生物炭修复技术在铅污染土壤及植物生长中的应用研究

为了探讨生物炭对铅污染土壤的修复效果,以耕作农田土壤为供试土壤,分别向其中加入200mg·L~(-1)与1 000mg·L~(-1)铅溶液进行人为污染,采用1%、5%生物炭修复剂BC400(中药渣生物炭与花生壳生物炭1:1)进行修复处理,分析测定了印度芥菜(Brassica juncea)生长前后土壤pH值、土壤铅含量、种子萌发率以及植物体内铅含量的变化.研究结果发现,人为加铅污染后,土壤pH值下降、NH_4NO_3浸提态铅含量上升、植物株高、茎粗均下降,植物体内重金属含量上升.加入生物炭修复剂后,可有效改善土壤pH值,提高种子萌发率及植株的高度和茎的粗度,显著降低NH_4NO_3浸提态铅含量、植物铅含量,且5%生物炭修复剂的改善效果优于1%.生物炭应用可铅污染土壤,有效降低重金属对植物生胁迫作用,可用于重金属污染土壤的生物修复.     

不同施用量生物炭对绿豆镉吸收的阻控效应

探究不同施用量生物炭对不同生长期绿豆（Vigna radiata (L.) R. Wilczek）镉（Cd）吸收的阻控效果.通过盆栽试验,以Cd污染旱地土壤为基质,对其进行2.5%和5.0%（质量分数）的鸡粪生物炭添加处理,同时以无生物炭添加（0%）作为对照处理,所有处理均种植绿豆（生长周期为70 d）,探讨不同施用量的生物炭对结荚期和收获期的土壤pH、土壤Cd化学形态以及绿豆Cd吸收的影响.结果表明:生物炭添加降低了结荚期和收获期绿豆植株中Cd的富集,且植株地上、地下部分Cd吸收对不同剂量生物炭添加的响应存在差异.结荚期,不同施用量生物炭添加均显著降低绿豆植株根部Cd含量,添加2.5%生物炭对绿豆植株茎部Cd富集的阻控效应最强,而添加5.0%生物炭对绿豆植株叶片Cd富集的阻控效应最强;收获期,绿豆植株地上部分（叶、茎）的Cd含量表现为添加2.5%生物炭处理显著低于添加5.0%生物炭处理,植株地下部分（根）的Cd含量则表现为添加5.0%生物炭处理显著低于添加2.5%生物炭处理.生物炭添加改变了土壤中Cd化学形态的分布,显著降低了酸可提取态Cd的相对含量.在结荚期与收获期,添加5.0%生物炭的土壤其酸可提取态Cd的相对含量均最低,对同一处理不同生长期而言,添加2.5%生物炭的土壤中酸可提取态Cd占比减少的效果最显著,收获期降低幅度达26.68%.由此可见：在使用生物炭修复Cd污染土壤时,生物炭施用量、植物生长期和植物组织利用都应予以考虑.本研究结果可为农用旱地土壤污染治理与安全利用提供参考.     

秸秆生物炭及秸秆对大豆生长及土壤微生物活性的影响

为了明确不同秸秆利用方式对作物生长及土壤微生物的影响,采用盆栽试验,研究秸秆直接添加和秸秆生物炭添加对大豆生长状况、根际土壤有机碳及微生物群落功能多样性的影响.结果表明:秸秆生物炭添加(MB和WB)能有效提高大豆盛花期地下生物量.秸秆直接添加(M和W)能显著增加大豆花期根际土壤有机碳的含量,玉米秸秆直接添加处理(M)下的有机碳含量最高,为21.15 mg/g.大豆成熟期,秸秆生物炭添加处理(MB和WB)下土壤有机碳含量较空白处理(CK)显著增加,玉米秸秆添加处理(M)下根际土壤有机碳含量显著高于小麦秸秆添加处理(W).不同秸秆利用方式下大豆根际土壤平均颜色变化率(AWCD)随时间延长而增加,MB和WB处理较M和W处理能显著提高成熟期大豆根际土壤AWCD值.因此,可利用秸秆生物炭添加改善大豆根际土壤微生物活性,提高土壤碳贮量.     

