研究不同施肥处理对晋南旱塬麦田土壤微生物功能多样性的影响,可从微生物功能多样性的角度为旱地小麦减肥增产和肥力提升提供理论依据.本研究依托晋南黄土旱塬冬小麦种植区的长期定位试验田,设置秸秆炭(SF)、菌肥(BF)、有机肥(OF)、腐殖酸(HF)、测控施肥(MF)、农户施肥(FF)和不施肥(CK)7种处理,基于Biolog-ECO微平板法,研究了不同施肥处理下晋南旱塬麦田土壤微生物的碳源利用能力和功能多样性的差异.结果表明:不同施肥处理均能提高黄土旱塬麦田土壤微生物代谢活性和功能多样性,但不同处理的增效不同,SF处理下土壤微生物对碳源的利用最强,能够显著提高土壤微生物对31种碳源的总体利用能力和不同类型碳源的利用能力;SF处理下基于碳源利用的微生物功能多样性、物种丰富度、优势度均显著高于其他5个施肥处理,而其均匀度仅高于BF处理.主成分分析和双向聚类热图分析表明,不同施肥处理对土壤微生物群落代谢功能产生显著影响,SF处理对土壤微生物群落功能多样性有显著促进作用,这种促进作用主要体现在微生物对碳水化合物、羧酸类和氨基酸类碳源的利用上.综上,秸秆炭化还田对晋南旱塬麦田土壤微生物活性有较好的促进作用.

粒径是影响物质吸附性能的一个重要因素.本研究以不同粒径(0.25～1 mm、0.075～0.25 mm、＜0.075 mm)油菜秸秆生物炭(SBC)和鸡粪生物炭(MBC)分别与两种土壤(高磷土、低磷土)混合进行室内培养30 d,通过土壤磷等温吸附试验与解吸试验,结合土壤磷吸附相关性质,评价不同粒径生物炭对土壤磷吸附-解吸特性的影响.结果表明:在水体系中,3个粒径的SBC与MBC对磷的吸附能力大小均表现为＜0.075 mm(43125、20083 mg·kg-1)＞0.075～0.25 mm(37376、13199 mg·kg-1)＞0.25～1 mm(27749、12251 mg·kg-1);在土壤体系中,同一种生物炭的3个粒径间土壤磷吸附量差异较小.与无生物炭处理相比,添加SBC提高了 土壤对磷的最大吸附量(Smax),增幅为236.8％～755.7％,并降低了土壤磷解吸率;添加MBC的Smax增幅较SBC低,但提高了 土壤磷解吸率(增幅为7.2％～295.9％).两种生物炭处理均显著增加了 土壤总磷、速效磷和交换性钙、镁含量,其中SBC处理交换性钙、镁含量增幅为64.0％～257.1％,MBC处理增幅为39.1％～205.3％,且土壤交换性钙、镁含量与Smax呈极显著正相关.综上,生物炭粒径对土壤磷吸附性能的影响较小,提高土壤对磷吸附性能的关键因素是生物炭施入后带入的钙、镁;油菜秸秆生物炭对土壤磷吸附能力强,适用于提高富磷土壤对磷的固持能力,减少盈余磷素的流失;而鸡粪生物炭更适于改善低磷水平土壤,提高有效磷含量.

[背景]我国农业废弃秸秆存量大,微生物发酵无法实现其彻底转化,仍造成二次污染和资源浪费的问题.秸秆发酵废弃物可经热解炭化制备吸附剂用于水体有机污染物的高效去除.[目的]探究以秸秆发酵废弃物为原料所制备秸秆炭对有机污染物的去除效率,明确发酵过程对秸秆炭吸附性能的影响及机制,为水体有机污染物的高效去除和秸秆发酵废弃物的再利用提供参考.[方法]以丝状真菌里氏木霉 QM6a 和棘孢木霉 T-1 为发酵菌株,分别对小麦和水稻秸秆进行固态发酵,发酵残渣经热解炭化后用于吸附典型有机偶氮染料亚甲基蓝(methylene blue,MB).[结果]发酵处理可缩短吸附平衡时间,有效提高小麦秸秆炭对 MB 的吸附效率,但对水稻秸秆炭吸附性能无明显提升作用.棘孢木霉 T-1 发酵的小麦秸秆经 600℃热解所得秸秆炭(BaWS 600)对 MB(50 mg/L)的吸附效率较天然秸秆炭(BWS 600)提高 53.6%.准二级动力学模型可有效模拟吸附过程,BaWS 600 的平衡吸附量比BWS 600 和BWS 800 高 119.4%和 299.4%.Freundlich模型可较好描述等温吸附过程,表明 MB 在秸秆炭表面的吸附为多分子层吸附.秸秆发酵将小麦秸秆炭比表面积提高 47.4%?245.8%不等,且可增加热解炭化产物表面含氧官能团丰富度,是MB吸附效率得以有效提升的主要原因.[结论]真菌发酵过程可有效改善秸秆炭性状和污染物吸附性能,而棘孢木霉T-1 因具有更优的纤维素酶分泌能力,更适合作为发酵菌株用于改良秸秆炭污染物吸附性能.

