生物炭对土壤理化性质影响的研究进展

生物炭对土壤理化性质影响的研究进展
生物炭对土壤理化性质影响的研究进展

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/4c14461540.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/4c14461540.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

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/4c14461540.html,/journal/hjas https://https://www.360docs.net/doc/4c14461540.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

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/4c14461540.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

第四章 土壤物理性质

第四章土壤物理性质 主要教学目标:本章将要求学生掌握土壤物理性质如土壤质地、土壤结构以及土壤孔隙等内容。并在学习的基础上掌握改良不太适宜林业生产的某些土壤物理性质的一些方法。如客土、土壤耕作、施用化学肥料和土壤结构改良剂等。 第一节土壤质地 一、几个概念 1、单粒:相对稳定的土壤矿物的基本颗粒,不包括有机质单粒; 2、复粒(团聚体):由若干单粒团聚而成的次生颗粒为复粒或团聚体。 3、粒级:按一定的直径范围,将土划分为若干组。 土壤中单粒的直径是一个连续的变量,只是为了测定和划分的方便,进行了人为分组。土壤中颗粒的大小不同,成分和性质各异;根据土粒的特性并按其粒径大小划分为若干组,使同一组土粒的成分和性质基本一致,组间则的差异较明显。 4、土壤的机械组成:又叫土壤的颗粒组成,土壤中各种粒级所占的重量百分比。 5、土壤质地:将土壤的颗粒组成区分为几种不同的组合,并给每个组合一定的名称,这种分类命名称为土壤质地。如:砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等 二、粒级划分标准: 我国土粒分级主要有2个 1、前苏联卡庆斯基制土粒分级(简明系统) 将0.01mm作为划分的界限,直径>0.01mm的颗粒,称为物理性砂粒;而<0.01mm的颗粒,称为物理性粘粒。 2、现在我国常用的分级标准是: 这个标准是1995年制定的。 共8级: 2~1mm极粗砂;1~0.5mm粗砂;0.5~0.25mm中砂;0.25~0.10mm细砂; 0.10~0.05mm极细砂;0.05~0.02mm粗粉粒;0.02~0.002mm细粉粒;小于0.002mm粘粒 三、各粒级组的性质 石砾:主要成分是各种岩屑 砂粒:主要成分为原生矿物如石英。比表面积小,养分少,保水保肥性差,通透性强。 粘粒:主要成分是粘土矿物。比表面积大,养分含量高,保肥保水能力强,但通透性差。粉粒:性质介于砂粒和粘粒之间。 四、土壤质地分类 1、国际三级制,根据砂粒(2—0.02mm)、粉砂粒(0.02mm—0.002mm)和粘粒(<0.002mm)的含量确定,用三角坐标图。 2、简明系统二级制,根据物理性粘粒的数量确定。考虑到土壤条件对物理性质的影响,对不同土类定下不同的质地分类标准。在我国较常用。 3、我国土壤质地分类系统: 结合我国土壤的特点,在农业生产中主要采用前苏联的卡庆斯基的质地分类。对石砾含量较高的土壤制定了石砾性土壤质地分类标准。将砾质土壤分为无砾质、少砾质和多砾质三级,可在土壤质地前冠以少砾质或多砾质的名称。 五、土壤质地与土壤肥力性状关系 从两个方面来论述 1、土壤质地与土壤营养条件的关系 肥力性状砂土壤土粘土 保持养分能力小中等大 供给养分能力小中等大

土壤性质的测定.