不同热解温度生物炭改良铅和镉污染土壤的研究

 为了探究热解温度对生物炭修复重金属污染土壤的影响,将300℃、500℃和700℃下制备的生物炭加入铅（Pb）和镉（Cd）污染土壤进行培养,检测重金属形态的变化。结果表明,加入生物炭培养60d后,Pb和Cd污染土壤pH值较对照上升0.35—0.86单位值,土壤中重金属的酸可提取态含量下降,残渣态含量上升,对目标重金属生物有效性降低的改良效果700℃>500℃>300℃;在生物炭添加量相同的情况下,复合污染土壤中Pb的残渣态含量比对应单一污染高50.60%—72.79%,而复合污染土壤中Cd的酸可提取态含量较对应单一污染高7.53%—12.99%;热解温度影响生物炭的表面特征和吸附重金属机制,进而影响生物炭改良土壤中目标重金属形态分布。     

玉米和小麦秸秆生物炭对土壤重金属污染修复实验研究

为揭示不同秸秆生物炭对土壤中重金属污染修复的效果和机理,文章取矿山附近农田酸性土壤,以质量比5％ 分别施加玉米秸秆生物炭(maize biochar,MBC)和小麦秸秆生物炭(wheat biochar,WBC),并在培养10、25、40、55 d后取样分析土壤物理、化学性质和重金属形态变化,比较2种生物炭对Hg、Cd...     

生物炭对镉污染土壤中紫花地丁的生长及生理生态的影响

该文选用玉米秸秆生物炭,通过盆栽模拟在镉污染土壤中施加生物炭并栽培紫花地丁(Viola philip-pica),研究生物炭不同施加量对紫花地丁生长及生理生态的影响.研究结果表明:在室内培养45 d后,在未施加生物炭的镉污染土壤中,紫花地丁的株高、鲜质量和叶绿素含量等指标随镉在土壤中质量分数的增加而显著降低(P<0.0...     

生物炭施用对污染红壤中重金属化学形态的影响

采用BCR分级提取的方法研究了2种不同生物炭施用对污染红壤中重金属Cu、Zn、Cd和Pb化学提取形态的影响.结果表明,生物炭施用提高了土壤pH值和有机质含量.实验土壤中重金属Cu、Zn、Cd和Pb均主要以残渣态存在(分别为86.11%、63.30%、66.24%、50%),施用鸡粪生物炭(P)后Cu、Cd和Pb的可还原态比例降低,Zn可还原态与Cu、Zn、Cd、Pb的酸可提取态和可氧化态的比例都有所增加.施用木屑生物炭(W)后Zn、Cd和Pb的可还原态比例降低,Cu、Zn、Cd和Pb的酸可提取态,Cu可还原态及Cu、Zn可氧化态的比例增加.总体来看,施用木屑生物炭(W)和鸡粪生物炭(P)后,Cu和Zn的残渣态所占比例分别降低了9.3%、27%,3.7%和16%,而Cd和Pb的残渣态比例分别增加了3.6%、3.0%,4.5%和3.7%,表明施用2种生物炭可以增加Cu和Zn的生物有效性,且施用P生物炭后增加的比例大于施用W生物炭;降低Cd和Pb的生物有效性,但施用2种生物炭后降低的比例相差不大.     

烟类生物质材料对土壤氮磷钾有效性的影响

为废弃的烟杆、烟叶寻求资源化利用途径,为生物炭配合生物质农用提供科学依据,探究了烟杆生物炭配施烟叶生物质的混合材料对土壤氮磷钾养分有效性的影响。在室内恒温条件下开展培养试验,共设4个处理,包括不施生物质材料照(CK)、100%烟杆生物炭(T1)、70%烟杆生物炭+30%烟叶生物质(T2)、30%烟杆生物炭+70%烟叶生物质(T3)。结果表明:添加烟杆生物炭和烟叶生物质混合材料能够显著提高土壤铵态氮和硝态氮含量,T3处理对土壤铵态氮提升幅度最大,增幅为141.09%～161.21%;T2处理对土壤硝态氮提升幅度最大,增幅为207.52%～239.45%;培养期内,CK处理土壤有效磷、缓效钾和速效钾含量均显著低于T1,T2,T3处理,T1处理均显著高于T2,T3处理,培养结束后T1处理相较于对照土壤有效磷、缓效钾、速效钾增幅分别为257.76%～283.67%,209.30%～216.67%,450.00%～472.00%。添加烟杆生物炭和烟叶生物质混合材料可显著提高土壤有效氮磷钾素含量,不同配比效果不同,需根据生产实际选择适宜配比。     