研究选择华南地区两种典型土壤(水稻土和赤红壤),通过土壤培养试验,研究施用不同剂量(0％,1％,2％,4％)水稻秸秆生物炭处理对土壤养分及不同化学形态的硅含量随时间变化的动态影响.结果表明,不同剂量生物炭均能显著增加水稻土和赤红壤的pH值、总碳和速效钾含量,且随添加量的增加而增加.生物炭处理增加水稻土的碱解氮含量,但却降低赤红壤而的碱解氮含量.不同剂量生物炭添加均能显著提高两种土壤硅的不同化学形态的含量,其中4％的生物炭添加量效果最为明显.与对照相比,4％的生物炭处理在培养第10d时水稻土的CaCl2-Si、Acetic-Si、H2O2-Si、Oxalate-Si、Na2CO3-Si 含量分别增加 300.3％,419.4％、91.9％、115.0％和 82.5％,赤红壤则分别增加 864.9％,1463.4％、646.4％、186.5％、80.2％.综上,秸秆生物炭对土壤养分及不同硅形态的影响与生物炭添加量以及土壤种类有关,赤红壤影响效果要优于水稻土.

目的:探究生物炭降低铁皮石斛对重金属铜(Cu)和镉(Cd)吸收的效率及机制,为生物炭在铁皮石斛等中药材种植过程中的应用提供科学依据.方法:基质浸泡于15 mg/L的Cu2*和Cd2+溶液,稳定后分别加入1％、5％及10％含量的不同种生物炭,以未施加生物炭的处理组作为对照,在种植铁皮石斛后10、30、50 d取样,运用ICP-OES检测铁皮石斛中2种重金属的浓度,分析玉米秸秆、污泥以及椰壳生物炭对铁皮石斛中重金属吸收的效果.结果:3种生物炭对重金属Cu2+和Cd2+都存在一定的吸附效果,其中添加10％的椰壳生物炭对Cu2*吸附效果明显,平均去除率达30.99％;10％的玉米秸秆生物炭对Cd2+吸附效果明显,平均去除率达27.95％.同时,3种生物炭对Cu2+、Cd2d2+的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,主要为化学吸附,吸附过程近似为单分子层吸附.结论:施加生物炭可以降低铁皮石斛中重金属Cu2+和Cd2+的含量,且对2种重金属吸附力较强的生物炭种类不同,主要原因由于生物炭之间比表面积以及孔隙的差异,造成不同生物炭与重金属之间的离子交换和沉淀作用不同.

酸性矿山废水(AMD)中含有高浓度的硫酸盐和金属离子,对矿山生态环境造成了严重的危害.硫酸盐还原菌(SRB)可以将SO42-还原为S2-,沉淀金属离子,并生成生物硫铁,其处理效率较高.文章利用农业废弃物秸秆制备SRB的缓释碳源,考察了不同形式的碳源条件下SRB对酸性矿山废水特征污染组分的处理效果,并结合SRB原位生成的生物硫铁包覆颗粒,制备得到SRB-生物硫铁复合材料,通过批量实验和动态柱实验考查SRB-生物硫铁复合材料对高浓度模拟废水和实际矿井水的处理效果.结果显示:在pH为 5.5时,将秸秆渣作为游离SRB的碳源是可行的,但与秸秆渣相比,秸秆生物炭的处理效率明显更高,将秸秆生物炭与乳酸钠结合制备的SRB碳源,激活SRB的时间更短,12 h内对SO42-和Fe2+的去除率分别达到了 59.25%和 79.56%.在此实验范围内,随着生物炭投加量的增大,去除效率逐渐提高,在pH为 4.5～6.5的范围内,体系初始pH对SRB反应体系的处理效果影响不大.SRB-碳源与生物硫铁包覆颗粒结合后对高浓度的SO42-和Fe2+模拟废水能保持高效且持久的反应活性.动态柱实验表明SRB-生物炭-生物硫铁复合材料对酸性矿井水的特征污染指标有明显的修复效果,出水水质的大部分指标可满足地下水Ⅲ类标准,运行 15d后仍能保持稳定的修复效果.

