炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响-土壤
土 壤 (Soils), 2014, 46(5): 814–818
①基金项目：国家自然科学基金项目(31260502)资助。 * 通讯作者(paul98@https://www.360docs.net/doc/c46521118.html,)
作者简介：侯建伟(1986—)，男，内蒙古通辽人，博士研究生，主要从事土壤肥力与植物营养研究。E-mail: hjw19860627@https://www.360docs.net/doc/c46521118.html,
炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响①
侯建伟，索全义*，梁 桓，韩雪琦，刘长涛
(内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特 010018)
摘 要：沙蒿是半灌木典型沙生植物，作为制炭物料具有其特殊性，而炭化温度决定生物炭形貌特征和化学性质。通过无氧炭化法制备了不同温度(300 ~ 900℃)的沙蒿生物炭，研究了炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征、表面官能团种类、产率变化和有机组分含量的影响。结果表明：生物炭孔径随着炭化温度的升高而增大，700℃以后生物炭结构有一定程度的破坏；生物质炭化后C–O–C 、–COOH 、–CH 3、–CH 2、–OH 和C=O 逐渐消失；生物炭产率随着炭化温度的升高而降低，尤其是从 300℃升高至 400℃产率降低最为明显，这与纤维素及半纤维素的分解有直接关系；生物炭中有机组分的C 元素含量增加，由 701.7 g/kg 增加到 899.3 g/kg ，增加了 197.6 g/kg ；而H 、O 和N 元素含量则逐渐降低，分别降低了21.4、171.8 和 6.6 g/kg ；生物炭中有机组分的原子比 H/C 、O/C 和 (N + O)/C 都逐渐减小。总之，生物质升温炭化过程中，炭化温度与生物炭孔径及有机组分的C 元素含量呈正相关关系而与生物炭产率、生物炭中有机组分的H 、O 和N 元素含量呈负相关关系，低温和中温炭化时生物炭保留原有的骨架结构，而高温时对其有一定程度的破坏作用，沙蒿生物质含有丰富的官能团，升温裂解过程中多数官能团消失，无机组分 Si–O–Si 得以保留，此外，生物质升温裂解是一个芳香性逐渐增强，亲水性和极性逐渐减弱的过程。
关键词：沙蒿；生物炭；表面结构；官能团；生物炭产率；有机组分 中图分类号：S152.4
沙篙是菊科篙属(Artemisia )的一个半灌木类群，是一种典型的沙生植物，具有很强的抗寒、抗旱和耐沙埋等特性。沙蒿在其生境中经过漫长的自然选择成为建群种和优势种，广泛地分布在半固定或固定的沙地，是较好的固沙防风植物，在生态保护和恢复中起到了非常重要的作用，也是恶劣生境下的重要碳汇植物。沙蒿平茬或刈割可明显促进其生长，增强它的生活能力，平茬或刈割后的沙蒿可将其就地转化成为生物炭(biochar ，无氧条件下炭化的产物[1–3])进行沙地封存。这一方面可以利用生物炭的稳定性实现碳汇的目的，为减缓全球气候变化做出贡献；另一方面可利用生物炭的多孔性、亲水性、吸附性等特性，实现改善沙地生境效应的作用[4–5]。
生物炭的特性由原料和制备条件所决定。目前研究制备生物炭的原料主要包括阔叶树、牧草、树皮、作物残余物(如稻草、坚果壳和稻壳)、柳枝梭、有机废物(如酒糟、甘蔗渣、橄榄废物、鸡粪、牛粪、剩余污泥和纸浆)等，而对沙地特殊生境下的沙蒿作为制取生物炭材料的研究尚未见报道[6]。
近些年来，因生物炭可充分发挥环境和农业效益而备受研究者的亲睐，而生物炭的含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、理化性质稳定等固有的特点是生物炭还田改土[7–9]、提高农作物产量、缓释肥效[10–12]，实现碳封存的重要结构基础。为此，本试验以沙生植物沙蒿为材料，研究炭化温度对沙蒿生物炭产率、表面特征、官能团、有机组分含量和有机组分中原子比的影响，为沙蒿生物炭的制取和应用提供基本依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为黑沙蒿，取自内蒙古呼和浩特市托克托县沙地，该沙地是库布齐沙地的东缘，分布在托克托县的西南。将取回的沙蒿平铺于室外阳光下晒干后粉碎放入烘箱中65℃烘至恒重(约24 h)，然后放入干燥器中以备制取生物炭。
1.2 试验设计
炭化温度设300、400、500、600、700、800和
第5期 侯建伟等：炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响 815
900℃ 7个梯度，炭化时的升温速率为150/h ℃，炭化时间为1 h ；每个处理均设3次重复。
1.3 生物炭的制备
炭化设备选用的是洛阳市西格马仪器制造有限公司生产的人工智能箱式电阻炉(SGM.VB8/10)，该设备可进行升温速率、炭化时间和炭化温度的调控。称取烘干沙蒿25.0 g ，在实验设计的条件下通过抽真空创造无氧环境制备生物炭。炭化结束后使其自然降温，备用。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 生物炭产率与元素组成 通过测定制备后生物炭的质量(干基W 1)和制备前沙蒿质量(干基W 2)，按公式(1)计算生物炭产率：
生物炭产率(%)=
12
W W ×100 (1)
全碳(C)、氢(H)和氮(N)采用CHN 元素分析仪(德国elementar ，Vario Macro) 测定，有机组分的元素组成通过扣除灰分(直接灰化法)含量得到并最终计算为质量百分数，氧(O)元素含量采用差量法计算，样品平行测定 3 次，用平均值计算有机质组分的 H/C 、O/C 和(O + N)/C 的原子比。
1.4.2 热重分析 用热重分析仪(德国耐驰STA409pc) 对过 10目筛的沙蒿生物质进行热重分析，样品用量 10.0 mg ，温度范围为30 ~ 1 000℃、升温速度
2.5℃/min ，氮气氛围、流量为 120 ml/min ；每次实验之前空载进行，标定仪器，确保测试的准确性；由温度与样品质量绘制热重曲线(TG)。
1.4.3 生物炭形貌特征 生物炭形貌特征采用日本日立公司生产的S-530型扫描电镜进行扫描。 1.4.4 红外光谱(FTIR) 用傅里叶变换红外光谱仪(NEXUS670，美国)测定沙蒿和不同条件下制备的生物炭的红外光谱图。测试条件：采用KBr 压片制样，波数范围 4 000 ~ 400 cm –1，分辨率
2.0 cm –1。
1.5 数据分析
数据处理利用SAS9.0进行方差分析(ANOV A)和相关性分析(CORR)，Excel 计算数据置信区间及绘制图表，利用Ominic8.2和Origin V8.0进行红外谱图的处理与制作。
2 结果与分析
2.1 炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征的影响
由不同炭化温度下沙蒿生物炭200倍的电镜扫描图片(图1)可知，沙蒿生物质炭化后生物炭具有大量疏松的孔隙结构，且孔径随着炭化温度的升高而增大。在300 ~ 600℃ 炭化后，原有主体结构均得到了完整保留且形成的碳架结构更为清晰、明显；700℃以后原有主体结构均遭到不同程度的破坏，具体表现为：炭化温度达到700℃时，髓部孔隙增大并开始外化破裂；炭化温度达到800℃时，韧皮部、木质部及髓呈簇状脱落，出现了比较大的孔隙但部分结构还可见到；炭化温度达到900℃时，生物炭的各种结构遭到严重破坏混成一片已分不出各自结构，且部分结构呈现块状脱落。一方面，可能是由于温度上升引起更多的挥发性产物析出，这些挥发性产物通过炭表面进