含水量的测定 1、测定原理 土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重,即为土壤样品所含水分的质量。 2、仪器、设备 土钻、土壤筛(孔径1mm;)、铝盒:小型的直径约40mm,高约20mm;大型的直径约55mm,高约28mm;分析天平:感量为0.001g和0.01g;小型电热恒温烘箱;干燥器:内盛变色硅胶或无水氯化钙。 3、试样的选取和制备 3.1 风干土样:选取有代表性的风干土壤样品,压碎,通过1mm筛,混合均匀后备用。 3.2新鲜土样:在田间用土钻取有代表性的新鲜土样,刮去土钻中的上部浮土,将土钻中部所需深度处的土壤约20g,捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内,盖紧,装入木箱或其他容器,带回室内,将铝盒外表擦拭干净,立即称重,尽早测定水分。 4测定步骤 4.1 风干土样水分的测定:取小型铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h,移入干燥器内冷却至室温,称重,准确至0.001g。用角勺将风干土样拌匀,舀取约5g,均匀地平铺在铝盒中,盖好,称重,准确至0.001g。将铝盒盖揭开,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤6h。取出,盖好,移入干燥器内冷却至室温(约需20min),立即称重。风干土样水分的测定应做两份平行测定。 4.2 新鲜土样水分的测定:将盛有新鲜土样的大型铝盒在分析天平上称重,准确至0.01g。揭开盒盖,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘烤箱中烘烤12h。取出,盖好,在干燥器中冷却至室温(约需30min),立即称重。新鲜土样水分的测定应做三份平行测定。 注:烘烤规定时间后一次称重,即达“恒重”。 5计算公式 水分(分析基),%=〔(m1-m2)/(m1-m0)〕×100 (1) 水分(干基),%=〔(m1-m2)/(m2-m0)〕×100 (2) 式中:m0── 烘干空铝盒质量,g;m1── 烘干前铝盒及土样质量,g;m2── 烘干后铝盒及土样质量,g。平行测定的结果用算术平均值表示,保留小数后一位。平行测定结果的相差,水分小于5%的风干土样不得超过0.2%,水分为5~25%的潮湿土样不得超过0.3%,水分大于15%的大粒(粒径约10mm)粘重潮湿土样不得超过0.7%(相当于相对相差不大于5%)。

实验3 土壤理化性质测定与分析

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 实验3 土壤理化性质测定与分析 实验 3 土壤理化性质测定与分析1 土壤样品的采集和制备土壤样品的采集是否具有代表性,是决定分析结果能否正确反映土壤特性的关键。 因此,采集的土壤样品必须具有代表性,以确保土壤质量分析结果的正确性。 从田间采集来的土壤样品不可直接进行化学分析,需经过筛或风干过筛等处理后方可进行分析。 因此,在风干过筛处理中保持最小的误差是同样的重要。 本实验的目的在于通过土壤样品采集的实践,使学生更好地掌握采集具有代表性土壤样品的技能和合理处理样品的技能。 1.1 土壤样品的采集 1.1.1 耕层混合土壤样品的采集(1)确定采样单元根据有关资料和现场勘查后,将采样区划分为数个采样单元,每个采样单元的图类型,肥力状况和地形等因素要尽可能均匀一致。 (2)确定采样点数及采样点位置采样点数的确定,取决于采样区域的大小、地块的复杂程度和所要求的精密度等因素,一般以 5-20 个为宜。 采样点位置的确定要遵循随机布点的原则,常采用“S”型布点方式,该方式能较好地克服耕作、施肥等农业措施造成的误差。 但在采样单元面积较小,地形变化较小,地力较均匀的情况下 1/ 14

也可采用对角线(或梅花)形布点方式。 为从总体上控制采样点的代表性,避免在堆过肥的地方和田埂,沟边以及特殊地形部位采样。 (3)各采样点土样的采集遵循采样“等量”的原则,即每点所采土样的土体的宽度、厚度及深度均相同。 使用采样器采样时应垂直于地面向下至规定的深度。 用取土铲取样应先铲出一个耕层断面,再平行于断面下取土。 (4)混合土样的制备将个点采集的土样集中在一起,尽可能捏碎,混均;如果采集的样品数量过多,可用四分法将多余的土样弃去,以取 1kg 为宜。 其方法是将混均的土样平铺成四方形,划对角线将土样分成四份,将其中一对角线的两份弃去,如所剩样品仍很多,可重复上诉方法处理,知道所需数目为止。 采集含水较多的土样时(如水稻土),四分法很难使用,可将各样点采集的烂泥状样品搅拌均匀后,再取出所需数量。 将采好的土样装袋,土袋最好采用布制的,以保持通气。 (5)制作采样标签及采样记录选用耐浸润的纸签(牛皮纸或硫酸纸),用铅笔在标签上注明采样地点,日期,采样深度,土壤名称,编号及采样人等,一式两份,土袋内外各放一份。 同时做好采样记录。 1.1.2 土壤剖面样品的采集即按土壤发生层次的采样。 首先在能代表研究对象的采样点挖掘1× 1.5m 左右的长方形土

