牦牛粪生物炭老化对纳帕海高原湿地农田土壤氮流失的影响研究

发布时间：2017-12-21 19:42

  本文关键词：牦牛粪生物炭老化对纳帕海高原湿地农田土壤氮流失的影响研究　出处：《昆明理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：近年来,生物炭作为一种新型吸附剂在土壤改良方面具有较好的应用前景,生物炭的应用不仅能够使得生物质资源得到有效利用,而且能够吸附环境中的污染物,使其应用越来越广泛,生物炭的老化问题亦成为研究人员的研究重点。本论文以纳帕海高原湿地为研究背景,采用当地丰富的牦牛粪为生物质原料,通过在缺氧条件下对牦牛粪进行热解制备生物炭,研究热解温度对牦牛粪生物炭理化性质的影响,以及生物炭对氨氮的吸附作用及机理。模拟实际应用环境对制备所得牦牛粪生物炭分别进行冻融循环(物理老化)、生物老化、化学氧化等老化作用,并研究不同的老化作用对生物炭理化性质的影响及对氨氮的吸附行为的变化。最后通过室内土柱模拟实验,探讨牦牛粪生物炭的输入对土壤淋滤液性质的影响及其抑制土壤氮流失的机理。通过以上研究得出以下几点结论:1、牦牛粪在高温缺氧的条件下热解所得的生物炭具有以下特性:(1)表面带负电:(2)表面含有丰富的-OH、-COOR、C=C、C=O等含氧官能团;(3)表面粗糙,孔隙发达,表现出具有吸附NH4+的基础。热解温度高,牦牛粪生物炭的产率、阳离子交换量(CEC)、Zeta电位、各元素含量(C、N、O、H)、表面官能团(C=O、COOR、C-OH)减少;而生物炭的碱性、比表面积、孔容/孔径增加。这些理化性质直接影响其对氨氮吸附作用的强弱,其中CEC、BET、表面酸性官能团是主要影响因素。当溶液中NH4+初始浓度为20 mg·L-1吸附达到平衡时,三种热解温度的生物炭对氨氮的吸附率为:BC450(55.8%)BC300(51.6%)BC600(41.1%),BC450对氨氮的吸附效果最好。2、牦牛粪生物炭对氨氮的吸附行为表现为同时存在着多分子层不均匀吸附和单分子层吸附,吸附行为以化学吸附为主,同时伴随着物理吸附。物理老化作用不改变生物炭对氨氮的吸附作用机理。3、牦牛粪生物炭的物理老化、生物老化和H202氧化均会对其自身理化性质产生影响,生物炭发生老化后理化性质的变化如下:(1)C含量降低,O含量增加,C/O降低;(2)CEC显著增加,pH值及Zeta电位显著降低,其中,BBC300、BBC450 和 BBC600 的 CEC 分别增加了 4.2 倍、4.6 倍、2.3 倍;(3)COOR 官能团显著增加,PBC和BBC的比表面积增加。但是不同的老化方式对生物炭的理化性质的影响程度不同,生物炭的CEC、酸性官能团、比表面积和pH值是影响其吸附氨氮的关键性因素。老化炭对氨氮的吸附率大小为:生物老化炭物理老化炭H2O2氧化炭。4、生物炭的输入量与土壤淋滤液的累积淋滤体积呈反比,与淋滤液的电导率呈正比,输入量对淋滤液的pH值影响不明显。生物炭表面疏松多孔,可以吸持水分而提高土壤的持水能力,降低养分的流失,而生物炭表面带负电荷使其能够吸附土壤中的氨氮。生物炭输入量为0.5%时就能够使得土壤淋滤液中的氨氮、硝态氮及总氮的淋失量减少,且总氮的淋失量与生物炭输入量呈反比;生物老化炭输入土壤中能够降低硝态氮和总氮的流失,但与未老化的生物炭相比,其吸附性能减弱。牦牛粪生物炭应用于土壤中能够有效控制氮肥的流失,且能够改良土壤。本文的研究成果为实现高原湿地生物质资源的有效利用提供重要依据,对保护纳帕海湿地水环境和土壤环境提供重要的理论支撑。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S156

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本文编号：1316952