生物炭制备技术及生物炭在生态环境领域的应用新进展

生物炭具有致密的孔隙结构、巨大的比表面积和丰富的表面官能团等特点,是一种环境友好的吸附材料。近几年,生物炭在生态环境方面的应用优势逐渐凸显。本文在生物炭相关应用文献的计量分析基础上,重点总结了近年(2016年—2020年)生物炭的主要制备技术,及生物炭在污染物去除、土壤改良和温室气体减排等领域应用的新进展。     

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.     

城市绿地废弃物生物炭制备与应用前景

通过阐述生物炭的制备、表征、负载材料与应用的现状,探讨以城市绿地植物废弃物为原料制备生物炭及其复合材料的应用前景,提出生物炭研究发展方向,以期为生物炭资源高效利用提供参考.     

生物炭添加对降低盐滩地有害离子及促进玉米生长效果研究

黄河三角洲盐渍化土壤改良是农作物产量提升的主要途径之一。为了解生物炭施用对降低盐滩地有害盐分离子浓度和促进玉米生长效果的影响,通过田间试验,研究秸秆还田、秸秆还田加化肥施用和不同类型低剂量(3 g·kg^-1)生物炭(棉秆炭、芦苇炭和玉米芯生物炭)添加对盐渍土有害盐离子、电导率、钠吸附比对玉米生长效果的影响。结果表明,生物炭的添加可降低土壤溶液中有害盐分离子浓度、电导率、钠吸附比(SAR),提升玉米地下和地上生物量。以芦苇炭施用(3 g·kg^-1)降盐效果最为明显,土壤溶液中Na⁺浓度较对照降低了76%,土壤电导率降低了33%,土壤钠吸附比(SAR)降低了52%。以玉米芯生物炭施用(3 g·kg^-1)对降低土壤钠吸附比和电导率最为显著,分别较对照降低了58%和45%,土壤溶液中Na⁺浓度较对照降低了47%,并且玉米芯生物炭施用对提升玉米地上和地下生物量显著,分别较秸秆还田增加了12.19倍和6.78倍。生物炭添加可以降低土壤溶液中的Na⁺、钠吸附比和电导率,...     

生物炭改性及在环境污染治理方面的应用

生物炭是生物质经过热化学过程形成的一种多孔材料,具有优良的表面性能和结构,富含碳元素.生物炭的原料来源广泛、制备工艺简单,是一种理想的活性炭替代材料.生物炭的高含碳量、大比表面积、丰富的表面官能团和大的阳离子交换量等特性,使其在环境领域中发挥重要作用.概述几种常用的生物炭制备技术,探讨影响生物炭理化性质的因素,并重点介绍改性生物炭的几种方法及其在土壤修复、废水处理等环境领域的应用.此外,还指出当前研究中存在的不足之处,并提出有关生物炭未来研究方向的建议.     

生物炭对多环芳烃的吸附行为研究

采集生物质材料制备生物炭,对其性质进行表征,测定了其对菲、芘的吸附,考察了其性质与吸附行为的关系。3种生物炭的吸附能力遵循草炭松针炭玉米芯炭的顺序,相较于极性作用,表面积和孔在吸附中占主导作用。小粒径玉米芯炭的吸附能力和非线性程度大于大粒径,深度粉碎暴露出来一些内部原不可及的孔,增加了点位的异质性,提高了其吸附能力。生物炭对菲的吸附能力大于芘,是由于较小的菲分子更易到达吸附点位的缘故。     