图1 不同炭化温度下沙蒿生物炭形貌特征
Fig. 1 Morphology features of Artemisia ordosica biochar under different carbonization temperature
816 土壤第46卷
入到气相空间，此时的炭已经很难保持原来的骨架结构；另一方面，生物质升温裂解过程中骨架结构不断收缩、断裂，部分结构脱落无固定结构的粉末状物质增多，生物炭变得更加无序。
2.2 炭化温度对沙蒿生物炭化学性质的影响
2.2.1炭化温度对沙蒿生物炭表面官能团的影响由沙蒿生物炭的红外谱图(图2)可知，沙蒿生物质含有丰富的官能团：3 000 ~ 3 665 cm–1宽吸收峰来自羟基(–OH)的伸缩振动，2 927 cm–1和2 856 cm–1处分别为脂肪性 –CH2的不对称和对称伸缩振动峰，1 700 ~ 1 740 cm–1处吸收峰主要是羧酸的C=O伸缩振动吸收，1 613 cm–1处为芳环的C=C或C=O伸缩振动峰，1 440 cm–1和1 375 cm–1处的吸收峰分别为木质素中的芳香性C=C和O–H 振动，1 247 cm–1和1 040 cm–1处为纤维素或半纤维素的C–O–C 振动吸收峰，466 ~ 1 081 cm–1为Si–O–Si 的振动吸收峰。
不同特征吸收峰可以解析为不同基团振动。由图2可知，不同温度的生物炭有相同的分子结构特点。结合官能团红外光谱特征，进一步分析认为：在3 400 cm–1左右有宽吸收峰，表明生物炭有大量的 –OH存在；在1 602 cm–1左右出现了芳环骨架或C=O的伸缩振动，表明生物炭表面存在芳环、酮类或醛类。由此，可推断生物炭结构可能是以芳环骨架为主，还可能含有芳香醚等官能团。
图2沙蒿生物质及不同炭化温度下生物炭的红外谱图Fig. 2 FTIRs of Artemisia ordosica biomass and biochar under
different carbonization temperature
由图2还可看出，不同炭化温度的生物炭所含官能团有一定的差异，同种官能团的振动形式也不同。300 ~ 500℃炭化制取的生物炭不仅有 –OH的伸缩振动，还有 –OH面内变形和C–O或C=O的伸缩振动，这与郝蓉等[13]研究不一致，说明形成条件和物料可一定程度地影响生物炭的结构性质。600 ~ 700℃炭化制取的生物炭有面内变形和C–O或C=O的伸缩振动，800 ~ 900℃炭化制取的生物炭并未出现 –OH的伸缩振动、面内变形和C–O或C=O伸缩振动。同时还可发现，不同炭化温度制取的生物炭吸收强度或峰面积也有差异，因此可推测官能团在整个生物炭分子组成上的含量不同。沙蒿主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。C–O–C存在于半纤维素和纤维素主链上，C–O–C的逆对称和对称伸缩振动频率分别在1 247 cm–1和1 040 cm–1，但生物炭中400℃以后未见到其相关吸收峰，说明半纤维素和纤维素在炭化温度达到400℃以后C–O–C已经全部断裂。–COOH的伸缩振动峰位于1 820 ~ 1 648 cm–1，在生物炭中也未见其相关吸收峰，这是因为 –COOH的热稳定性较差，炭化时易产生化学反应变成水和气体。–CH3的不对称和对称伸缩振动峰值分别位于2 972 ~ 2 953 cm–1和2 882 ~ 2 862 cm–1，–CH2的不对称和对称伸缩振动峰值分别位于2 940 ~ 2 916 cm–1和2 863 ~ 2 843 cm–1，在300℃以后生物炭中同样未见其相关吸收峰，说明在炭化过程中也已热解消失，这与陈再明等[14]研究一致。
2.2.2炭化温度对沙蒿生物炭产率变化的影响炭化时间和升温速率一定时，炭化温度和生物炭得率高度负相关(相关系数为 –0.878 9**)，这与已有研究结果一致[15–16]，其中由300℃升高至400℃时降低最为明显，降低了10.78%，而400℃以后炭产率缓慢降低(图3)。
图3炭化温度对沙蒿生物炭产率的影响
Fig. 3 Effects of carbonization temperature on Artemisia ordosica
biochar yield
对沙蒿生物质进行热重分析(图4)可知，炭产率降低是由于随着温度的升高沙蒿生物质中可挥发和分解的组分在此过程中逐渐去除，在33℃→100℃和200℃→400℃两个升温阶段沙蒿失重最为显著，而400℃以后变得相对缓慢，其中 33℃→100℃对应为样品失水所致；而200℃→400℃则是半纤维素(最大分解速率对应的裂解温度 300℃)和纤维素(最大分解速率对应的裂解温度 355℃)相继分解所致。400℃以
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图4N2氛围下沙蒿生物质的热重分析Fig. 4 Thermo gravimetric analysis (TG) of Artemisia sphaerocephala Krasch biomass under N2 atmosphere 后生物质质量的损失主要来自于生物质木质素组分的分解，与半纤维素、纤维素不同，木质素的分解较难，其热解失重过程发生在整个升温过程，此失重过程与图3中炭产率的变化是一致的。
2.2.3炭化温度对沙蒿生物炭有机组分的影响无论炭化温度高低，生物炭中有机组分的碳元素含量均在60% 以上，与已有研究结果[17–19]一致，且随炭化温度的升高而增加，由300℃的701.7 g/kg增加到900℃的899.3 g/kg，增加了197.6 g/kg，而H、O和N元素含量则逐渐降低，分别降低了21.4、171.8和6.6 g/kg(表1)。
表1不同炭化温度下沙蒿生物炭有机组分的元素组成和原子比
Table 1 Elemental compositions and atomic ratios of biochar prepared under different carbonization temperature
炭化温度(℃)
指标
300 400 500 600 700 800 900 C(g/kg) 701.7 ± 4.4 G 774.4 ± 2.8 F 852.4 ± 0.9 E 879.7 ± 0.2 D 884.9 ± 0.1 C 894.7 ± 0.4 B 899.3 ± 0.2 A
H(g/kg) 40.0 ± 2.6 A 38.0 ± 1.5 AB 36.2 ± 0.1 B 29.3 ± 0.1 C 26.6 ± 0.1 D 23.2 ± 0.2 E 18.6 ± 0.1 F
O(g/kg) 245.3 ± 0.3 A 174.9 ± 0.7 B 98.9 ± 0.1 C 79.8 ± 0.0 D 78.4 ± 0.2 D 75.8 ± 0.2 E 73.4 ± 0.1 E
N(g/kg) 13.0 ± 0.1 A 12.8 ± 0.2 A 12.5 ± 0.2 B 11.2 ± 0.4 C 10.1 ± 0.2 C 8.6 ± 1.2 D 6.4 ± 1.3 E H/C 0.68 0.59 0.51 0.40 0.36 0.31 0.25 O/C 0.26 0.17 0.09 0.07 0.07 0.06 0.06 (N + O)/C 0.28 0.18 0.10 0.08 0.08 0.07 0.07 注：同行不同大写字母表示不同温度间差异在P < 0.01水平极显著。
