施用原始及铁改性生物质炭对土壤吸附砷(Ⅴ)的影响

【目的】考察生物质炭及铁改性生物质炭对土壤吸附砷[As(Ⅴ)]的影响。【方法】以法国梧桐Platanus orientalis修剪枝为原料在650℃限氧条件下热解制备生物质炭,并通过氯化铁(FeCl3)溶液浸渍、热解,将其进一步制备成铁改性生物质炭,对比考察改性后生物质炭理化性质和表面官能团的变化;并通过批量吸附试验探究不同As(Ⅴ)初始质量浓度、吸附时间对施炭土壤吸附As(Ⅴ)效果和规律的影响,通过分析吸附等温线特征和吸附动力学特征,探明吸附机制。【结果】铁改性生物质炭较原始生物质炭pH、比表面积及官能团数量降低,但灰分质量分数和电导率有所增加;Langmuir模型能较好拟合施炭土壤对As(Ⅴ)的吸附过程,表明吸附以单分子层为主。当As(Ⅴ)溶液初始质量浓度大于25 mg·L^(-1)后,铁改性生物质炭对As(Ⅴ)的吸附量大于原始生物质炭,且最大吸附量为0.36 mg·g^(-1)。原始生物质炭和铁改性生物质炭对As(Ⅴ)的动力学吸附符合准二级动力学方程,吸附过程在4 h前后分别为快速吸附和慢速吸附2个阶段,在24 h左右趋于平衡,且铁改性生物质炭处理下土壤的饱和吸附量比原始生物质炭处理高11%。【结论】施用2种生物质炭均能提高土壤对As(Ⅴ)的吸附效果,且铁改性生物质炭的吸附效果优于原始生物质炭。因此,施用铁改性生物质炭可以加强土壤对As(Ⅴ)的吸附作用从而降低As生物有效性。

铁改性油菜秸秆生物质炭对酸性茶园土壤氮磷淋失及酶活性的影响

生物质炭是一种具有前景的土壤改良剂,目前针对铁改性油菜秸秆生物质炭对茶园土壤养分淋失的研究相对较少。通过向茶园土壤中添加改性、未改性油菜秸秆生物质炭(炭土质量比分别为1%、3%和5%)后开展土柱淋溶及土壤培养实验,研究铁改性或未改性油菜秸秆生物质炭作用于土壤养分淋失及酶活性(蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶)的变化规律,旨在分析和比较铁改性及未改性生物质炭对茶园土壤微生物活性及养分循环的影响。结果表明,添加生物质炭可增加茶园土壤的保水能力,土壤水分累积淋溶量随生物质炭添加量的增加显著减少,添加5%的改性生物质炭(g3)及未改性生物质炭(w3)分别较未添加生物质炭的土壤(CK)减小7.70%和16.98%。g3处理对土壤硝态氮和磷酸盐的固持作用最为显著,淋失量较CK处理分别减少31.82%和60.56%。生物质炭对茶园土壤酶活性存在一定促进作用,但添加改性或未改性生物炭对土壤酶活性的影响存在明显差异。其中,w3中土壤脲酶、蔗糖酶分别显著高于其他处理14.85%~25.10%和19.00%~48.98%,添加3%未改性生物质炭(w2)后,土壤过氧化氢酶活性高出其他处理2.14~29.33μmol·h^(-1)·g^(-1);g3处理对酸性磷酸酶促进作用最强。总的来说,未改性生物炭在增强茶园土壤持水能力及促进土壤酶活性方面要优于铁改性生物炭,而改性生物质炭对土壤氮磷养分的固持作用更为显著。因此,为改善茶园土壤质量,提高土壤肥力,应适量选取铁改性生物质炭。

原始及铁改性生物质炭对污染土壤中As、Pb生物有效性和微生物群落结构的影响

为探讨原始和铁改性生物质炭对污染土壤中砷(As)和铅(Pb)生物有效性和土壤微生物群落结构的影响,利用As-Pb复合污染水稻土进行水稻盆栽试验,分别在土壤中施加3%(质量分数)的原始法国梧桐枝条炭(法桐炭)、铁改性法国梧桐枝条炭(Fe-法桐炭)、原始猪炭(猪炭)、铁改性猪炭(Fe-猪炭).试验结束后测定土壤pH、有机碳等理化性质、土壤养分有效性、土壤有效态As和Pb、稻谷中As和Pb的含量及土壤微生物群落结构等指标.结果表明,与对照相比,施用Fe-法桐炭对土壤中As的钝化效果较好,降幅为39%;施用猪炭对土壤中Pb的钝化效果较好,降幅为19%;Fe-法桐炭的施用使稻谷中As含量降低了80%.施用两种原始生物质炭后,土壤中的微生物群落多样性指数(Chao1、Shannon)和OTUs总数均显著)增加(p<0.05),但相较于原始生物质炭,施用铁改性生物质炭均提高了土壤中优势菌群的相对丰度,且两种铁改性生物质炭处理土壤中的优势菌属为Actinobacteria_unclassified、Gaiellales_unclassified和Nocardioides.冗余分析表明,土壤中微生物群落组成与土壤pH和有效态As关系密切.因此,施用生物质炭可以通过改变土壤pH和降低As胁迫等性质影响土壤微生物群落结构.综上所述,经过铁改性处理的法桐炭更适用于As污染土壤修复,而原始猪炭是一种比较理想的Pb污染土壤修复材料.