生物炭材料在垃圾渗滤液处理工艺中的应用进展

城市产生的固体垃圾数量逐年上升,使得垃圾渗滤液成为一个重大问题,亟待解决。在无氧或缺氧状态下,将生物质经高温热解制备富碳的生物炭并用于污水处理,是“以废治废”思路的重要实践。生物炭主要是来源于农作物废弃物、城市垃圾等低成本原料,在农业和环境领域内应用范围广。我国幅员辽阔,各类生物质资源丰富多样,但现阶段生物质资源的不合理处置,也造成大量浪费和环境问题。基础研究表明,将生物质废弃物的治理与渗滤液的处理相结合可实现以废治废。该文首先简要介绍垃圾渗滤液处理工艺,然后阐述生物炭材料在垃圾渗滤液处理工艺中的应用及前景。     

水稻秸秆生物炭对诺氟沙星的吸附性能研究

以水稻秸秆为原料,在300℃、400℃、500℃和600℃4个温度下制备生物炭,分别利用Boehm滴定、比表面积等方法对其进行表征,并研究了4种生物炭对诺氟沙星的吸附特征。结果表明,随着热解温度的升高,生物炭产率下降,表面碱性官能团数量和比表面积逐渐增加。4种生物炭对诺氟沙星的吸附率为B600B500B400B300,在投加量为0.4 g时,B600和B500的吸附率几乎接近100%,远高于B400和B300。对4种生物炭对诺氟沙星的吸附等温线进行拟合,B600符合Langmuir方程,其余3种符合Freundlich方程。4种生物炭对诺氟沙星的吸附反应过程满足准二级动力学方程,相关系数R20.9887,其中B300对诺氟沙星的吸附速率最大。     

生物炭在土壤污染修复中的潜在作用

生物炭作为土壤改良剂和污染物吸附剂能够改良受重金属污染的土壤,因此受到国内外学者的普遍关注。在国内外研究生物炭改良土壤应用的基础上,概述了生物炭可影响土壤的理化性质和土壤污染物的稳定性,以及生物炭在土壤中可改变重金属的迁移转化行为和微生物群落的行为及其潜在作用,这对未来生物炭的大规模推广应用提供了参考,具有重要的现实意义。     

蚓粪生物炭的氧化处理研究

将蚯蚓粪便慢速热解制成蚓粪生物炭(VB),使用一定浓度的硝酸和硫酸分别对其氧化处理得到氧化后的蚓粪生物炭(OVB)。利用扫描电镜、红外光谱研究了OVB的孔隙、表面官能团情况,考察了氧化剂种类、浓度及处理时间对OVB吸附性能的影响。结果表明,20%硝酸氧化2 h制得的OVB-N-20%-2,其孔隙较发达、均匀,且对亚甲基蓝的去除效果最好。经红外谱图分析,VB、OVB-S-95%-2(VB经95%硫酸氧化2h)及OVB-N-20%-2官能团特征吸收峰位置相近,且在1600cm-1附近与800cm-1-600 cm-1均有吸收峰,表明蚯蚓粪便经高温热解制备的生物炭具有芳香性。     

气候变化对中国草地生态系统的影响

气候变化(主要指气候变暖)使草原区干旱出现的几率加大,持续时间延长;草地土壤侵蚀危害加重,土地肥力降低;草地在干旱气候、荒漠化、盐碱化的作用下,初级生产力下降,草地景观可能呈现荒漠化趋势。草原生态失去平衡,草原植被覆盖率下降,草原出现了明显的沙化、退化和碱化的趋势,草原载畜能力大大降低,严重制约着社会经济发展、农牧民生产和生活。从气候变化对中国草地生态系统生产力和中国草地生态系统碳库的影响两方面阐述了气候变化对中国草地生态系统的影响,并总结了目前的研究动态和研究进展。     

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。     

智能推送技术在企业信息系统中的应用

针对当前信息交互效率不高的问题,通过对智能推送技术的分析,提出智能推送系统平台的基本架构。并结合物资管理系统,详细分析了智能推送技术的应用领域及其具体实现的关键技术。     

