分和无机矿物组分对其吸附Pb2+均有重要贡献,其中无机矿物组分的吸附量及亲和力均大于有机碳组分.     

干湿交替对铈锰改性生物炭固定红壤As的影响

以砷(As)污染红壤为研究对象,通过静态培养试验,探讨了铈锰改性生物炭(cerium-manganese modified biochar,MBC)在干湿交替老化条件下对红壤中As的固定效应.结果表明,与常规培养比较,干湿交替条件下MBC的施用显著降低了红壤中水溶态As(WSAs)含量(P＜0.05)和pH值,且随着材料用量的增加和培养时间的延长而持续降低,试验结束时,土壤pH值比常规条件下降低了 0.08～0.16个单位.与此同时,干湿交替条件下添加MBC后的土壤WSAs显著下降,当培养至30 d时,WSAs相比于常规培养降低了 38.73％～51.94％,比试验初期降低了 45.64％～56.19％,未添加MBC的处理在两种培养模式下土壤WSAs含量和pH值均显著升高(P＜0.05),其中以干湿交替处理更为明显.从红壤中As赋存形态看,当培养试验结束时,相比于常规培养而言,干湿交替模式下MBC的施用使土壤中非专性吸附态As(Fl)降低了 33.16％～36.00％,专性吸附态As(F2)降低了 7.67％～11.99％,残渣态As(F5)增加了 15.43％～42.45％,且土壤As的迁移系数M亦显著低于常规培养(P＜0.05),降幅为9.02％～12.75％;而未添加MBC的处理土壤As活化明显,且以干湿交替条件下更甚.整体上看,干湿交替水分管理有利于MBC对红壤中As的固定,MBC修复As污染红壤具有良好的稳定性和应用潜力.     

玉米秸秆生物炭对灰钙土吸附金霉素的影响

为研究生物炭(BC)添加对灰钙土(HGT)吸附金霉素(CTC)的影响,本文以玉米秸秆为原料分别在200、400和600℃下制备BC.采用批平衡法,研究CTC在HGT和HGT+BC上的吸附行为.结果表明,HGT对CTC的吸附平衡时间为240 min,添加BC使平衡时间相对延长,符合准二级动力学模型.CTC的总体吸附速率由表面扩散和颗粒内扩散共同控制,且表面扩散速率更快,疏水分配作用促进吸附进行.3种等温吸附模型拟合对CTC在HGT和HGT+BC中的吸附均呈现较好相关性.添加BC使HGT对CTC的吸附分配系数Kd值增大,亲和力增强.不同温度时分配系数Kd的差异性表明吸附过程为放热反应.吸附满足不同等温线型(L型和S型),是以化学吸附为主的非均质复杂吸附过程,伴随静电引力、氢键相互作用等表面吸附和物理吸附.pH=3时,CTC+与土壤表面的负性位点大量结合,发生阳离子交换与静电吸引作用,吸附量最大.pH增大,CTC存在形态改变,HGT和BC对其吸附能力减弱.BC在不同pH下始终增强HGT对CTC的吸附,且添加量越大,CTC的吸附分配系数Kd值越大.吸附是由HGT和BC的有机质含量、矿物组成、理化性质及CTC存在形态和环境因素共同作用的结果.研究表明适量添加BC对HGT吸附CTC具有积极影响,裂解温度200℃时作用最显著,可以有效促进HGT对CTC的吸附与固定作用.     

铈锰改性生物炭对土壤As的固定效应

利用高温热解法在600℃下制备铈锰改性生物炭(modified biochar,MBC),以3种基本性质差异较大的砷(As)污染红壤、黄壤和紫色土为研究对象,探讨了MBC的施用对土壤活性As的影响及固定效应.结果表明:改性生物炭(MBC)的施用导致3种土壤中水溶态As含量显著降低,随着施用量的增加,MBC对As的固定效率不断升高,当添加量为1%～10%时,MBC对3种土壤中活性As的固定效率为:红壤70. 59%～94. 72%,黄壤75. 24%～98. 35%,紫色土为76. 53%～99. 61%,在MBC添加量为10%时,其对3种土壤中有效As的固定效率均达到了95%以上,而未改性生物炭的施用则导致土壤As的活化效应明显.比较而言,MBC对3种土壤中有效As的固定效率大小排序为:紫色土黄壤红壤,MBC的施用导致了土壤中活性态As向稳定态转化,发生了由非专性吸附(F1)、专性吸附态(F2)向结晶水合铁铝氧化物结合态(F4)和残渣态(F5) As的转化过程,使得土壤中As的迁移性能降低,根据扫描电镜(SEM)及X射线衍射分析(XRD)的结果,MBC对As的固定作用与生物炭上铈锰氧化物的成功负载有关.因此,MBC对As污染土壤表现出良好的应用修复潜力.     

秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响

通过5 a田间定位试验,研究持续秸秆直接还田和炭化还田对滴灌棉田土壤微生物功能多样性以及细菌群落组成的影响.试验设置3个处理:单施化肥(对照,CK)、秸秆直接还田+化肥(ST)和秸秆炭化还田+化肥(BC).秸秆直接还田和炭化还田均显著提高土壤有机质、全氮及速效养分含量,其中秸秆炭化还田的作用更显著.秸秆直接还田处理土壤微生物碳源代谢活性最高,其次是秸秆炭化还田,均显著高于对照.秸秆直接还田主要促进了碳水化合物类和胺类碳源的代谢;秸秆炭化还田显著提高多聚物类碳源的代谢.秸秆直接还田和炭化还田显著提高土壤细菌群落多样性.与对照相比,秸秆直接还田显著增加变形菌门、放线菌门、拟杆菌门以及黄单胞菌科、酸微菌科、微杆菌科和噬纤维菌科的相对丰度;秸秆炭化还田处理酸杆菌门、芽单胞菌门、硝化螺旋菌门以及Blastocatellaceae (Subgroup_4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科的相对丰度显著增加.相关性分析表明黄单胞菌科、酸微菌科与碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、胺类碳源代谢显著正相关,噬纤维菌科、微杆菌科与碳水化合物类、胺类碳源代谢显著正相关,Blastocatellaceae (Subgroup_4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科与多聚物类碳源代谢显著正相关.持续秸秆炭化还田显著增加滴灌棉田土壤养分,改变细菌群落组成,提高多聚物类碳源的代谢活性.     

两种铁改性生物炭对微碱性砷镉污染土壤的修复效果

改性生物炭作为良好的重金属钝化剂,已被广泛应用于环境修复.为探究不同改性方法对生物炭钝化土壤砷-镉(As-Cd)的影响,采用共沉淀法和浸渍热解法制备铁改性生物炭,通过吸附试验和土壤培养试验,对生物炭性质、吸附As-Cd以及钝化土壤As-Cd的能力进行分析.结果表明,两种改性方法均可提高生物炭铁含量和零电荷点,且共沉淀法制备的铁改性生物炭(FeBC-1)负载的铁矿物主要为Fe₃O₄、 FeO(OH)和γ-Fe₂O₃等,而浸渍热解法制备的铁改性生物炭(FeBC-2)主要为α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃等铁氧化物.FeBC-1对As和Cd均展现出很强的吸附去除能力,去除率达21.40%～34.14%,可显著促进土壤中非专性吸附态As向残渣态As转化,而FeBC-2仅对As具有较好的吸附效果.BC、 FeBC-1和FeBC-2对Cd的吸附能力与自身的阳离子交换量(CEC)呈正比,其中,BC对Cd的吸附去除效果优于FeBC...     

生物炭与硅酸钠复合施加抑制水稻对土壤铅吸收富集的机制研究

将水稻秸秆生物炭（RB）、玉米秸秆生物炭（MB）分别与硅酸钠（G）复合施加到从矿区周边采集的铅（Pb）污染农田土壤,通过盆栽试验,比较分析了Pb在土壤-水稻系统各部位中的迁移和累积情况,探讨了生物炭与硅酸钠复合施加抑制水稻对Pb吸收转运的机制.结果表明,与对照组相比,生物炭与硅酸钠复合施加（RBG和MBG）使糙米Pb含量显著降低71.0%~75.6%,且比生物炭或硅酸钠单一施加时的降幅更大.其主要机制为：①生物炭与硅酸钠复合施加提高了土壤pH和有机质含量,促进了土壤对Pb的固定,从而使土壤Pb从弱酸提取态向可氧化态Pb转化,在成熟期RBG和MBG处理分别使CaCl₂溶液浸提的土壤有效Pb含量降低54.3%和60.0%.②生物炭与硅酸钠复合施加降低了DTPA溶液浸提的土壤有效态Fe含量,减少了根表铁膜的数量（DCB-Fe）,而且根系Pb含量与DCB-Fe含量之间呈显著正相关关系,推测生物炭与硅酸钠复合施加使根表用于存储Pb的铁膜减少,从而降低Pb进入根系的几率.③生物炭与硅酸钠复合施加显著降低了分蘖期TF_根-叶和成熟期TF_土-根、TF_茎-糙米、TF_叶-糙米（p<0.05）,阻碍Pb在糙米中累积.此外,生物炭与硅酸钠复合施加显著提高了稻谷质量（p<0.05）.因此,生物炭与硅酸钠复合施加可用于修复铅污染稻田土壤.     

磺化生物炭活化过硫酸盐去除水中盐酸四环素

采用高温煅烧-磺化法制备磺化改性苎麻生物炭（SBC）,并将其作为过硫酸盐活化剂,实现了对水中盐酸四环素（TCH）的高效去除.通过扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析仪（BET）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对SBC的形貌和结构进行表征,研究了溶液初始pH值、SBC投加量、PS投加量对SBC/PS体系中TCH降解效果的影响,并考察了SBC的重复利用性能.结果表明,SBC为片层介孔材料,其表面含有丰富的含氧官能团和黄原酸酯官能团.在初始pH值为3,PS投加量为10mmol/L,SBC投加量为0.5g/L的最优条件下,反应180min后,SBC/PS体系对TCH的去除率达到89.0%,明显优于SBC、苎麻秸秆原始生物炭（BC）、PS和BC/PS体系.在实验考察范围内,SBC/PS体系对TCH的降解性能随pH值（pH=3~11）的升高呈先降低后升高再降低的趋势;随SBC和PS投加量的升高,TCH的去除率呈先上升后下降的趋势.自由基淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）实验表明,SBC/PS体系降解TCH的过程中产生了硫酸根自由基（SO₄^-·）、羟基自由基（·OH）、超氧自由基（O₂^-·）和单线氧（¹O₂）,¹O₂起主导作用.循环利用实验结果表明,SBC表现出良好的重复利用性能.研究认为SBC是一种环境友好、高效的非金属碳基过硫酸盐活化剂,具有良好的应用前景.