土壤理化性质分析方法

测定土壤理化指标有很多标准文件,部分指标有国家标准,部分用农业行业标准,由于指标太多,故列出土壤测定的一些方法,通过方法可以搜索到行业标准或国家标准的具体内容,供参考: 土壤质地国际制;指测法或密度计法(粒度分布仪法)测定 土壤容重环刀法测定 土壤水分烘干法测定 土壤田间持水量环刀法测定 土壤pH土液比1:2.5,电位法测定 土壤交换酸氯化钾交换——中和滴定法测定 石灰需要量氯化钙交换——中和滴定法测定 土壤阳离子交换量EDTA-乙酸铵盐交换法测定 土壤水溶性盐分总量电导率法或重量法测定 碳酸根和重碳酸根电位滴定法或双指示剂中和法测定 氯离子硝酸银滴定法测定 硫酸根离子硫酸钡比浊法或EDTA间接滴定法测定 钙、镁离子原子吸收分光光度计法测定 钾、钠离子火焰光度法或原子吸收分光光度计法测定 土壤氧化还原电位电位法测定。 土壤有机质油浴加热重铬酸钾氧化容量法测定 土壤全氮凯氏蒸馏法测定 土壤水解性氮碱解扩散法测定 土壤铵态氮氯化钾浸提——靛酚蓝比色法(分光光度法)测定 土壤硝态氮氯化钙浸提——紫外分光光度计法或酚二磺酸比色法(分光光度法)测定 土壤有效磷碳酸氢钠或氟化铵-盐酸浸提——钼锑抗比色法(分光光度法)测定 土壤缓效钾硝酸提取——火焰光度计、原子吸收分光光度计法或ICP法测定 土壤速效钾乙酸铵浸提——火焰光度计、原子吸收分光光度计法或ICP法测定 土壤交换性钙镁乙酸铵交换——原子吸收分光光度计法或ICP法测定 土壤有效硫磷酸盐-乙酸或氯化钙浸提——硫酸钡比浊法测定 土壤有效硅柠檬酸或乙酸缓冲液浸提-硅钼蓝比色法(分光光度法)测定 土壤有效铜、锌、铁、锰DTPA浸提-原子吸收分光光度计法或ICP法测定 土壤有效硼沸水浸提——甲亚胺-H比色法(分光光度法)或姜黄素比色法(分光光度法)或ICP法测定 土壤有效钼草酸-草酸铵浸提——极谱法测定 全量铅、镉、铬干灰化法处理——原子吸收分光光度计法或ICP法测定 全量汞湿灰化处理——冷原子吸收(或荧光)光度计法 全量砷干灰化处理——共价氢化物原子荧光光度法或ICP法测定

土壤各理化指标检测方法

土壤各理化指标检测方法 颗粒分布——比重法 原理: 土样经化学和物理方法处理成悬浮液定容后,根据司笃克斯(Stokes)定律及土壤比重计浮泡在悬浮液中所处的平均有效深度,静置不同时间后,用土壤比重计直接读出每升悬浮液中所含各级颗粒的质量,计算其百分含量,并定出土壤质地名称。并定出土壤质地名称。比重计法操作较简便,但精度较差,可根据需要选择使用。 仪器: 土壤比重计(甲种比重计或鲍式比重计),刻度0-60g/l;量筒,1000ML;锥形瓶500ML;烧杯50ML;洗筛(直径6㎝孔径0.25㎜),土壤筛(孔径2/1/0.5㎜)搅拌棒 试剂: 1、氢氧化钠溶液0.5mol/L(20g氢氧化钠,加水溶解稀释至1000ml) 2、六偏磷酸钠溶液0.5mol/L(51g六偏磷酸钠,加水溶解稀释至1000ml) 3、草酸钠溶液0.5mol/L(33.5g草酸钠,加水溶解稀释至1000ml) 步骤: ①称取通过2mm 筛孔的10g(精确至0.001g)风干土样置于已知质量的50m L 烧杯(精确至0.001g)中,放入烘箱,在105℃烘6h,再在干燥器中冷却后称至恒量(精确至0.001g),计算土壤水分换算系数。 ②称取通过2mm 筛孔的50g(精确至0.01g)风干土样(粘土或壤土50g,砂土100g)置于500m L锥形瓶中。 ③分散土样:根据土壤的p H 值,于锥形瓶中加入50m L 0.5mol/L 氢氧化钠溶液(酸性土壤)、50m L 0.5mol/L 六偏磷酸钠溶液(碱性土壤)或50m L 0.5mol/L 草酸钠溶液(中性土壤),然后加水使悬浮液体积达到250m L 左右,充分摇匀。在锥形瓶上放小漏斗,置于电热板上加热微沸1h,并经常摇动锥形瓶,以防止土粒沉积瓶底成硬块。 ④分离2~0.25mm 粒级与制备悬浮液 大于0.25mm 粒级颗粒用筛分法测定,小于0.25mm 颗粒用比重计法测定。在1000m L 量筒上放一大漏斗,将孔径0.25mm 洗筛放在大漏斗内。待悬浮液冷却后,充分摇动锥形瓶中的悬浮液,通过0.25mm 洗筛,用水洗入量筒中。留在锥形瓶内的土粒,用水全部洗入洗筛内,洗筛内的土粒用橡皮头玻璃棒轻轻地洗擦和用水冲洗,直到滤下的水不再混浊为止。同时应注意勿使量筒内的悬液体积超过1000m L,最后将量筒内的悬浮液用水加至1000m L。 将盛有悬浮液的1000m L 量筒放在温度变化较小的平稳试验台上,避免振动,避免阳光直接照射。 将留在洗筛内的砂粒(2~0.25mm)用水洗入已知质量的50m L 烧杯(精确至0.001g)中,烧杯置于低温电热板上蒸去大部分水分,然后放入烘箱中,于105℃烘6h,再在干燥器中冷却后称至恒量(精确至0.001g)。再将0.25mm 以上的砂粒,通过1.0 及0.5mm 孔径土壤筛筛分,分别称出其烘干质量(精确至0.001g)。 ⑤测定悬浮液温度:取温度计悬挂在盛有1000m L 水的1000m L 量筒中,并将量筒与待测悬浮液量筒放在一起,记录水温(℃),即代表悬浮液的温度。

