酒糟炭基肥对红缨子高粱生长、产量及土壤养分的影响研究

为探索炭基肥中酒糟炭的最佳施加比例,通过盆栽试验研究含不同配比酒糟炭的酒糟炭基肥对红缨子高粱生长、产量及土壤养分的影响。结果表明,酒糟炭对红缨子高粱的生长有一定的促进作用,配施含30%酒糟炭的酒糟炭基肥显著增加植株株高和生物量(P<0.05);可提高红缨子高粱产量(平均每株产量13.6 g),比空白组、单施酒糟炭、单施有机肥分别提高了109%、96.5%、45.1%;配施含20%酒糟炭的酒糟炭基肥显著增加株径(P<0.05)。酒糟炭可有效降低土壤中铵态氮、有效磷和速效钾的淋失,在配施酒糟炭基肥的红缨子高粱收获后,含30%酒糟炭的炭基肥土壤中铵态氮、有效磷和速效钾含量均最低。

改性酒糟生物炭对紫色土壤镉形态及水稻吸收镉的影响

生物炭及改性生物炭已被广泛应用于重金属污染农田土壤修复领域.为探寻经济有效的镉(Cd)污染酸性紫色土壤修复改良材料,将酒糟制成酒糟生物炭(DGBC),并用纳米二氧化钛(Nano-TiO_(2))对其改性,制得两种改性酒糟生物炭TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC,采用水稻盆栽试验研究不同生物炭和不同施用量(1%、3%、5%)处理对土壤理化性质、养分含量、Cd赋存形态与生物有效性、水稻生长与Cd富集的影响.结果表明:①施用DGBC显著提高了酸性紫色土pH、CEC和养分含量,且TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC效果更好.②DGBC和改性DGBC使土壤Cd形态由可溶态向难溶态转变,残渣态Cd相较对照增加了1.22%~18.46%.土壤Cd生物有效性显著降低,DGBC、TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC分别使有效态Cd降低11.81%~23.67%、7.64%~43.85%和19.75%~55.82%.③施用DGBC和改性DGBC提高了水稻产量,DGBC、TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC在3%添加量时水稻产量最高,分别为30.60、37.85和39.10 g·pot^(−1),是对照的1.13、1.40和1.44倍.水稻各部位Cd含量显著降低,施用3种生物炭时水稻籽粒ω(Cd)分别为0.24~0.30、0.16~0.26和0.14~0.24 mg·kg^(−1),TiO_(2)/DGBC在5%、Fe-TiO_(2)/DGBC在3%和5%添加量时,水稻籽粒ω(Cd)低于0.2 mg·kg^(−1),符合国家食品中污染物限量标准(GB 2762-2022).总体来看,Nano-TiO_(2)改性DGBC通过自身的吸附作用和影响土壤Cd形态分布有效降低了土壤Cd生物有效性,从而降低了水稻对Cd的吸收,同时促进了水稻生长,提高水稻产量.是一种具有潜在应用前景的Cd污染土壤修复改良材料.研究结果可以为Cd污染酸性紫色土农田修复和农业安全生产提供科学依据.

高铁酸钾/高锰酸钾改性生物炭对Cd^(2+)的吸附研究

为增强生物炭对Cd的吸附性能,以600℃制备的酒糟生物炭(BC)为原料,采用K_(2)FeO_(4)和KMnO_(4)氧化活化的方式制备改性生物炭,分别标记为BCFE和BCMN,采用全自动比表面积和孔隙度分析仪(BET)、电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对改性前后酒糟生物炭的性质进行分析,并探究改性生物炭对Cd^(2+)的吸附效果。结果表明,添加K_(2)FeO_(4)和KMnO_(4)可有效地将Fe和Mn负载到生物炭上,分别在生物炭表面生成铁氧化物与锰氧化物。BCFE的总官能团含量分别是BC和BCMN的1.8倍和1.5倍,BCFE的含氧官能团与芳香性结构更为丰富。K_(2)FeO_(4)和KMnO_(4)改性显著提高了生物炭的比表面积,3种材料比表面积表现为:BCFE(2302.0 m^(2)·g-1)>BCMN(521.3 m^(2)·g-1)>BC(245.9 m^(2)·g-1)(P<0.05),BCFE的比表面积分别是BC和BCMN的9.4倍和4.4倍。吸附试验结果显示,当达到吸附平衡时,3种材料对Cd^(2+)的吸附量大小表现为BCFE(7.46 mg·g-1)>BCMN(5.61 m^(2)·g-1)>BC(1.46 m^(2)·g-1)(P<0.05)。3种生物炭对Cd^(2+)的吸附动力学模型均符合准二级动力学模型,吸附速率由快至慢排序为:BCFE>BCMN>BC;吸附等温模型均符合Langmuir模型,吸附过程为单分子层吸附,最大吸附量(Qm)表现为:BCFE>BCMN>BC。因此,K_(2)FeO_(4)和KMnO_(4)改性处理显著改善了生物炭的结构,提高了对Cd的吸附能力,且K_(2)FeO_(4)改性效果明显优于KMnO_(4)。可见,经K_(2)FeO_(4)改性的生物炭具有较好的吸附潜力,可作为Cd废水处理的有效材料。