多重均值检验表明，当温度由300℃升至900℃时，各温度处理间的C元素含量均达到极显著差异水平(P < 0.01)；H元素含量除了400℃和500℃处理间无显著差异外，其他各处理间均达到极显著差异水平(P < 0.01)；O元素含量300℃、400℃和500℃之间及与其他各处理间均达到极显著差异水平(P < 0.01)；N元素含量只有300℃与400℃之间及600℃与700℃之间未达到显著差异水平，其他处理间均达到极显著差异水平(P <0.01)。相关性分析表明，炭化温度与生物炭的C元素含量相关系数为0.894 2**，二者之间存在高度正相关，而与H、O和N元素含量呈高度负相关关系，相关系数分别为 –0.981 3**、–0.850 7**和 –0.935 4**，表明沙蒿升温裂解过程是有机组分富碳、去极性官能团的过程。生物炭中有机组分的原子比 H/C、O/C 和(N + O)/C 反映生物炭样品的芳香性、亲水性和极性大小。由表 1 可得，炭化温度由300℃升到900℃生物炭的有机组分的原子比H/C、O/C 和(N + O)/C 都逐渐减小，表明沙蒿的升温裂解是一个芳香性增强，亲水性和极性减弱的过程。
3 结论
(1) 炭化温度对生物炭形貌特征有一定的影响，炭化温度越高生物炭孔径越大，且低温和中温均保留生物质本身的骨架结构，而高温对其结构有一定程度的破坏作用。
(2) 不同炭化温度的生物炭具有相同的化学结构，但所含官能团种类有所不同，同种官能团的振动形式也不同。生物质炭化后官能团会发生一定的变化，具体表现为300℃之前C–O–C、–COOH、–CH3和 –CH2消失，300 ~ 900℃ –OH和C–O或C=O键逐渐消失，无机组分Si–O–Si得以保留。
(3) 炭化温度与生物炭产率呈负相关关系，300 ~ 400℃生物炭产率降低较为明显，而400℃以后变得相对缓慢。
(4) 沙蒿生物炭的有机组分与炭化温度密切相关，并含有丰富的有机碳组分，随着炭化温度升高生物炭中有机组分的C元素含量增加，而H、O和N 元素含量下降，生物炭的芳香性增强，亲水性和极性减弱。炭化温度达到800℃时O/C和( N + O)/C达到定值，生物炭亲水性和极性不再变化。
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Effects of Carbonization Temperature on Artemisia ordosica Biochar Morphology and Chemical Properties
HOU Jian-wei, SUO Quan-yi*, LIANG Huan, HAN Xue-qi, LIU Chang-tao (College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agriculture University, Hohhot 010018, China)
Abstract:As a typical psammophyte subshrub, Artemisia ordosica plays a particular role in making charcoal materials. However, the morphology and chemical properties of biochar mainly depend on carbonization temperature. In the present study, Artemisia ordosica biochar at a range of 300 – 900℃ under anaerobic carbonization condition was prepared, and the effects of carbonization temperature on porosity, surface functional groups, biochar yield and organic components of the Artemisia ordosica biochar were investigated. The results indicated that the biochar porosity increased with the increase of temperature, biochar structure was damaged to some extent after 700; C
℃–O–C, –COOH, –CH3, –CH2, –OH and C=O gradually disappeared after carbonization; biochar yield decreased with the increase of temperature, particularly in 300 – 400 ℃; the cellulose and semicellulose greatly decomposed with the increase of temperature within 300 – 400 ℃; the carbon content in biochar increased from 701.7 g/kg to 899.3 g/kg, increased by 197.6 g/kg; however, the contents of hydrogen, oxygen and nitrogen decreased by 21.4 g/kg, 171.8 g/kg and 6.6 g/kg, respectively; H/C, O/C and ( N + O) /C gradually reduced. In summary, when the biomass was heated and carbonized, carbonization temperature was positively related to biochar porosity and carbon contents of organic components, while was negatively correlated to biochar yield, hydrogen, oxygen and nitrogen content of biochar. The original biochar structure was preserved under low-moderate temperature. However, high temperature destroyed the biochar structure to a degree. Artemisia ordosica biomass contain plenty of functional group. The most of functional groups disappeared with the increase of the pyrolytic temperature and the composition of Si–O–Si was left. In addition, the biomass heating pyrolysis is a process which aromaticity is increased and hydrophilic and polarity are gradually decreased.