生物炭添加对污泥堆肥腐殖化和氨气排放的影响

近年来,市政污泥产量及无害化处置量均呈增加趋势,污泥堆肥技术成为研究与关注的热点,但传统堆肥中存在许多问题。为提高市政污泥堆肥腐殖化程度并减少氮素损失,通过好氧堆肥方法研究了添加生物炭对市政污泥堆肥腐殖质组分及氨气排放的影响。结果表明,在37 d堆肥中,对照组(C1)、添加5%生物炭组(C2)、添加10%生物炭组(C3)3种处理均达到腐熟标准。与对照相比,生物炭添加延长了堆体高温时间1～4 d,提高了堆体pH和电导率,对总有机碳、水溶性有机碳、富里酸分解更彻底;堆肥结束时,C2堆体腐殖化指数、胡敏酸占有率和胡富比均高于C1,腐殖化效果最好。氨气释放主要在高温期,累计释放量：C1(178.43 g/m²)>C3(151.28 g/m²)>C2(134.97 g/m²),堆肥结束C1、C2和C3总氮含量分别为11.67 g/kg、13.48 g/kg和13.03 g/kg,添加生物炭有利于氮素保留。可见,生物炭在提高堆肥腐殖质稳定和减少氨气排放中具有良好效果,且5%添加量优于10%。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物生物量碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

【目的】揭示林分尺度下添加生物炭对土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物生物量氮(SMBN)、土壤微生物生物量磷(SMBP)含量及其化学计量特征的影响,深入了解生物炭对杨树人工林土壤微生物群落结构与功能的影响,系统阐明生物炭调控人工林C、N、P生物地球化学循环的土壤微生物学机理,为在平原地区人工林生态系统中安全推广生物炭固碳增汇技术提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场的杨树人工林为对象,设置生物炭添加量低(T1,40 t/hm²)、中(T2,80 t/hm²)、高(T3,120 t/hm²)3种处理及对照(不添加CK),测定SMBC、SMBN、SMBP含量及其化学计量特征(土壤微生物生物量碳、氮、磷含量比,即m(SMBC)/m(SMBN)、m(SMBC)/m(SMBP)、m(SMBN)/m(SMBP),文后简写为SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP)在不同处理间的差异,及其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①与对照样地相比,3种生物炭添加处理均提高了SMBC、SMBN和SMBP含量。T1、T2、T3处理样地SMBC含量分别为对照样地的1.08、1.15、1.19倍; SMBN含量分别为对照样地的1.12、1.24、1.34倍; SMBP含量分别为对照样地的1.11、1.26、1.41倍; ②T1处理样地的SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP分别为15.7、85.0、5.4,T2处理样地的分别为15.1、78.6、5.2,T3处理样地的分别为14.3、73.3、5.1。与对照相比,3种生物炭添加处理均显著降低了SMBC/SMBN和SMBC/SMBP,且不同处理间差异显著(P<0.05),但仅T2、T3处理显著降低了SMBN/SMBP(P<0.05); ③SMBC、SMBN、SMBP含量均具有显著的季节变异,其中在植物休眠季节(2014年12月及2015年3月),SMBC、SMBN及SMBP的含量均维持在较高水平,而在植物生长的旺盛季节(2015年7月及2015年10月),其含量下降至较低水平,但SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP的季节变化与此完全相反; ④添加生物炭提高了土壤可溶性有机碳、硝态氮、速效磷、全氮和总有机碳含量,增加了土壤pH和含水率,但是降低了土壤密度和铵态氮含量; ⑤相关性分析表明,SMBC含量与土壤可溶性有机碳(DOC)、pH、含水率(SMC)、硝态氮(NO^-₃-N)和速效磷(AP)呈极显著正相关关系(P<0.01),与铵态氮(NH⁺₄-N)呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度、全氮(TN)和总有机碳(TOC)相关性不显著(P≥0.05); SMBN与SMBP的含量表现较为一致,均与DOC、pH、SMC、NO^-₃-N、AP、TN呈极显著正相关关系(P<0.01),与NH⁺₄-N呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度和TOC相关性不显著(P≥0.05)。【结论】添加生物炭能够显著提升SMBC、SMBN、SMBP含量,并有效降低SMBC/SMBN、SMBC/SMBP和SMBN/SMBP,有利于促进土壤微生物对N、P养分的固持与周转,进而改善土壤对N、P养分的供应。研究还发现,研究区杨树人工林生长可能存在N、P养分限制现象。     