研究植物不同器官碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量特征对深入了解土壤养分元素在循环过程中的相互耦合关系具有重要指示意义.在福州茉莉(Jasminum sambac)种植基地,设置对照、秸秆、生物炭添加处理,测定茉莉植株的生长特性、茉莉不同器官和土壤C、N.P含量,分析其生态化学计量特征.结果表明:与对照处理相比,秸秆添加处理的茉莉叶生物量显著增加了73.33％,土壤盐度和土壤温度均显著降低了37.04％和1.41％;而生物炭添加处理的茉莉株高、叶面积及叶、茎生物量较对照处理分别显著增加了26.11％、29.42％、239.59％和96.04％,土壤密度和土壤温度显著降低了 18.33％和1.79％.不同添加处理下,茉莉叶和茎的C含量及叶N含量均无显著差异,而根和土壤的C、N含量则表现为生物炭添加处理显著高于秸秆添加处理和对照处理;茉莉叶、茎和根P含量均表现为生物炭添加处理＞对照处理＞秸秆添加处理,且生物炭添加处理比对照处理分别显著提高了41.68％、43.73％和24.63％,而土壤P含量则表现为生物炭添加处理＞秸秆添加处理＞对照处理.其次,生物炭添加处理较对照处理降低了叶、茎、根和土壤的C∶P,且显著降低了茉莉叶和茎的N∶P,而根和土壤则反之.此外,茉莉不同器官的C、N、P元素内稳性整体表现为C＞N＞P,比值内稳性表现为N∶P＞C∶P＞C∶N.综合而言,生物炭添加增加了茉莉地上植株对N、P的吸收和同化量,进一步促进了植物-土壤系统的固碳与内稳性.

辽河口翅碱蓬湿地出现严重退化现象,滩涂土壤质量下降是翅碱蓬湿地退化的主要原因之一,施加土壤改良剂可以有效改善和提高土壤质量.本研究以盘锦红海滩湿地多年未生长翅碱蓬区域为对象,通过现场小区试验探究施加改良生物炭、腐殖土、有机肥、稻草秸秆和生物菌肥5种生物有机改良剂对翅碱蓬湿地土壤理化性质和翅碱蓬生长的影响.结果表明:施加5种生物有机改良剂后,土壤含盐量、容重及＜0.25 mm粒级团聚体百分含量降低,其与翅碱蓬根长、株高、株密度及生物量均存在显著负相关(P＜0.05);而土壤孔隙度、＞0.25 mm粒级团聚体百分含量及有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量增高,除有机质外它们均与翅碱蓬根长、株高、株密度及生物量存在显著正相关(P＜0.05);施加有机肥和生物菌肥对滩壤的改良效果较好,其次是施加腐殖土.本研究结果可为探寻低成本的翅碱蓬湿地土壤改良方法提供理论依据和技术支撑.

秸秆及其生物炭性质的差异可能会导致其还田后土壤微生物结构与特性的改变,从而影响土壤的物质循环.本研究选取芦苇秸秆(Straw,ST)及其生物炭(Biochar,BC)为还田材料,研究它们短期内对土壤微生物群落结构及微生物酶活性的影响.结果表明,BC和ST处理都显著增加了微生物的多样性,但增加的微生物类型存在显著差异.BC处理诱导的特异性微生物其腐殖化能力相对较强,或多以自养方式生存;ST处理诱导的微生物一般氧化活性高,往往在易降解碳源丰富的条件下占优势.较CK而言,ST处理显著增加了酶的活性,使得β-葡萄糖苷酶和脱氢酶活性分别提高了19.23％和187.27％;而BC处理则相反,其抑制了两种酶的活性,使得β-葡萄糖苷酶和脱氢酶活性分别下降了20.85％和61.09％.

利用玉米秸秆制备生物炭,进行吸附重金属Cd2+和Pb2+试验,分析生物炭吸附重金属的吸附量及吸附效率.试验结果表明:Cd2+的最优吸附条件是pH为5,120 min吸附平衡. Pb2+的最优吸附条件是pH为1,60 min吸附平衡;生物炭对养殖废水中Pb2+和Cd2+具有较好的吸附效果,吸附去除率分别为85%和98% ,生物炭对Pb2+的吸附效果明显优于Cd2+;Cd2+和Pb2+在秸秆生物炭表面上的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型.