改性酒糟生物炭对紫色土养分及酶活性的影响

为探寻酒糟生物炭和不同改性酒糟生物炭对土壤性质的影响,采用盆栽试验研究不同土壤改良剂(CK:不施改良剂、JZ:酒糟生物炭、TiO_(2)/JZ:酒糟生物炭负载纳米二氧化钛、Fe/TiO_(2)/JZ:铁改性酒糟生物炭负载二氧化钛)和不同改良剂施用量(1%、3%、5%)在水旱轮作下不同处理土壤养分和酶活性的差异特征.结果表明:①改性酒糟生物炭显著提高了土壤pH和CEC(P<0.05).Fe-TiO_(2)/JZ在5%添加量下水稻季土壤pH达7.95,较CK处理增加了2.3个单位;CEC达12.06cmol·kg^(-1),增加了21.38%;小白菜季土壤pH达5.99,较CK处理增加了1.5个单位;Fe-TiO_(2)/JZ在3%添加量下CEC达到8.91cmol·kg^(-1),增加了13.11%.②同时显著提高了土壤全氮和有效磷含量(P<0.05).在5%添加量下JZ、TiO_(2)/JZ和Fe-TiO_(2)/JZ土壤全氮于水稻季较CK处理分别提高了20.56%、85.04%和59.61%,于小白菜季分别提高了12.39%、22.68%和23.70%.水稻季中Fe-TiO_(2)/JZ在5%添加量下土壤有效磷增幅最大,达10.49mg·kg^(-1),是CK处理的1.64倍;小白菜季中TiO_(2)/JZ在5%添加量下土壤有效磷最高,达90.15mg·kg^(-1),相对于CK处理增幅达93.38%.③改性酒糟生物炭提高了过氧化氢酶和脲酶活性,降低了AN含量和酸性磷酸酶活性.均在3%添加量下过氧化氢酶活性增幅最大,水稻季中分别提高了12.19%、48.17%和37.30%,小白菜季中分别提高5.95%、8.34%和17.42%;水稻季中Fe-TiO_(2)/JZ在5%添加量下土壤脲酶活性达到最大,较CK处理提高了40.90%,小白菜季中TiO_(2)/JZ在5%添加量下土壤脲酶活性达到最大,较CK处理提高了58.53%;水稻季酸性磷酸酶活性降低了5.39%~24.66%,小白菜季降低了54.46%~61.40%.改性酒糟生物炭可以有效提高土壤pH和土壤养分含量从而影响土壤酶活性,在酸性紫色土施用3%~5%的铁改性负载二氧化钛酒糟生物炭较为适宜.

酒糟生物炭短期施用对贵州黄壤氮素有效性及细菌群落结构多样性的影响

为实现酱香型酒糟资源化综合利用和黄壤氮素有效性提升,采取田间培养试验,通过设置5个生物炭施用量0%(MB0)、0.5%(MB0.5)、1.0%(MB1.0)、2.0%(MB2.0)和4.0%(MB4.0),研究酒糟生物炭短期施用对贵州黄壤氮素有效性及细菌群落结构多样性的影响.结果表明,施用酒糟生物炭使土壤全氮(TN)和硝态氮(NN)含量分别提高35.79%~365.26%和122.96%~171.80%,微生物量氮(MBN)含量降低34.10%~59.95%,且随着生物炭施用量的增加,铵态氮/全氮(AN/TN)、硝态氮/全氮(NN/TN)和微生物量氮/全氮(MBN/TN)呈现出降低趋势.施用酒糟生物炭显著降低了土壤细菌OTU数量、群落丰富度和多样性,且随酒糟生物炭施用量的增加,该影响程度随之增加.与未施用酒糟生物炭MB0处理相比,酒糟生物炭的施用显著改变土壤细菌群落结构,随着生物炭施用量的增加,拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度提高了1.76~2.11倍,而酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)、奇古菌门(Thaumarchaeota)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)相对丰度均出现不同程度的降低,均以MB4.0处理降幅最为显著.同时,酒糟生物炭的施用还增加了一些土壤功能细菌的相对丰度,如链霉菌属(Streptomyces)、极小单胞菌属(Pusillimonas)等,降低了溶杆菌属(Lysobacter)和芽孢杆菌属(Gemmatimonas)等优势菌属的相对丰度.此外,冗余分析(RDA)结果显示,MBN/TN、NN和MBN是引起土壤细菌群落结构变化的主要氮素环境因子,而且MBN/TN、MBN与奇古菌门(Thaumarchaeota)和硝化螺旋菌属(Nitrospira)均呈显著正相关性,说明短期内酒糟生物炭的施用可以显著降低氨氧化古菌和硝化细菌的丰度,抑制土壤氨氧化作用和硝化速率,提高土壤氮素有效性.综上所述,短期内施用酒糟生物炭可以提高黄壤氮素养分,改变土壤细菌群落结构和多样性,并可以通过抑制土壤氨氧化作用和硝化作用有效阻控土壤氮素淋溶发生的风险,提高土壤氮素有效性.

酒糟生物炭负载铝对饮用水中氟的去除

以酒糟生物碳为原料,采用负载Al(OH)_3改性制得生物吸附剂(CDGB)。通过静态吸附实验研究吸附剂用量、初始浓度、吸附时间、pH值和共存离子对CDGB吸附氟能力的影响。结果表明:CDGB具有非常宽的最适pH值范围,在pH值为5.0~9.0范围内CDGB均能有效地去除饮用水中的氟离子;并且在氟初始浓度为10 mg·L^(-1),吸附时间40 min,CDGB的添加量为2 g·L^(-1)时氟的去除率可达90%以上,且吸附后水中氟离子含量低于1 mg·L^(-1),符合国家饮用水标准;溶液中常见的共存离子(硝酸根、氯离子和硫酸根)对吸附剂吸附没有显著影响;CDGB对氟离子吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和伪二级吸附动力学模型,理论饱和吸附容量为18.05 mg·g^(-1)。