外源有机酸协同生物炭对土壤微量元素的影响

为未来改善生物炭和有机酸共存的土壤营养状况提供参考依据,有必要探究生物炭和有机酸共存对土壤中微量元素的影响。以玉米秸秆为原材料制备生物炭,采集不同深度的黄棕壤,选择柠檬酸和苹果酸这2种酸进行试验,除对照外共设置8个不同处理方式,分别是不施加或施加生物炭的表土加柠檬酸处理、不施加或施加生物炭的表土加苹果酸处理、不施加或施加生物炭的底土加柠檬酸处理和不施加或施加生物炭的底土加苹果酸处理。结果表明：（1）与对照组相比,施加2种有机酸增加了土壤中的铁和锰的溶出,且柠檬酸处理的土壤溶液中的铁和锰含量高于苹果酸处理;（2）由于底土和表土存在理化性质的差异,影响了铁和锰的溶出量,底土溶液锰的溶出量高达0.34 mmol/L,而表土溶液铁的溶出量高达0.7 mmol/L;3）2%的生物炭没有完全阻碍两种有机酸对微量元素的溶出。结论 有机酸可以活化土壤中的铁和锰,其活化效果与有机酸种类、浓度、金属、土壤酸碱度有关,且生物炭的施加对阻碍有机酸活化土壤中微量元素的能力有限。     

生物炭在矿区农田土壤中与镉的纵向共迁移行为

以广东韶关大宝山矿山废水污染的农田为研究对象,利用超纯水和甲苯/甲醇提取的溶解性有机质(DOM)的三维荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术,追踪荔枝树枝生物炭1年内在土壤层0~100 cm深度范围的迁移行为及其协同重金属镉(Cd)的纵向迁移性质. 结果表明:生物炭增加了0~60 cm深土壤层溶解性有机碳(DOC)的质量分数,增加了表层土壤的pH,对深层土壤pH无明显影响;EEM-PARAFAC解析得到3个DOM组分(1个类蛋白和2个类腐殖质组分),生物炭的添加增大了0~60 cm深土壤层类腐殖质的质量分数;并且甲苯/甲醇提取的DOM在0~60 cm深土壤层中均检测出生物炭特有的多环芳烃结构,说明生物炭在1年内发生了明显的纵向迁移;生物炭能够有效降低0~20 cm深土壤中有效态Cd的质量分数,但20~60 cm深土层中有效态Cd与对照组的相比最高增加了148%左右. 研究表明:需要特别关注生物炭协同重金属在土壤中纵向迁移行为所带来的环境影响.     

有机物添加对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响

【目的】 探讨添加不同类型有机物对油松林土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响,为预测山西太岳山油松林生态系统中土壤的碳收支平衡提供参考。【方法】 采用随机区组设计,以山西太岳山油松林地表的平均自然凋落物量为标准,向油松林地0~20 cm土壤中分别添加生物炭(BC)、玉米秸秆(JG)、辽东栎叶(LD)和油松叶(YS)等4种类型有机物,使用LI-8100 CO₂通量全自动测量系统对有机物添加条件下的土壤呼吸速率进行连续测定,并对各处理的土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)含量进行监测,结合土壤呼吸与土壤有机碳及其组分之间的关系,探讨添加有机物对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响。【结果】 ①向土壤中添加BC显著降低了土壤呼吸速率,添加JG后土壤呼吸速率较CK显著提高了11.67%。,其余处理与CK差异不显著。在2014年7—11月和2015年5—10月,不同添加物处理间土壤呼吸速率从大至小表现为JG>LD >YS>CK。②有机物添加下土壤SOC含量随时间的增加有上升的趋势,在2014年8月,添加JG后显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加BC显著提高了土壤MBC含量,添加LD和YS显著提高了土壤SOC和MBC含量。在2014年10月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加LD显著提高了土壤MBC和ROC含量,添加YS显著提高了土壤SOC、MBC含量。在2015年3月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC和ROC含量,添加LD显著提高了土壤ROC含量。2015年5月,添加JG显著增加了土壤MBC含量。③与对照相比,添加BC后土温10 ℃时的土壤呼吸速率(R₁₀)显著降低了18.01%,添加YS后R₁₀显著增加了30.88%,添加其他有机物对温度敏感性系数(Q₁₀)和R₁₀没有显著影响。④土壤呼吸速率与土壤温度、SOC、MBC、ROC和DOC含量显著正相关。【结论】 添加有机物显著影响土壤碳动态和土壤温湿度,这些都会对土壤CO₂排放产生显著影响,添加JG对土壤有机碳及其碳组分的提高效果最显著,但土壤呼吸速率最高,不利于碳的储存;添加LD可增加土壤活性有机碳含量,短期内可明显改善土壤有机碳库质量;添加BC可在短期内提高土壤微生物生物量碳含量,并显著降低土壤呼吸速率,减少土壤CO₂排放的效果最好。     

