锰改性生物炭材料对As(Ⅲ)的吸附特性探究

本文以玉米秸秆为原材料热解得到玉米秸秆生物炭(BC),用高锰酸钾对其改性得到锰改性生物炭(MnBC)。利用改性前后生物炭研究了其对As(Ⅲ)的吸附动力学和吸附等温线曲线,并探究了初始溶液pH对吸附性能的影响。结果表明,改性前后的生物炭对As(Ⅲ)的吸附过程更符合准二级动力学模型,MnBC吸附As(Ⅲ)的过程更符合Langmuir等温线模型。

水淹条件下锰改性生物炭对水稻砷吸收及形态分布的影响

水淹条件下水稻土有效砷含量高,威胁稻米质量安全。采用谷壳炭与高锰酸钾(质量比为5꞉1)吸附共沉淀法制备锰改性生物炭,明确其对土壤砷吸附性能的影响,通过盆栽试验设置低度砷污染、中度砷污染水平,探讨其在水淹条件下对水稻不同部位总砷及砷形态的影响。结果表明:(1)土壤中添加2%的锰改性生物炭,砷的吸附能力显著提高,对As(Ⅲ)最大吸附量(Qm)为1193.9 mg·kg−1,是土壤的最大吸附量(524.1 mg·kg−1)的2.29倍,是添加2%生物炭的最大吸附量(454.1 mg·kg−1)的2.63倍;(2)锰改性生物炭降低水稻土中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)含量,能将中度砷污染土壤中As(Ⅴ)含量降低至低度砷污染土壤水平;(3)锰改性生物炭显著降低根、茎、叶总砷含量,能将中度砷污染土壤水稻茎和叶中的总砷含量降低至低度砷污染土壤水平;(4)锰改性生物炭促进水稻根系在总砷含量降低的同时更多地吸收As(Ⅴ),显著降低水稻根、茎、叶中As(Ⅲ)含量,一方面是因为锰改性生物炭增强了对土壤砷的吸附和As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的氧化作用,另一方面,锰改性生物炭利于根表锰膜的形成,显著降低根表总砷含量,从而降低根系对砷的吸收。该研究可为锰改性生物炭在轻中度砷污染水稻种植区的治理修复应用提供科学依据。

蚯蚓/铈锰改性生物炭对As污染红壤中细菌多样性和群落结构的影响

在明确铈锰改性生物炭(MBC)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)联合修复可有效固定红壤As的前提下,采用高通量测序技术,探讨MBC与赤子爱胜蚓联合作用对As污染红壤中细菌多样性和群落结构的影响.结果表明,蚯蚓与生物炭/MBC单一和联合处理中,细菌多样性指数均以单一蚯蚓处理下最高,而单一生物炭、MBC的施用均导致土壤中细菌多样性下降;相较于单一生物炭和MBC处理,蚯蚓-生物炭和蚯蚓-MBC联合处理下细菌多样性指数均有不同程度增加;在细菌群落结构方面,各处理中土壤变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度均明显增加,以蚯蚓-MBC联合处理增加最为明显,较对照CK增幅分别达17.08%和329.47%,同时该处理中酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度则下降最明显,较对照CK的降幅达19.18%和48.76%.相关分析结果表明,土壤水溶态As(WSAs)的含量与变形菌门和拟杆菌门的相对丰度均呈显著负相关(P<0.05),而与酸杆菌门和绿弯菌门细菌呈显著正相关(P<0.05),即随着土壤中WSAs含量降低的同时,细菌群落中的变形菌门和拟杆菌门中细菌大量繁殖,而酸杆菌门和绿弯菌门中细菌生长受到抑制.与此同时,不同处理诱导细菌群落发生选择性变化,其中蚯蚓显著促进了γ-变形菌纲、黄杆菌目、气单胞菌目和贪食菌属细菌的繁殖,蚯蚓主要通过促进这4种菌的生长而致其对土壤As的固定效应增加.