添加改性生物炭对黑土氮素吸附及淋溶特性的影响

【目的】探究金属离子改性生物炭对黑土氮素吸附和迁移特性的影响。【方法】以玉米秸秆为原材料,在450℃煅烧1.5 h条件下制备生物炭(BC),分别用KCl、ZnCl_(2)、FeCl_(3)溶液对其进行金属离子负载改性(分别命名为K-BC、Zn-BC和Fe-BC),并进行表征分析和氮素吸附试验,筛选出最佳改性生物炭;然后在黑土中添加质量分数0.3%的最佳改性生物炭(TB),以黑土作为对照(CK),探究这2个吸附体系的氮素吸附和迁移特性。【结果】Fe-BC对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附量分别为24632.79和5253.68 mg/kg,确定Fe-BC为最佳金属离子改性生物炭。Fe-BC的比表面积和平均孔径较BC提升了9.35和6.67倍。CK和TB在pH为3时对NO_(3)^(-)-N的吸附量最大,CK在pH为9时对NH_(4)^(+)-N的吸附量最大,TB在pH为5时对NH_(4)^(+)-N的吸附量最大。相较于准二级动力学方程,Elovich方程均能更好地描述CK、TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附动力学特征;相较于Freundlich方程,Langmuir方程均能更好地描述CK、TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附等温线;CK、TB对NO_(3)^(-)-N的吸附反应是自发、放热且无序的,对NH_(4)^(+)-N的吸附反应是自发、吸热且无序的。在氮素迁移试验中,TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的累积淋失量分别比CK减少53.19%和30.54%。【结论】黑土中添加Fe-BC可以有效增加对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附量,降低黑土中NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的淋失量,从而有效减少黑土中氮素的流失。