Key words:Artemisia ordosica, Biochar, Surface structure, Functional group, Biochar yield, Organic constituents
秸 秆 生 物 炭 吸 附 土 壤 中 重 金 属 的 研 究
秸秆生物炭吸附土壤中重金属的研究 祖科吉李万海* （环境科学与工程系，环境1401） 摘要：玉米秸秆为原料，在350℃和700℃热解温度下分别制备两种生物炭（BC350和BC700），通过等温吸附实验、初始pH、不同粒径对玉米秸秆生物炭对Cd2+吸附影响。根据吸附结果，选BC700做吸附动力学试验。通过实验室模拟污染土壤添加生物炭，探究其对污染土壤中有效态Cd2+和水溶态Cd2+的影响，以及施入生物炭后对土壤pH的影响。结果表明：Langmuir 方程和Freundlich方程，两个方程均能较好的拟合，Langmuir方程能更好地拟合两种生物碳对Cd2+的吸附等温过程，其最大吸附量分别为34.22 mg·g -1和54.29 mg·g-1。BC700对Cd2+吸附过程更符合准二级动力学方程，对Cd2+的吸附效果更佳。初始pH对Cd2+的吸附影响较大，当pH=5时，吸附量最大为30.45mg·g -1，生物炭粒径对Cd2+的吸附影响较小。以土壤重量的0.05%，0.25%，0.5%，1%的量分别单个施入生物炭BC700，培养20d后，共4个处理同CK相比土壤pH0.24-0.32个单位值，土壤有效态Cd2+含量下降10.21 %-18.21%，土壤水溶态Cd2+下降13.3 %-40%。 关键词：生物炭；镉污染土壤；吸附量 近年来，由于玉米秸秆农业废弃物资源化利用处理比较困难。生物炭制备原料包括农业废弃物，工业和城市产生的有机固体废弃物等，制备秸秆生物炭可以改善此类问题。生物炭由于具有表面积大，呈现碱性，含有丰富的有机官能团和无机灰分等特点，生物炭在重金属修复方面的研究逐渐增多[1-2]。 重金属Cd的环境风险大，具有潜在的“三致”效应。Cd去除方法包括物理吸附、化学沉淀和生物修复等。由于具有简单，见效快等特点，吸附法被广泛的应用到处理重金属Cd中，然而，常用的商用活性炭的成本较高。因此，具备较高经济效益的吸附剂成为研究的重点[3-4]。其超标点位占全国土壤调查点位的7%[5]。当植物体中Cd的含量达到5-10ug·g-1（干质量）及会引起生物体毒性效应，到来严重的农产品安全问题[6]。Cd污染不仅会降低农作物产量和品质，还会影响土壤养分循环，导致土壤退化。 本研究以实验室模拟污染农田土壤为供试土壤，通过添加不同量的玉米秸秆生物炭，探究其对Cd污染土壤的影响（pH、有效态Cd2+含量、水溶态Cd2+含量等），以期将秸秆生物炭应用到龙潭川重金属污染原为钝化修复中，提供理论依据。本实验烧制的生物炭灰分多，产量低，但对土壤pH提高幅度较大，烧制过程中没有添加改性剂，无需处置可直接施入土壤，对土壤环境无有害影响。 1材料与方法 1.1 供试生物炭与土壤 首先收集废弃的玉米秸秆(玉米秸秆取自吉林化工学院后山农田）。生物炭的制备采用缺氧低温热解法，先将玉米秸秆用剁段，然后玉米秸秆用去离子蒸馏水洗净后放入105℃烘箱中烘干7h，用粉碎机粉碎后过80目筛保存，以备生物炭烧制使用。然后将粉碎后的秸秆放入坩埚压实，放入预热后的马弗炉，以升温速率10℃/min，并在目标温度350℃和700℃下处理2h，得到不同热解温度下的生物炭制品（分别为BC350和BC700）。冷却后，研磨过作者：祖科吉（Zukeji），男，吉林吉林，环境科学与工程本科生，E-mail:1132335448@https://www.360docs.net/doc/c46521118.html, *通讯作者：李万海（Liwanhai），男，吉林吉林，教授，主要从事污染源治理及解析的研究方向， E-mail：12532272507@https://www.360docs.net/doc/c46521118.html,
生物炭在农田土壤修复方面地应用
生物炭在农田土壤修复方面的应用 河北师大化学与材料科学学院农业项目组盛建维 一、生物炭概述 生物炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，属于秸秆废弃资源高值化利用的范畴。 生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。 生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式——木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbon negative）。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。事实上，之所以肥沃的土壤大都呈现黑色，就是因为含碳量高的缘故。英国环保大师詹姆斯·拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。研究人员也表示，生物炭也能提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。 制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。日前，气候专家找到了更清洁环保的方式，进行工业规模二氧化碳固定，利用巨型微波熔炉将二氧化碳封存在“生物炭”中，然后进行掩埋。这种特制“微波炉”将成为战胜全球变暖的最新利器。因此，该技术每年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。日前不少人将生物炭技术视为目前为止解决气候变暖问题的“尚方宝剑”，一种“气候变化减缓”战略和恢复退化土地的方式。有些专家甚至声称，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢复到工业化之前的二氧化碳水平。 近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，为解决粮食危机、全球气候变化等环境问题，提供了新的思路。此外，生物炭还在获取生物质能、废弃生物质资源化以及碳排放贸易等方面有着重要地位。近年来学界关于生物炭在土壤肥力改良、大气碳汇减排以及土壤污染修复等方面的研进展，并扼要分析了生物炭研究的前景和方向，为生物炭技术的应用和推广提供一定的思路。 二、生物炭的结构和基本特性 生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，而且以高度富含碳( 约 70% —80% ) 为主要标志，可以视为纤维素、羧酸及其衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂各异的含碳物质构成的连续统一体，其中烷基和芳香结构是最主要的成分。从微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，X 射线表明其具有乱层结构 ( turbostratic structure)。生物炭表面多孔性特征显著，因此具有较大的比表面积和较高的表面能。表面极性官能团较少，主要基团包括羧基、酚羟基、羰基、内酯、吡喃酮、酸酐等，构成了生物炭良好的吸附特性。随着研究的推进，研究者还发现生物炭具有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性由于原材料、技术工艺及热解条件等差异、生物炭在结构和 pH、挥发分含量、灰分含量、持水性、表观密度、孔容、比表面积等理化性质上表现出非常广泛的多样性，进而使
污染土壤微生物修复技术研究进展
污染土壤微生物修复技术研究进展课程论文 摘要针对2014年4月环境环保部公布的首次全国土壤污染状况调查结果，撰写我国最严重的耕地污染中主要污染物镉、砷、滴滴涕和多环芳烃的微生物修复研究进展。 关键词土壤污染；微生物修复；重金属污染；有机物污染 2005年4月至2013年12月我国开展的首次全国土壤污染状况调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达19.4%，迫在眉睫的主要污染物为镉、砷、滴滴涕和多环芳烃[1]。 微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军[2]。由于我国土壤调查结果显示在农田耕地中重金属污染物镉、镍、砷、有机污染物滴滴涕和多环芳烃超标最严重，对这些污染物的治理已经迫在眉睫。所以，本文重点阐述针对这5种污染物的微生物修复技术研究进展。 1、重金属污染土壤微生物修复研究进展 土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的[3]。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集 (如生物积累、吸附作用)、生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)、生物固定（如与S2-的共沉淀）、生物滤除（如细菌的淋滤作用）等作用方式。 1.1镉污染 将具有重金属吸附能力的天然蛋白或人工合成肽展示在微生物细胞表面,可以提高微生物对重金属的吸附能力。Kuro da等[4]改造了微生物表面蛋白使得当酵母金属硫蛋白( YMT )串联体在酵母表面展示表达后,4 聚体对重金属吸附能力提高5.9 倍, 8 聚
