生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。     

玉米秸秆生物炭对暗棕壤性质和氮磷吸附特性的影响

玉米秸秆生物炭在增加土壤肥力、促进作物生长特别是在控制氮磷面源污染方面具有重要作用。以玉米秸秆为生物质材料,在450℃碳化温度下制备了玉米秸秆生物炭,并将玉米秸秆生物炭以不同比例与暗棕壤混合,玉米秸秆生物炭所占质量比分别为0,0.5%,1%,2%,培养30 d后进行土壤基本理化性质测定和对氮磷的模拟吸附试验。结果表明:添加玉米秸秆生物炭能够加深暗棕壤颜色,提高暗棕壤有机质、全氮、全磷以及有效氮、速效磷的含量。可用Lagergren准一级动力学方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附动力学过程;可用Langmuir方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附热力学过程。随着玉米秸秆生物炭添加量的增加,暗棕壤对氮磷的吸附速率常数增大,对氮磷的饱和吸附量增加,对氮磷的固定能力增强。     

玉米秸秆生物炭对溶液体系中不同重金属离子的吸附特性

为探究在废水处理中针对不同重金属吸附特征选择合适的生物炭修复方案,以玉米秸秆为原料,在300和500℃下热裂解得到2种生物炭,通过试验模拟研究生物炭在单组分溶液体系和多种重金属离子的混合溶液体系中,对不同重金属离子的吸附能力,并用等温吸附模型对试验结果进行拟合。研究结果表明:1)对于同种重金属而言,500℃下得到的生物炭的吸附能力更强;2)对于同种吸附材料,单组分与多种重金属离子的混合溶液中对重金属离子饱和吸附量的顺序均为:Ni ~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+)Cu~(2+);3)但在多种重金属离子的混合溶液体系中金属离子浓度较高条件下,离子之间的相互作用影响生物炭吸附能力;同时Cu~(2+)和Pb~(2+)2种离子具有较高的吸附量,竞争力更强。     

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300 ℃和600 ℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd²⁺的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd²⁺浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd²⁺有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd²⁺的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd²⁺的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R²>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd²⁺的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd²⁺的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R²>0.95),生物炭对Cd²⁺的吸附量随着热解温度的升高而增加,600 ℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。     

氧化老化玉米秸秆生物炭吸附镉机理研究

为研究玉米秸秆生物炭在经过模拟自然界老化后对Cd²⁺的吸附响应,本文利用H₂O₂对玉米秸秆生物炭进行氧化老化1、2、3次,利用元素分析仪、扫描电镜、红外光谱及碳谱等分析方法,分析老化前后生物炭对Cd²⁺的吸附及响应机理。结果表明：玉米秸秆生物炭氧化老化过程中形成硅酸盐沉淀;经过H₂O₂老化后H/C、O/C和（O+N）/C的原子比逐渐升高,使得生物炭含氧官能团上升、芳香性减弱、极性增强;老化1次（OYM1）、2次（OYM2）、3次（OYM3）后玉米秸秆生物炭碱性元素逐步被释放,碱性元素较未氧化玉米秸秆生物炭（YM）分别降低了48.23%、95.04%、95.74%;不同处理生物炭对Cd²⁺的最大吸附量表现为： YM（12.42 mg·g^-1） >OYM1（5.98 mg·g^-1） >OYM3（3.88 mg·g^-1） >OYM2（3.61 mg·g^-1）,说明老化作用抑制了其对Cd²⁺的吸附。在玉米秸秆生物炭长期利用过程中,生物炭的老化促进无机组分发挥作用,吸附性能减弱,在进行土壤及水污染修复时应合理使用。     

固定化改性生物质炭模拟吸附水体硝态氮潜力研究

为了有效去除水体硝态氮污染,对两种生物质炭(花生壳炭、小麦秸秆炭)进行铁改性处理,研究其对硝态氮吸附特性,考察吸附时间、硝态氮初始浓度、p H、生物质炭添加量和共存离子对改性生物质炭吸附效果的影响。在此基础上,为解决粉末态生物质炭易随水流失的问题,对改性生物质炭进行固定化处理,探索固定化改性生物质炭对硝态氮吸附潜力。研究结果表明,改性生物质炭对硝态氮的吸附主要发生在前6 h,并在24 h左右达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中硝态氮浓度的上升而升高,改性花生壳炭和小麦秸秆炭对硝态氮最大吸附潜力分别为2674、1285 mg N·kg-1,且酸性至中性条件有利于改性生物质炭对硝态氮的吸附。在20 mg·L-1的硝态氮溶液中,改性花生壳炭和小麦秸秆炭的适宜固液比分别为10、28 g·L-1,其去除率达到80%。当包埋载体海藻酸钠浓度为2%、改性生物质炭含量为0.1 g·m L-1时,固定化改性生物质炭微球成形完整,对硝态氮具有较强的吸附能力,固定化并未显著降低改性生物质炭的吸附性能。因此,固定化改性生物质炭能有效吸附水体硝态氮,为污水处理厂尾水等低污染水硝态氮去除提供有效的技术方法。     