不同热解温度下杨树各组分生物质炭的理化特性分析与评价

【目的】通过对不同热解温度下杨树树叶、树枝、树皮生物质炭和秸秆生物质炭的理化特性及结构进行分析,筛选出更适用于林地土壤改良的农林废弃物种类和热解温度。【方法】以杨树不同组分树叶、树枝、树皮和秸秆等4种农林废弃物为原料,分别在300、500和700 ℃温度下制备生物质炭,测定其产率、pH、全碳、全氮含量、阳离子交换量(CEC)、比表面积和表面官能团等指标。【结果】随着热解温度的升高,4种原料生物质炭的产率逐渐降低,灰分含量和pH升高。同一热解温度下,树枝和树皮生物质炭的全碳含量高于树叶和秸秆生物质炭的,而全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量均低于树叶和秸秆生物质炭的。4种生物质炭水溶性盐基离子含量和交换性盐基离子含量均随着热解温度的升高而增加,树叶生物质炭的阳离子交换量总体高于其他3种原料的生物炭。树叶和树皮生物质炭的比表面积和总孔容积总体大于树枝和秸秆生物质炭,树皮和树叶生物质炭在700 ℃时比表面积分别高达597.02和121.01 m²/g。4种原料生物质炭的表面官能团种类基本相同,以芳香骨架为主,表面官能团数量均随着热解温度的升高而减少,芳香化程度增强。【结论】在不同热解温度和原料制备的生物质炭中,树叶和秸秆生物质炭的灰分、pH、N、K和盐基离子含量较高,比较适用于改良酸性土壤,增加土壤养分;而杨树树枝和树皮生物质炭含碳量较高,则适用于土壤固碳,提高土壤有机质含量。其中,500 ℃热解的杨树树叶生物质炭综合性能最好,氮、磷、钾养分耗失最少,阳离子交换能力较强,比表面积大,更适用于土壤改良。     

杨树人工林沼液和生物炭混施对表层土壤活性有机碳的影响

人工林施肥是一种重要的经营管理措施,而近年来沼液的处理与生物炭肥的使用也引起了人们广泛关注。在苏北杨树人工林集中分布区开展了沼液(施用量为0、125、250、375 m³/hm²)和生物炭(施用量为0、40、80、120 t/hm²)交互肥效实验,结果表明:①在所有沼液施肥水平中,生物炭的施用增加了表层土壤的活性有机碳,并提高了土壤微生物生物量碳氮比,使得微生物群落向真菌主导类型发展; ②在所有沼液施肥水平中,生物炭的添加显著提高了表层土壤(0～10 cm)的pH,促进了土壤的氮矿化和硝化作用; ③沼液和生物炭对土壤活性有机碳和pH具有显著的交互效应。因此,沼液和生物炭混施能进一步促进土壤活性有机碳的含量,改良土壤肥力,提高人工林生态系统生产力。     

施用稻壳炭对黄棕壤氮磷淋失及微生物生物量碳氮含量的影响

【目的】为减少农田氮磷淋失,提高土壤肥力,探究高孔隙度的稻壳炭在增强黄棕壤对养分元素吸附的特征。【方法】采用室内土柱淋溶试验,研究不同稻壳炭施用量(质量占比分别为0、1%、4%、8%、12%)条件下,黄棕壤总氮(TN)、硝态氮(NO^-₃-N)、铵态氮(NH⁺₄-N)、总磷(TP)、磷酸根(PO^3-₄)及可溶性有机碳(DOC)的淋失变化,并对黄棕壤氮磷养分和土壤微生物生物量的变化进行分析。【结果】随着施用量的增加,稻壳炭对黄棕壤TN、NO^-₃-N、NH⁺₄-N、DOC淋失的抑制效应增强,最佳施用量为12%时,TN、NO^-₃-N、NH⁺₄-N及DOC的淋失量与对照相比分别减少了85.41%、85.16%、92.61%、32.02%; 随其施用量的增加,稻壳炭对黄棕壤中P淋失的抑制效应不显著,TP和PO^3-₄的淋失量反而增加,TN、NO^-₃-N、有效磷(AP)及土壤微生物生物量碳氮(SMBC、SMBN)含量增高,而NH⁺₄-N含量减少。【结论】稻壳炭可以有效抑制黄棕壤氮素及DOC的淋失,对磷素的淋失抑制效果不显著。     