生物炭对苗期花生镉含量影响的文献综述
文献综述题目：生物炭在农业生产上的研究进展
生物炭在农业生产上的研究进展 摘要：作为重要的土壤改良剂、污染物质吸附剂的生物炭在农业和环境中具有巨大的应用价值和现实意义，因而受到国内外学者们的普遍关注。生物炭具有多孔性和巨大的表面积，它能够增加土壤的持水量、增加对营养元素的吸附以减少其流失并改善土壤的结构，此外生物炭本身含有丰富的营养元素并能够缓慢释放以供作物吸收，因此生物炭能改善土壤肥力并增加农作物产量。同时，生物炭巨大的吸附功能可以降低重金属和有机污染物在土壤及污水中的活性，起到降低污染物浓度的作用。因此生物炭在农业增产和减少污染方面有巨大的潜力。本文基于生物炭在农业增产和重金属污染治理方面的国内外研究文献，综述了生物炭的基本理化特性及对土壤重金属污染的改良作用，分析了生物炭对土壤肥力及作物增加产量提高品质的影响，阐述了生物炭对土壤重金属污染修复机理,及该领域未来的发展动向，为生物炭的全面研究和应用提供参考。关键词：生物炭；农业增产；土壤改良；重金属污染治理 1 引言 生物炭是一种细粒度和多孔的物质，外观类似木炭，是由生物质在缺氧条件下高温热解或燃烧生成。而在国际生物炭组织(IBI)对生物炭的定义中，进一步强调了其被目的性地施用到农业土壤及其环境效益的需求。生物炭的生产工艺相对简单, 原材料来源广泛且价格低廉, 使得炭在农业生产上应用成为了可能。生物炭施入土壤以后, 可以增加土壤的碳汇, 缓解气候危机; 还可以提升土壤肥力, 增加作物产量。 在中国，重金属污染和农业面源污染已经成为国家和科学家们重点关注的环境问题，并且我国的重金属治理形势极其严峻。同时由于70年代以来，农民过量使用化肥和杀虫剂等造成了Ｎ、Ｐ等营养元素以及有机污染物通过土壤进入水体造成了严重的有机污染以及水体富营养化，鉴于生物炭的多孔性以及较大的表面积，为改善中国的面源污染提供了可靠的途径。 2 生物炭在农业生产上的研究进展 2.1 生物炭的概念及其理化性质 目前为止，生物炭还没有十分确切的定义。一般认为，生物炭是生物质在供氧不足条件下发生不完全燃烧热裂解后所形成的产物(Antal and Gronli, 2003)。生物炭属于黑碳的一种，多为颗粒细致、质地较轻的黑色蓬松状固态物质，主要组成元素为碳、氢、氧、氮等，含碳量多在70%以上。其原料来源广泛，农业废弃物(如鸡粪、猪粪、木屑、秸秆)、城市污泥以及工业有机废弃物等都可作为其原料。 生物炭多孔，比表面积大，容重小，吸水、气能力强，多带负电荷，能形
生物炭在土壤污染修复中的应用
Hans Journal of Agricultural Sciences 农业科学, 2020, 10(9), 746-750 Published Online September 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/c46521118.html,/journal/hjas https://https://www.360docs.net/doc/c46521118.html,/10.12677/hjas.2020.109113 生物炭在土壤污染修复中的应用 李燕1,2,3,4 1陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西西安 2陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西西安 3自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西西安 4陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西西安 收稿日期：2020年9月3日；录用日期：2020年9月16日；发布日期：2020年9月23日 摘要 健康的土壤环境是城市发展、农业生产、宜居人居环境建设的重要基础，也是保障区域生态环境安全的重要前提。城市快速发展和经济结构转型升级过程中产生大量污染土地，对土壤、空气等人居环境和人体健康产生不可忽视的影响，污染土壤修复治理是有限土地资源高效利用的必要选择。生物炭作为一种在土壤改良、能源生产、废物利用、污染物治理等方面具有积极作用的多孔吸附性物质，在土壤污染修复领域具有重要应用价值。 关键词 生物炭，土壤改良，土壤修复 Application of Biochar in Soil Pollution Remediation Yan Li1,2,3,4 1Institute of Land Engineering and Technology, Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi’an Shaanxi 2Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi’an Shaanxi 3Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering, The Ministry of Natural Resources, Xi’an Shaanxi 4Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center, Xi’an Shaanxi Received: Sep. 3rd, 2020; accepted: Sep. 16th, 2020; published: Sep. 23rd, 2020
第4章 温度对植物生产的影响
第4章温度对植物生产的影响 【学习目标】 了解温度在植物生命活动中的作用以及温周期现象 理解土壤、空气温度的时空变化规律和调节温度的农业技术措施 掌握植物生产的基点温度、积温、有效积温、界限温度以及应用 熟练掌握温度表，土温表的使用技术 温度是植物生产环境的重要因子之一。植物在它整个生命周期中所发生的一切生理生化作用，都必须在其所处的环境具有一定的温度条件下进行。 温度对植物生命活动的作用主要表现在几个方面：在常温下温度的变化对植物生长发育的影响；温度变化对植物产量和品质的影响；温度过高或者过低对植物的伤害。 每一种植物，甚至同一植物的不同发育时期要求一个最低的起始发育温度。一般来讲，在此温度以上，温度越高，植物的发育越快，同时植物完成某一发育时期，要求一定的温度积累，植物为完成某一发育阶段，需要的积温却是相对稳定。根据植物阶段发育的理论，植物的发育就是导致生殖器官形成所经理的一系列生理变化过程。许多植物必须通过春化和光照两个阶段，才能开花结实。有些植物的种子或者植株，再起发育过程中有一段休眠时期，他们常要求一段相当时期的低温，否则不能完成发育过程。 温度对植物生长，发育的影响，最终会影响到植物的产量和品质。以小麦为例：要想达到好产量，就必须要有足够的苗数，穗数，粒数和较大的粒重，这就和各个时期的温度息息相关。不同时期作物对温度的要求和当地温度的季节性变化之间的良好配好对产量的大笑也是直观重要的。温度对植物产品品质有多方面的影响，其中温度的变化有重要作用，如白天温度较高时，往往有较强的光照，利于光合作用。夜间温度较低，减少呼吸消耗，有利于有机物质的积累。所以在温度日差较大的地区，瓜果含糖量高。另外，温度过低或者过高都会因对植物造成伤害甚至死亡。 第一节植物生长发育与温度 一．温度 1.温度是表示物体冷热程度的物理量，温度的微观实质是物体分子平均动能大小的度量。 2.温度的分类： 气象学及农业气象学中使用的温度常指气温，地温，水温，植物体温和夜温等五种类型（1）气温 就是空气温度，在地面气象观测上，通常指的是距离地面1.5m左右，处于通风防辐射条件下温度表读取的温度。气温在地球表面的平均分布由大气以及地表面的辐射状况，海陆下垫面的性质，大气环流的状况以及受环流制约的气团的移动等因素决定。在自由大气中，气温的变化和空气的绝热上升和下降有密切关系。在对流层中，气温一般随高度而递减。在平流层中，气温一般随高度缓慢增高。对流层中有时会出现气温随高度升高的逆温层。 （2）地温 指地面温度和不同深度的土壤温度的统称。在农业气象中常称土壤温度。前者指土壤水平暴露面的温度，后者指一定深度的土壤温度。由置于不同深度的温度表测得。 （3）水温 水体各层的温度，通常指水面温度。即水体表面的温度。海面温度代表接近海洋界面之下表面混合层中水温的状况。由于海洋面积占全球面积的71%，而且水的比热大，因此，海面水温通过海洋与大气界面的热量交换直接影响大气的温度，对天气过程的形成具有一定的作
生物炭对土壤肥料的作用和未来解析