玉米秸秆生物炭对五氯苯酚吸附行为及吸附动力学研究

[目的]研究玉米秸秆生物炭对五氯苯酚的静态吸附特性。[方法]探讨吸附剂量、溶液p H、吸附时间等参数对吸附的影响,用Langmuir和Freundlich等温式研究吸附平衡过程。[结果]酸性条件有利于玉米秸秆生物炭吸附剂对五氯苯酚的吸附,吸附过程在30 min即可达到平衡,玉米秸秆生物炭对五氯苯酚的吸附更符合Freundlich等温式。吸附动力学研究表明,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附速率常数为0.015 9 g/(mg·min)。吸附过程是吸热的,升高温度有利于吸附。[结论]玉米秸秆生物炭可用于吸附五氯苯酚。     

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g~(-1)和17.60 mg·g~(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。     

玉米秸秆吸附去除水溶液中染料的性能研究

[目的】研究玉米秸秆吸附去除水溶液中染料的性能。[方法]研究了玉米秸秆作为吸附剂对非水溶性分散红玉S-2GFL和水溶性活性蓝X—BR2种染料去除的可行性,重点考察了pH值、染料初始浓度、吸附剂投加量、吸附荆粒径、电解质和吸附时间等因素对染料吸附脱色率的影响。[结果]当初始pH值为2,吸附时间为36h,吸附剂粒径为30～40（380～550μm）目,染料浓度为50mg/L,吸附剂量为5g/L时,玉米秸秆对这2种染料的去除效果较好,吸附脱色率可以达到96％以上。两者的吸附等温线均符合Langmuir和Freundlich方程,2个吸附过程亦符合Langergren准一级反应动力学方程。但是随着水溶液中氯化钠浓度提高,玉米秸秆对染料的吸附脱色率呈下降趋势。[结论]玉米秸秆对2种不同类型的染料均有很好的去除效果,用其处理染料废水前景广阔。     

烧烤竹炭表面结构特征及其对水体中铵氮的吸附行为

在运用 X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜与能谱仪（SEM\|EDS）和傅立叶红外光谱议（FTIR）等仪器分析烧烤竹炭表面结构特性基础上,研究其对水体中铵氮的静态吸附行为。结果表明,以微孔为主的烧烤竹炭表面含有多种含氧官能团,如羟基、羧基等,同时还含有亚甲基、反异烯烃、芳香族和脂肪族结构;烧烤竹炭对铵氮的吸附在80 min内基本达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中铵氮的增加而增加,Freundlich方程能够更好地描述铵氮在烧烤竹炭上的等温吸附行为;系统的ΔG ＜0,ΔH ＞0,烧烤竹炭对铵氮的吸附作用是一个自发的吸热过程;铵氮在烧烤竹炭上的吸附动力学数据符合准二级方程,吸附过程受外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散过程的影响。     

不同原料生物炭对铵态氮的吸附性能研究

为探讨不同原料生物炭对铵态氮吸附量及吸附机制,以花生壳、玉米秆、杨木屑和竹屑为原料,在500℃下充N_2保护热解制备生物炭,通过电镜扫面图(SEM)与傅立叶红外光谱图(FTIR)表征NH_4~+-N在生物炭表面的吸附特征,结合批量平衡吸附试验,对比研究不同原料生物炭对NH_4~+-N的吸附性能。结果表明:吸附后生物炭表面附着颗粒或粉末物质,孔隙被填充,表面变得较为平坦。四种生物炭表面分布的-OH、-C=O、-C-O,以及花生壳生物炭与玉米秆生物炭表面的-CH_3、-CH_2、-O-参与了吸附;Langmuir方程可以较好地拟合四种生物炭对NH_4~+-N的等温吸附;吸附均在50 min内达到平衡,伪二级动力学方程均可以较好地描述生物炭对NH_4~+-N的动力学吸附过程;在溶液pH=7.00条件下,初始浓度为800 mg·L~(-1)的体系中,四种生物炭对NH_4~+-N的最大吸附量为9.5~15 mg·g~(-1),吸附能力大小为花生壳生物炭玉米秆生物炭竹屑生物炭杨木屑生物炭。研究表明,生物炭表面含氧官能团对吸附NH_4~+-N起到决定性作用,吸附为单分子层吸附,且由快速反应所控制,四种生物炭中吸附性最好的是花生壳生物炭。     

