生物质炭及其超声改性对Pb污染土壤中N、P养分循环及污染物迁移转化的影响

发布时间：2020-05-09 21:49

【摘要】：为解决由人口激增而引起的农产品的需求量增加的问题,在农业生产中,粮农通过施肥来快速提高农作物产量和培肥土壤。但化肥的过度施用也随之引来土壤酸化板结、水体富营养化、温室效应和重金属污染胁迫等一系列的环境问题。由于生物质炭巨大的比表面积、致密的孔隙结构等特性,可以修复土壤重金属污染,增强土壤肥效。而超声改性可以改善原始生物质炭的局限性,超声波的空化效应使其结构层发生剥落和断裂,进一步影响生物质炭的孔隙结构和吸附特性。本研究选用病死猪炭和法国梧桐炭,在温度25℃和功率200 W条件下超声40 min,对生物质炭进行改性。明确超声改性对不同种类生物质炭基本理化性质表征的影响,探究生物质炭及其超声改性对淋溶土壤中无机N淋失和土壤-作物系统中P形态组成的影响,以及阐明Pb胁迫下生物质炭及其超声改性对土壤-作物系统中空心菜品质和Pb形态组成的影响。主要结论如下:1、生物质炭理化性质差异受其原材料种类影响。动物源生物质炭——猪炭具有较强的碱性和阳离子交换能力以及丰富的含氧官能团和矿质元素,且有大量磷酸盐存在,而植物源生物质炭——法国梧桐炭具有较大的比表面积。超声改性对生物质炭pH、EC、CEC和比表面积的提高起到积极作用,对生物质炭表面的含氧官能团和元素组成等影响不显著。2、生物质炭中的大部分N素为不可利用的形态,猪炭和法国梧桐炭的施用抑制土壤中无机N(NH_4~+-N和NO_3~--N)淋失,且植物源生物质炭的抑制作用强于动物源生物质炭,而超声改性对猪炭减少土壤无机N淋溶无显著影响。猪炭中的P素以有效态居多,猪炭和肥料配施可以极大限度地增加土壤-空心菜系统中作物可利用的有效P含量。添加法国梧桐炭会导致土壤中非活性磷(HCl-P和Res-P)含量的增加,故对土壤Olsen P的影响不明显。超声改性显著增加猪炭处理下土壤Olsen P含量。3、与不加炭肥相比,土壤施用猪炭后,空心菜植株干物质量显著增加,叶绿素含量显著减少,超声改性使猪炭处理下植株内可溶性糖含量增加,且生物质炭和肥料配施可以促进单施生物质炭或肥料的土壤中空心菜干物质量、叶绿素含量和可溶性糖含量的增加。施加生物质炭可以显著降低土壤-空心菜系统中土壤Pb有效性,显著减少空心菜植株内Pb含量。其中,施用生物质炭可以显著降低土壤中交换态Pb和碳酸盐结合态Pb的含量,且猪炭的施用可以显著增加残渣态Pb。而超声改性前后,猪炭对土壤-空心菜系统中Pb含量无明显影响。因此,猪炭和法国梧桐炭可以通过抑制土壤无机N淋失来提高土壤N素利用率,作为土壤改良剂增强土壤肥力,提高土壤保肥性。猪炭还能够增强土壤P素有效性,作为有效P源添加剂,与肥料配合施用来提高作物产量品质。同时,猪炭和法国梧桐炭可以降低土壤中有效Pb含量,修复Pb污染土壤。超声改性通过改变原始生物质炭理化性质,进一步影响生物质炭对土壤改良的效果。
【图文】：

技术路线图,技术路线,污染物迁移转化,养分循环

技术路线

法国梧桐,超声法,梧桐,孔容

3.1ble 3.1 The physicochemical characteristics of dead pig biochar (DPB), ultrasonic-modified deachar (UPB), Platanus orientalis biochar (POB) and ultrasonic-modified Platanus orientalis bio(UPOB)生物质炭DPB UPB POB UPOBpH 10.04 b 10.44 a 9.47 d 9.58 cEC（dS·m-1） 2.17 b 2.49 a 0.22 d 0.65 cCEC（cmol·kg-1） 7.13 b 8.71 a 1.11 d 3.44 c灰分（%） 60.00 a 53.90 b 6.60 c 5.70 c比表面积（m2·g-1） 19.76 21.08 124.77 296.16孔容（cm3·g-1） 0.08 0.08 0.11 0.13孔径（nm） 12.40 14.10 1.17 2.18C（%） 37.48 35.06 81.92 81.73N（%） 5.15 4.84 0.98 0.90S（%） 1.70 1.46 1.98 1.94O（%） 0.15 0.14 0.09 0.09C/N 7.28 7.24 83.24 90.69
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53

【参考文献】