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/c46521118.html, 生物炭对土壤肥料的作用和未来解析 作者：刘芳芬 来源：《农家科技下旬刊》2015年第08期 摘要：生物炭的应用，能够有效提升土壤中有机碳的含量，对土壤的保水、保肥性能进 行改善，减少养分的损失。通过将生物炭与肥料的相互结合，能够起到相互补充，促进作业的生长，增加产量的效果。本文结合生物炭的相关概念，分析了其对于土壤肥料的作用，并就其未来的研究方向进行了讨论和阐述。 关键词：生物炭；土壤肥料；作用；未来研究 近年来，伴随着可持续发展理念的不断深化，各种新的清洁能源资源得到开发，生物炭逐渐成为了农林、环境、能源等领域研究的重点，在废弃生物质利用、生物能源生产、肥料创新、温室气体减排中发挥着非常重要的作用，引起了相关研究人员的高度重视。 一、生物炭的相关概念 生物炭是指生物有机材料在无氧或者低氧环境中，经低温热裂解后产生的固体材料，可以是块状，也可以是粉状颗粒。在生物炭中，碳含量约在40%-75%，其余部分为矿物质和有机 化合物，一般呈碱性，不易分解。 在生物炭中，富含有机碳，而且碳元素一般都是以稳定芳香环不规则叠层堆积的方式存在，其中的化学成分受生物有机材料种类和来源的影响，例如，以木本植物制作的生物炭碳含量高，矿质养分含量低；以秸秆等制作的生物炭碳含量低，矿质养分含量高。高温环境对于有机物的分解有着相应的促进作用，因此，原生物质中的含碳物质、低分子有机物等会随着温度的升高，热解损失增大，残留量降低，而生物炭中的固定碳含量、灰分、PH等则会随着热裂解温度的升高而提高。同时，生物炭的CEC与其表面积、羧基官能团密切相关，在一定的温度范围内，生物炭的表面积和CEC可以达到最大。因此，最大CEC生物炭的生产必须对热裂解温度进行相应的优化。与其他各种形式的炭相比，生物炭强调生物质原料来源以及在农业科学、环境科学中的应用，一般用于土壤肥力改良、大气碳库增汇减排以及受污染环境的修复，在社会可持续发展中发挥着非常重要的作用。 二、生物炭对土壤肥料的作用 1.对土壤有机质的作用 土壤有机质是评价土壤肥力的重要标准之一，在其他条件相同的情况下，土壤有机质含量越高，则表明土壤越肥沃。土壤有机质同时也是陆地生态系统中重要的碳汇，能够改善土壤团聚体，保持其稳定性，支持微生物活动。在实际应用中，尽管生物炭的化学结构与土壤有机质或者腐殖质存在着一定的差别，但是其在改良土壤性能的作用上是一致的。生物炭的存在，能
含油土壤微生物修复技术
含油土壤微生物修复技术 一、国内外研究动态 1.1技术背景 石油是原油和石油制品的总称。原油是积累的有机物质经过地质变迁而形成的，主要由链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量硫化物、氮化物、环烷酸类等非烃化合物组成的复杂混合物，其中烃类占所有组分的95~99.5%，其化学组成、颜色和物理性状等随产地的不同而略有不同.【1】 石油是现代社会的最主要能源之一，石油工业在国民经济中占有十分重要的地位，也是国家综合国力的重要组成部分，因此世界各国十分重视石油工业的发展。【2】 在石油行业，土壤污染主要来源于油气生产、加工过程中产生的落地原油及含油污泥、钻井废泥浆以及含油污水处理产生的废渣等三部分。【3】石油进入土壤后,会破坏土壤结构，影响土壤的通透性，降低土壤质量；油污粘着在植物根系上，形成一层粘膜，阻碍植物根系对养分和水分的吸收，引起根系腐烂，影响农作物生长；石油富含的化学基团能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用,从而使土壤有效氮、磷的含量减少，影响作物的营养吸收；【4】石油中的多环芳烃具有致癌、致畸、致突变等作用【5】。石油烃中不易被土壤吸附的部分能渗入地下污染地下水。 1.2含油土壤的处理方法 为了消除土壤中的石油污染，各国的研究人员进行了广泛的研究。处理含油土壤的物理和化学方法主要有焚烧法、固化法、热脱附法、溶剂萃取法、洗涤法等，这些方法存在价格较高、破坏土壤结构和组分、造成二次污染等问题，限制了应用范围。【6】 生物修复因其具有成本低、效率高、无二次污染、易操作等优点，被认为是有机污染物修复技术中最有效、最可行和最可靠的方法，越来越引起人们的关注。Hung-Soo Joo等人发现粉末状Candida catenulata 在23%食物残渣和77%柴油污染的土壤（2%柴油）培养13天后，84%最初的石油烃被降解，相比较没有接种的只有48%的降解率。【19】研究表明固定化细胞相比自由细胞有着很高的热稳定性，并且底物浓度明显的影响着降解的能力。【21】 3石油的微生物降解 .3.1微生物降解石油污染物的优势 动物、植物、微生物都具有降解污染物的能力，但微生物在污染物降解中的作用最大。这是因为微生物具有种类多、分布广、个体小、繁殖快、比表面积大、容易变异的特点。 3.2环境中降解石油的微生物 能降解石油烃的微生物非常多，有100余属，200多个各种(顾传辉等，2001)。一般认为，细菌分解原油比真菌、放线菌容易的多，更能有效地降解原油。降解
重金属污染土壤修复精编
重金属污染土壤修复精编 High quality manuscripts are welcome to download
生物炭对重金属污染土壤修复的研究 1. 土壤重金属污染现状 重金属是指比重大于cm3的金属元素，主要包括锌（Zn）、银（Pb）、镉（Cd）、铜（Cu）、铬（Cr）、镍（Ni）、汞（Hg）和准金属砷（As）等。近年来，随着工业化、城市化的不断发展，工业活动、矿产的开采和冶炼、城市垃圾的处理、污水灌概、农药和化肥的不合理施用、机动车尾气的排放等人类活动导致大量重金属以各种不同的形式进入土壤，引起环境质量严重恶化。由于重金属不易在生物物质循环和能量交换中分解，土壤重金属污染不仅抑制作物生长发育，促成作物早衰，降低产量，并且还会通过食物链的富集、传递，危害人体健康。尤为严重的是，有毒重金属在土壤系统中所产生的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点,一旦有毒污染物进入土壤，则极难清理出来。随着土壤重金属污染不断加剧，因土壤重金属污染造成的致病事件频发，重金属污染土壤的修复问题逐渐引起了人们的关注，逐渐成为土壤及环境领域的研究热点和难点。 目前，人类活动是造成重金属在土壤中累积的主要来源。比如，金属矿产资源的开发利用通常会使矿区及周边地区土壤重金属含量累积；农业活动中肥料和农药的不合
理施用也会造成土壤污染，以磷肥为例，由于磷矿石成分复杂，含有多种重金属，比如Zn、Cr、Pb、Cu等，在施入过程中一同被带入土壌，进而在土壤中富集。 2.重金属污染土壤修复研究进展 土壤重金属的生物有效性及其对环境危害程度不仅与其总量相关，还与其在 土壤中的赋存形态有关。而重金属污染土壤修复的主要技术手段是更大程度的减少土壤中重金属的总量和降低其在环境中的有效性。根据修复手段，土壤重金属修复技术大致可以分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。其中，物理修复是指通过物理手段对土壤重金属进行稀释、热挥发或者移除等，比如客土法、电热法等；化学修复是指通过外源添加修复材料或土壤自身物质改变土壤环境引起化学反应来达到治理的效果，比如淋洗法、添加改良剂等（凯迪电厂的炭化物就属于改良剂的一种，属于生物炭）；生物修复即利用生物体来实现土壤重金属的迁移转化，比如微生物修复、植物修复等。不同的修复技术各有优劣，如何因地制宜地选择修复技术是土壤重金属修复的研究方向之一。 重金属污染土壤原位修复是指向污染土壤中投加一种或多种物质，调节土壤理化性质，通过与重金属发生一系列反应，改变重金属在土壤中的赋存形态，降低其生物活
土壤修复技术及优缺点
土壤修复技术及优缺点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
土壤是植物生长繁育的自然基地，是农业的基本生产资料，是人类赖以生存的极其重要的自然资源。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。 不同污染类型的土壤污染，其具体治理措施不完全相同，目前，重金属土壤的修复技术主要有工程措施，物理化学方法，植物修复方法以及微生物修复方法。 工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。通过客土、换土和深耕翻土与污土混合，可以降低土壤中重金属的含量，减少重金属对土壤-植物系统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污染区的常见方法，在这方面日本取得了成功的经验。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。 物理化学方法是当前重金属污染土壤修复研究的热点，也是最为成熟工程上应用最为广泛的修复技术，主要包括固化/稳定化技术，土壤淋洗技术，电动修复技术和电热修复技术等。 固化/稳定化技术是通过固态形式在物理上隔离污染物或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，从而降低污染物质的毒害程度。如通过施加水泥等固化土壤重金属的固化修复技术，或向土壤投入无机或有机改良剂，改变土壤的
温度对农作物生长的影响