秸秆和秸秆炭对黑土肥力及氮素矿化过程的影响

为实现我国典型黑土区玉米秸秆有效还田与协同提高肥料氮素养分利用提供理论依据,以东北黑土区春玉米种植体系为研究对象,在4年田间连续定位试验基础上,利用15N示踪技术结合淹水培养试验,研究秸秆和秸秆炭对土壤肥力与氮素矿化的影响。试验共设5个处理:对照、单施化肥(N1)、N1+50%玉米秸秆(N2)、N1+100%玉米秸秆(N3)、N1+相当于50%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N4)、N1+相当于100%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N5)。结果表明:与N1处理相比较,N2、N3、N4、N5处理均增加了土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、碱解氮含量、微生物量碳和氮含量,且等量秸秆还田处理高于相当于等量秸秆还田的秸秆炭处理,其中100%秸秆还田分别显著提高微生物量碳和氮含量15.1%和23.1%(P0.05);不同处理方式综合土壤肥力指数(IFI)由高到低依次为N3N5N4=N2N1,秸秆、秸秆炭还田可显著提高土壤综合肥力(P0.05);土壤有机氮的矿化量和矿化率随着秸秆和秸秆炭还田量的增加而增加,其中N2处理分别显著提高了23.4%和22.9%,N3处理分别显著提高了53.0%和35.8%(P0.05);N2、N3、N4、N5处理下外源肥料15N的矿化量和矿化率分别显著提高了66.5%和50.0%、213.3%和279.0%、39.4%和36.3%、92.0%和40.0%(P0.05),且随着秸秆炭还田量的增加而显著增加。土壤氮素矿化指标与土壤有机质、总氮、碱解氮、微生物量碳氮含量都存在着显著正相关关系。研究表明玉米秸秆、秸秆炭还田均可以显著提高土壤综合肥力;可协同提高土壤氮素矿化水平,且提高来自外源化肥氮占土壤矿化总氮的比重,其中以100%秸秆还田处理的影响更为明显。     

秸秆还田方式与施氮量对秸秆腐解及玉米氮素利用的影响

为探究高效秸秆还田方式与施氮量结合模式,明确黑土区玉米秸秆腐解和氮素释放规律对还田方式和氮肥管理的响应及其对玉米产量和氮素利用效率的影响,以玉米秸秆为研究对象,在吉林省四平市设置连续两年(2021和2022年)的田间定位试验,采用尼龙网袋法探究覆盖(Straw mulch,SM)和翻压(Straw bury,SB)2 种秸秆还田方式和不施氮肥(N0)、180 kg/hm²(N1)、270 kg/hm²(N2)3个施氮水平的组合下,秸秆腐解率和氮素释放率。结果表明:秸秆还田方式和施氮量显著影响秸秆腐解特征,其中SB处理的秸秆两年累积腐解率平均为83.0%,显著高于SM处理的65.3%;与N0处理相比,施氮处理(N1和N2)秸秆腐解率提高9.8%。SB处理秸秆氮素两年累积释放率为62.5%,显著高于SM处理的46.0%,秸秆氮释放量分别为51和38 kg/hm²;施氮促进秸秆氮素释放,提高秸秆氮素释放率的比例为12.5%;秸秆还田方式与施氮量显著影响玉米产量和植株氮素吸收,且具有交互效应,其中SBN2处理的玉米产量和植株氮素吸收量均为最高,分别为11 017.0和184.9 kg/hm²。统计显示,SB处理中施氮量、秸秆氮素释放量、穗粒数与玉米产量和吸氮量间均具有明显的正相关关系。因此,在翻压还田和高施氮量组合时,可以促进秸秆腐解和玉米氮素利用。     

玉米秸秆添加量对温室土壤氨挥发及辣椒氮素吸收的影响

为探明玉米秸秆添加量对设施土壤氨挥发和辣椒氮素累积的影响，采用室内盆栽的试验方法，以蔬菜大棚土壤作为研究对象，以辣椒为试材，设置4个处理，即在常规施肥（N 100 kg·hm^-2、P₂O₅ 70 kg·hm^-2、K2O 80 kg·hm^-2）的条件下不添加秸秆（CK）和加入秸秆量分别为4 500 kg·hm^-2（S1）、9 000 kg·hm^-2（S2）、13 500 kg·hm^-2（S3）。采用通气法对盆栽辣椒土壤原位氨挥发进行监测，并在不同时期对土壤铵态氮、硝态氮含量及辣椒地上部总氮量进行测定。结果表明：监测期内不同秸秆添加量土壤的氨挥发量和氨挥发速率均在第7天达到峰值，S2的氨挥发量较CK、S1、S3分别减少了43.0%、12.8%和17.9%，氨挥发速率平均值分别降低了30.0%、7.5%和20.0%；土壤铵态氮含量各处理均在第7天达到峰值，S2较其他3个处理分别减少了24.2%、11.5%和14.8%，且S2与CK差异极显著；硝态氮含量在第21天达到峰值，S2较其他3个处理分别增加62.8%、25.8%和47.2%，且处理之间均差异显著；辣椒成熟期地上部总氮含量在第60天时，S1、S2、S3较CK增加了13.7%、19.1%和9.3%，且S2与CK、S1、S3均呈显著差异（P<0.05）； S2处理辣椒产量与CK相比增加14.3%；在监测期内土壤氨挥发累积量与植株地上部氮素累积量和辣椒产量均呈显著负相关（P<0.01）。研究表明，秸秆添加量为9 000 kg·hm^-2时能够显著减少设施土壤氨挥发量，有效降低土壤铵态氮含量，提高硝态氮含量，对植株氮素累积具有显著的促进作用，可减少农业面源污染。     