秸秆对茶园土壤有机碳稳定性影响的研究进展

我国茶园普遍存在土壤有机碳含量低等问题,这对茶叶产量品质造成极大影响.施加秸秆可提高茶园土壤有机碳含量.土壤有机碳稳定性机制包括有机碳内在难降解性、黏土矿物的化学保护和土壤团聚体的物理保护作用以及生物作用等.土壤有机碳稳定性的影响因素主要有有机碳自身的分子结构性质、土壤生物环境和非生物环境等.施加秸秆提高茶园土壤有机碳主要途径有秸秆自身作为碳源、促进茶树生长、增加土壤微生物生物量以及改良土壤结构和改善土壤化学性质等.最后展望了未来研究所面临的任务.     

农田土壤固碳及其影响因子研究进展

固碳过程对于改善土壤质量、维持农田生态系统、保障全球粮食安全、缓解气候变化趋势等至关重要。本文介绍了农田土壤的生物与非生物固碳过程,阐述了土壤质地、水热变化、全球变暖和人为因素对农田土壤固碳过程的影响。总结了目前较受重视的一些农田固碳措施（施肥、灌溉、秸秆还田、生物炭质施入等）及其对农田土壤固碳能力的改善和应用中存在的问题,并对今后的相关研究作出展望。     

秸秆还田条件下分层施肥对玉米产量及氮素利用的影响

辽宁地区玉米种植长期实行浅耕旋耕作业,过量施用化肥,有机物料投入少,导致土壤结构退化、肥料利用率低等问题。为了改善土壤质量和提高肥料利用率,开展了秸秆还田条件下施肥方式对玉米氮素利用的影响。采用田间试验,设不施氮肥对照、常规施肥、秸秆还田+常规施肥和秸秆还田+分层施肥4种处理,研究了秸秆还田配合不同施肥方式对玉米产量、氮素利用率及土壤性质的影响。结果表明,与常规施肥相比,秸秆还田处理明显提高玉米产量,其中秸秆还田配合分层施肥效果较好,2020年玉米产量提高了17.68%,并且该处理比秸秆还田配合常规施肥产量增加了4.65%。秸秆还田处理明显增加玉米氮素吸收量,尤其秸秆还田配合分层施肥处理随着秸秆还田时间的增加效果更明显。秸秆还田处理明显提高土壤有机质、全氮和有效钾含量,但分层施肥与常规施肥间无显著差异,对土壤全磷、全钾、碱解氮和有效磷含量影响不大。可见,秸秆还田+分层施肥有利于玉米对氮素的吸收利用,提高产量。     

长期施用粪肥的土壤中抗生素耐药基因的消减规律

为研究长期施用粪肥土壤中抗生素耐药基因的消减规律,分别采集长期施用与未施用粪肥农田中的土壤,进行土壤培养对照实验,探究土壤含水率及生物质炭的添加对土壤中可移动元件及耐药基因在310 d内的丰度变化的影响. 结果表明,长期施用粪肥提高了耐药基因与可移动元件在土壤中的污染水平. 长期施用粪肥土壤在实验室培养条件下,耐药基因与可移动元件呈现指数消减的趋势. 添加生物质炭的土壤中耐药基因和可移动元件消减较慢,含水率较高的土壤中耐药基因和可移动元件消减较快. 可移动元件相对丰度可一定程度上反映土壤培养过程中耐药基因的消减. 实验结果揭示了受污染农田土壤中耐药基因的动态变化规律,可为土壤耐药基因污染风险评估提供基础数据,为我国抗生素耐药性防控提供科学参考.     

木炭对污泥堆肥有机质减量和腐熟度的影响

以木炭为供试生物炭,分别添加污泥初始质量0,10%,20%和30%的木炭,通过元素分析和红外光谱技术,研究木炭促进污泥堆肥过程中碳减量和氮减量的效果.结果表明:随着木炭添加量的增加,污泥中碳的质量分数显著减少;堆肥结束时,相比未添加木炭工况,添加木炭工况的碳减量程度和氮减量程度分别提高了18.3%~27.8%和10.3%~17.2%;污泥堆肥的芳构化程度和稳定度相应提高,多糖、蛋白质类和脂肪类成分减少.