温度对农作物生长的影响 农作物生长的三基点温度 农作物生长的三基点温度指农作物生长的最适温度、最低温度和最高温度。 在最高温度和最低温度时，农作物生长发育停止，在最适温度时，农作物生长速度最快。 在最高温度和最低温度时再升高或降低，农作物开始出现伤害甚至致死。 （白 多， 于西藏白天的高温配合较强的太阳辐射，积累的有机物质多，晚上的低温消耗的有机物质少的原因。 积温在农业生产中的应用 在农作物生长所需的其它因子得到基本满足，在一定的温度范围内，气温和农作物生长发育速度成正相关，即气温越高，农作物生长发育越快。当活动温度累积到一定的总和时，农作物才能完成整个发育周期（或者说农作物才能开花结果），这一温度总和称为积温。 高于生物学下限温度的温度值为活动温度。 活动温度与生物学下限温度之差称为有效温度。 积温表现了作物全生长期（或某一发育期）内对热量的总要求。 作物全生育期（或某一生育期）中活动温度的总和，称活动积温。 2019-8-5
作物全生育期（或某一生育期）中有效温度的总和，称有效积温。 生物学下限温度，又称生物学零度，指作物有效生长的下限温度，也就是作物生长三基点的最低温度。一般情况温带作物的生物学下限温度为5℃，亚热带作物为10℃，热带作物为18℃。籼稻为12℃，粳稻为10℃，油菜为4—5℃。 如计算水稻的有效温度： 早稻播后，4月8号的平均气温为16℃，其有效温度为16℃-12℃=4℃ 4月14号的平均气温为8℃，低于水稻生长下限温度，则4月14号的有效温度为0。 活动积温计算公式： Y=∑ti＞B Y为活动积温，B为生物学下限温度，ti＞B为高于下限温度的日平均温度，即活动温度。∑ 10～ 热带植物-棕榈树寒温带高寒区泰加林仙人掌蓝藻地球上各地带的植物需要的最适温度的范围是不同的。热带植物生活最适温度范围多在30～35℃；温带植物多在25～30℃，而寒带植物的最适温度一般稍高于0℃。 2019-8-5
土壤修复技术汇总
目录 一、中国土壤污染现状 .................................................................................................................. 1. 总体情况............................................................................................................................ 2. 污染物超标情况................................................................................................................ 3. 不同土地利用类型土壤的环境质量状况 ........................................................................ 4. 典型地块及其周边土壤污染状况 .................................................................................... 5.土壤污染治理的难度.......................................................................................................... 二、污染土壤的修复技术 .............................................................................................................. 1 典型的土壤污染问题 ......................................................................................................... 1.1 重金属污染 ............................................................................................................ 1.2 石油污染 ................................................................................................................ 1.3 化肥污染 ................................................................................................................ 1.4 农药污染 ................................................................................................................ 2 污染土壤的修复技术 ......................................................................................................... 2.1 物理修复 ................................................................................................................ 2.2 生物修复 ................................................................................................................ 2.3 化学修复 ................................................................................................................ 3 各土壤修复技术优缺点比较表 ......................................................................................... 4 土壤修复的产业链条 ......................................................................................................... 三、土壤修复企业 .......................................................................................................................... 1 土壤修复工程企业及其常用技术 ..................................................................................... 2 土壤修复行业2017年部分工程项目一览 ....................................................................... 四、运营模式 .................................................................................................................................. 1 污染方付费模式................................................................................................................. 2 受益方付费模式................................................................................................................. 3 财政直接出资方式............................................................................................................. 4 财政出资回购方式（BT模式） ....................................................................................... 5 PPP模式 ..............................................................................................................................