秸秆还田配施氮肥对夏玉米氮利用及土壤硝态氮的影响

为探讨秸秆还田对夏玉米氮利用、产量和土壤硝态氮的影响,于2007年在河南省滑县进行了田间小区定位试验.结果表明,与单施纯氮90,180,270和360 kg·hm-2相比,秸秆还田配施同量氮肥,氮收获指数(NHI)分别提高了4.4%,5.6%,3.7%和1.9%;子粒粗蛋白质含量分别提高了0.6,0.6,0.6和0.7 g·kg-1;子粒产量分别增产了5.8%,9.5%,10.1%和9.0%;夏玉米收获后0～200 cm土层土壤硝态氮残留量为23.8～121.4 kg·hm-2.初步研究表明,秸秆还田提高了夏玉米氮素利用效率,改善了子粒品质,减少了0～200 cm土层土壤剖面硝态氮残留量.豫北秸秆还田配施纯氮以90～180 kg·hm-2为宜.     

水稻秸秆不同处理方式对亚热带农田土壤微生物生物量碳、氮及氮素矿化的影响

通过室内模拟培养试验,添加水稻秸秆及由此热解产生的生物质炭,分析亚热带典型旱地土和水稻土微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)及氮素矿化的变化动态,探讨添加不同处理方式的水稻秸秆对土壤碳氮矿化的影响。结果表明,培养35 d后,与对照(CK)相比,添加生物质炭处理,旱地土MBC、MBN、矿化氮量分别增加了34.6%、163.1%和6.4%;水稻土MBC没有明显差异,MBN和矿化氮量分别增加23.0%和15.1%。添加秸秆处理,旱地土MBC、MBN分别增加了90.4%和203.8%,矿化氮量却减少了22.2%;水稻土MBC、MBN、矿化氮量分别增加了13.4%、19.9%和7.3%。研究阐明了生物质炭添加对农田土微生物生物量氮和氮素矿化具有促进作用,而对土微生物生物量碳的影响却因土地利用方式的差异而略有不同;水稻秸秆添加对微生物生物量均有促进作用,其促进程度基本高于生物质炭,而对氮素矿化的影响因土地利用方式的不同而存在差异。     

生物炭结合氮肥减量对玉米产量和氮效率的影响

为明确施用生物炭条件下氮高效品种玉米的氮效率和适宜减氮量,以氮高效品种郑单958(ZD)和氮低效品种先玉508(XY)为试验材料,以氮肥用量为主区、品种为副区开展裂区试验设计.试验主区共设置5个处理:C0,不施生物炭,施纯N 300 kg·hm-2;C1,施生物炭3000 kg·hm-2和纯N 300 kg·hm-2;...     

豆科秸秆、氮肥配施玉米秸秆还田对秸秆矿化和微生物功能多样性的影响

基于施入物料的C/N比,采用室内培养试验,研究了苜蓿秸秆或者氮肥配施玉米秸秆在相同C/N(25∶1)下施入土壤对秸秆矿化和土壤微生物功能多样性的影响。结果表明:相比于玉米秸秆单施和氮肥配施玉米秸秆,苜蓿秸秆配施玉米秸秆提高了CO_2累积释放量,降低了施入有机碳的矿化率,提高了土壤有机碳含量,有利于碳的存储。苜蓿秸秆或者氮肥配施玉米秸秆施入土壤提高了土壤无机氮含量,缓解了对土壤氮素固持作用;苜蓿秸秆配施玉米秸秆相比于氮肥配施玉米秸秆,延长了氮素的可利用性。秸秆施入提高了土壤微生物群落的生理代谢活性,但对微生物功能多样性指数没有显著性影响。氮输入量与土壤无机氮含量显著影响了群落生理代谢活性。     

玉米秸与风化煤配施对土壤结构性的影响

本文通过２０６Ｄ最优回归设计的盆钵实验,讨论了玉米秸与风化煤配比施用对土壤团粒结构的影响,得到在玉米秸与风化煤配比施用的情况下可以促进土壤团粒结构的形成。而且当风化煤用量为１０４６５～１５０００／ｈ与玉米秸用量１０４６５／ｈ的情况下配比施用为最优施用量。