试论气候变化对中国生态、经济发展的影响

随着社会经济的发展和科学技术的进步,气候变暖的现实已对人类社会和自然生态系统构成了严重的威胁。世界经济的迅速发展和社会的进步,向大气排放的有害物质及化石能源消耗与日俱增,带来了日益严重的环境问题,导致全球平均气温逐年升高。中国是一个发展中国家,从能源方面入手采取减缓全球气候变化的措施,促进我国的能源利用水平,推进我国能源优质化的进程,加快我国实现经济增长方式从粗放型向集约型的根本性转变。     

生物炭的稳定性及其评价方法

围绕生物炭稳定性概念,论述了其影响因素,并对比分析生物炭稳定性的研究方法及预测模型。结果表明,生物炭稳定性的基础是其具有高度芳香化结构和土壤团聚体的保护作用,温度、原料及环境条件是影响生物炭稳定性的主要因素,生物炭稳定性最优评估方法为同位素标记法和双指数模型相结合,但其仍具有一定的局限性。在此基础上,指出不同土壤类型、轮作方式及预测模型是当前生物炭稳定性研究的前沿领域和深化方向。     

Meta-analysis and its application in global change research

Meta-analysis is a quantitative synthetic research method that statistically integrates results from in- dividual studies to find common trends and differences. With increasing concern over global change, meta-analysis has been rapidly adopted in global change research. Here, we introduce the methodolo- gies, advantages and disadvantages of meta-analysis, and review its application in global climate change research, including the responses of ecosystems to global warming and rising CO2 and O3 concentrations, the effects of land use and management on climate change and the effects of distur- bances on biogeochemistry cycles of ecosystem. Despite limitation and potential misapplication, meta-analysis has been demonstrated to be a much better tool than traditional narrative review in synthesizing results from multiple studies. Several methodological developments for research synthe- sis have not yet been widely used in global climate change researches such as cumulative meta-analysis and sensitivity analysis. It is necessary to update the results of meta-analysis on a given topic at regular intervals by including newly published studies. Emphasis should be put on multi-factor interaction and long-term experiments. There is great potential to apply meta-analysis to global climate change research in China because research and observation networks have been established (e.g. ChinaFlux and CERN), which create the need for combining these data and results to provide support for governments’ decision making on climate change. It is expected that meta-analysis will be widely adopted in future climate change research.     

生物炭对土壤微生物特性影响的研究进展

生物炭是在低氧条件下生物质经过热裂解得到的含碳丰富的产品,可提高土壤酸碱度,具有保水保肥及改善土壤微生物特性等功能。综述了生物炭对土壤微生物生物量、微生物群落结构及土壤酶活性的影响,多数研究表明:生物炭的碱性性质及多孔性质提供了适宜微生物生长的微环境,从而增加了土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮等的含量; 生物炭含有的营养物质及多孔性质,促进了土壤中细菌及某些功能菌的生长,但同时生物炭中含有的重金属及多环芳烃等有毒物质对细菌生长存在抑制作用; 相比于土壤细菌,生物炭碳氮比(C/N)高、含大量难降解碳化合物,则有利于土壤真菌生长,并且生物炭具有的较大孔隙度,为真菌菌丝提供了附着位点; 生物炭对微生物的促进作用间接提高了土壤中脱氢酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶等土壤酶活性。因此,未来应进一步探索生物炭与土壤微生物之间的相互作用机理,深入了解生物炭的土壤改良作用,深化对土壤微生物多样性的认识。