生物炭对污染土壤的修复及作用机理研究
生物炭对污染土壤的修复及作用机理研究摘要：生物炭作为一个一种土壤改良剂，在应用的过程中不仅能够减少温室气体的排放，而且还能够改良土壤理化和生物性状，降低土壤中污染物质的含量、排解土壤中的毒性，从而实现对土壤的修复。文章在阐述土壤污染情况和生物炭内涵、特点、性质、材料、制备方法的基础上，结合各个文献报道的内容具体分析生物炭对污染土壤的修复方法，旨在为相关人员对生物炭的研究提供更多支持。 Abstracts：Biochar as a soil conditioner, a in the process of application can not only reduce greenhouse gas emissions, but also can improve soil physical and chemical and biological properties, reduce content of pollutants in the soil, to eliminate toxicity in the soil, so as to realize the restoration of soil. Articles on soil pollution and biochar connotation, characteristics, properties, the material, the preparation methods, on the basis of combining the literature reports the content of the concrete analysis of biochar repair methods for contaminated soil, to relevant personnel to provide more support for biochar research. 关键词：生物炭；污染土壤；修复；作用机理；研究 引入：目前土壤污染状况，来自公报，生物炭对污染土壤的修复作用（概述） 从《全国土壤污染状况调查公报》的全国土壤污染状况调查了解到全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量较差，加上频繁的农业活动、工业活动等也加重了土壤污染现象的发生。从土壤污染分布的情况来看南方土壤污染重于北方，重工业地区工业废弃地、工业废弃地、公园园区污染比一般地区的污染严重，土壤污染中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。在这样的发展背景下，怎样控制和治理土壤污染，特别是重金属污染成为相关人们需要思考的问题。经过学者的调查研究发现生物炭能够有效缓解土壤中的重金属污染问题。生物炭是指生物残渣在低氧的状态下进行燃烧，燃烧之后形成多孔结构、低密度碳材料，从而使得生物炭具有不同的理化特点，能够对土壤中的酸碱环境、重金属污染问题进行改良、修复。为了更好的了解生物炭在土壤修复中的作用，加强人们对生物炭在防止土壤重金属污染中作用的认识，文章在介绍生物炭性质、属性、制备等基础上，对生物炭在 影响土壤理化性质、酸碱值、阳离子交换量、养分、污染转移、微生物群落等方面问题进行探究。 一、生物炭概述 （一）内涵和制备
污染土壤的微生物修复研究进展
污染土壤的微生物修复研究进展 土壤污染严重影响了土壤的生产力，是急需解决的环境问题。本文全面地介绍了土壤修复的微生物筛选与降解研究，以及污染土壤的微生物修复技术及其应用，提出了今后微生物修复研究的工作重点，强调了污染物降解基因的发掘和微生物复合修复技术开发的重要性。 标签：土壤污染微生物筛选微生物修复 1简介 我国土壤污染总体形势不容乐观，局部地区污染严重，目前至少有1300-1600万hm2耕地受到农药污染，约占全国耕地的10%以上，每年因重金属污染的粮食就达到1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元人民币[1]。与大气、水体相比，污染物更难在土壤中迁移、扩散和稀释，所以土壤污染的治理尤为重要，土壤的环境修复技术也应运而生。 80年代以前，土壤的环境修复主要侧重于研究物理、化学修复理论与技术，80年代后微生物修复受到高度重视。微生物修复主要利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经驯化的高效微生物，在优化的环境条件下，加速分解污染物，修复被污染的土壤。微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而在土壤的环境修复上具有巨大的发展潜力。 2土壤修复的微生物筛选与降解研究 我国土壤污染类型中，重金属污染和有机物污染所占比重较大。自然界中存在能够对重金属或有机物进行降解的菌种和微生物，这些微生物大多存在于被相应污染物污染的土壤表层。因此，人们一般以污染土壤为对象，从中筛选相应的降解菌。 为了获得高效镉吸附微生物，刘标等[2]从重金属污染土壤中分离筛选出4株耐镉能力较强的细菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1，其中菌株4-1的镉吸附效果最好，并研究分析了其他常见重金属离子对菌株4-1生长的影响，结果显示培养液中加入Zn2+、Cu2+对菌株生长无明显影响，但加入100mg/L Pb2+会抑制其生长。李明顺等[3]研究了微生物对锑的代谢机制，一方面微生物能够利用体内的蛋白如ArsB转运蛋白将锑外排，另一方面微生物能够对锑进行氧化，将毒性较强的Sb（Ⅲ）转化为毒性相对较弱的Sb（Ⅴ）。 为了得到高效的石油降解菌，汪杰等[4]以柴油为培养基的唯一碳源，从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化得到3株高效的石油烃降解菌，用这3株菌进行污染土壤的修复试验，污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右，为自然情况下的1/4左右。姜肸等[5]以南海
生物修复技术
生物修复技术作为一项有效的环保处理技术被应用始于上世纪70年代初。由于其具有设备简单、操作方便、经济可靠的特点，生物修复技术在全球范围内得到了迅猛的发展并被广泛应用于石油、化工、制药、矿山等行业的污染处理，成为土壤和地下水污染处理的首选技术。作为一种新兴的环保技术，生物修复技术具有广泛的市场发展前景。举例来说，在美国大约有750000个各种地下储罐，一半以上为石油或汽油灌，其中有超过300000个存在泄漏现象，并以每年30000左右的速度递增。生物修复技术被证明是目前处理此类污染的最经济和有效的环保技术。 关于生物修复技术在处理含油泥沙（主要产生于油田、炼油厂和石油泄漏）的应用，国外进行了大量的研究和实践。逐渐形成了一套较为成熟和可靠的工艺，并取得了不错的处理效果。总的来讲，这些工艺可分为异位生物修复和原位生物修复两种。其中异位生物修复主要包括composting(堆肥)和landfarming工艺，而原位生物修复主要包括Bioventing（生物通风）和soil vapor extraction (土壤气抽吸)工艺。作为一项较为复杂的环保技术，生物修复牵涉环保、生物、水文、地质等多个学科。因此，影响生物修复处理效果的因素也很多，大致包括生物种类及活性、污染物种类及浓度、土壤条件（土质、湿度、pH等）、营养成分、充氧状态以及温度等。所以，一个有效的工程方案在选择合适的工艺的基础上，还必须监测和控制适当的影响因素，才能达到最佳的处理效果。影响因素的参数确定和优化必须采用试验与实践相结合的方法来获得。 一、异位生物修复工艺 1、Composting(堆肥)
堆肥工艺就是将污染的土壤与一定量的填料混合后垒成土堆，土壤中的微生物在适当的条件下进行新陈代谢的同时将污染物降解并去除。填料的作用是改善土壤结构，提高空隙率，增加充氧效果，并提供适合微生物生长的温床。填料主要有稻草、木屑、鸡粪、牛粪、或活性污泥等。添加比例应视土壤结构和污染物的种类和浓度而定，通常为5%~40%不等。为提高处理效果，通常需要充氧、提供营养物质并保持适当的湿度。微生物新陈代谢所产生的热量能使土堆内部的温度高达30~60 C, 较高的温度能促进微生物的降解过程，达到较理想的处理效果。工程中，对土堆内部温度变化的监测能为充氧量提供依据。 通常堆肥工艺根据形式不同又分为Static Pile (Biopile)、Windrow、和Closed Reactor三种工艺。由于Closed Reactor工艺处理费用高从而限制了它的应用。工程中应用最广泛的是Biopile 和Windrow工艺。这两者的主要区别是供气方式的不同。Biopile是靠鼓风或抽吸的方式利用管路向土堆内充氧。而Windrow 则是利用人工或机械定期翻土来达到向土堆中充氧的目的。美国艾斯特技术工程公司在美国数十个石油污染土壤的生物修复工程均采用了Biopile 或Windrow工艺。统计数据表明，经过3-6个月的处理,TPHs的浓度下降了80%以上，处理效果明显。 2、Landfarming Landfarming是一种最简单的生物修复技术之一。它是将待处理的土壤以一定的厚度均匀的铺在事先经过处理的不透水的平地上，定期用类似爬犁的工具耕土; 在适当的条件下，利用土壤中的微生物的新陈代谢作用去除污染物。耕地的目的是提供充足的氧气和起到混合搅拌的作用。通常土层的厚度为15-40cm, 视处理