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

实验土壤理化性质测定与分析

实验3 土壤理化性质测定与分析 1土壤样品得采集与制备 上壤样品得采集就是否具有代表性,就是决定分析结杲能否正确反映土壤特性得关键n因此,采集得土壤样品必须具有代表性,以确保上壤质虽分析结果得正确性。从EEI间采集來得上壤样品不可直接进行化学分析?需经过筛或风T?过筛等处理后方可进行分析。因此?在风干过筛处理中保持最小得误差就是同样得重要。木实验得目得在于通过上壤样品采集得实践?使学生更好地学握采集具有代表性土壤样品得技能与合理处理样品得技能。 1、1 土壤样品得采集 1.1.1耕层混合上壤样品得采集 (1)确定采样爪元 根据有关资料与现场妙查后,将采样区划分为数个采样单元.每个采样収元得图类型?肥力状况与地形等因素要尽可能均匀一致。 (2)确定采样点数及采样点位宜 采样点数得确定,取决干采样区域得大小.地块得复朵程度与所要求得精密度等因素,一般以5- 2 0个为宜。采样点位宜得确定耍逍循随机布点得原则?常采用?s‘型布点方式,该方式能较好地克服耕作、施肥等农业措施适成得误差。但在采样爪元面枳较小.地形变化较小?地力较均匀得情况下也可采用对角线(或梅花) 形布点方式。为从总体上控制采样点得代表性、避免在堆过肥得地方与ED顷.沟边以及特殊地形部位采样。 (3)各采样点土样得采集 遵循采样??等坦T得原则卡卩每点所采土样得上体得宽度、厚度及深度均相同。使用采样器采样时应垂直于地面向下至规定得深度。用取土铲取样应先铲出一个耕层断面,再平行于断面下取上。 (4)混合土样得制备 将个点采集得土样集中在一起.尽可能捏碎?混均:如果采集得样品数址过女,可用四分法将笋余得土样弃去,以取1kg 为宜。其方法就是将混均得丄样平铺成四方形?划对角线将上样分成四份?将其中一对角线得两份弃去,如所剩样品仍很女,可重复上诉方法处理?知道所需数目为止。采集含水较多得土样时(如水稻上), 四分法很难使用?可将各样点采集得烂泥状样品搅拌均匀后,再取出所需数虽。将采好得上样装袋.土袋最好采用布制得?以保持通气。 (5)制作采样标签及采样记录 选用耐浸润得纸签(牛皮纸或硫酸纸〉?用铅笔在标签上注明采样地点,日期,采样深度,上壤名称?编号及采样人等,一式两份,土袋内外各放一份。同时做好采样记录。 1.1.2±壤剖面样品得采集 即按土壤发生层次得采样。首先在能代表研究对铁得采样点挖掘1X1. 5m左右得长方形丄壤剖血坑. 较窄得一面向阳?作为剖血观察面。挖出得土应放在土坑得两侧?而不要放在观察而得上方。丄坑得深度根据具体情况确定,一般要求达到母质层或地下水位。根据剖面得土壤颜色.结构、质地、松紧度、湿度及植物根系分布等.划分土层。按研尤所需了解得项目逐项进行仔细观察?描述记载?然后至上而下逐层采集样品. 一般采集各层最典型得中部位置得上壤?以克服层次之间得过渡现念.保证样品代表性。每个土样质址1 k g左右?将采集得样品放入样品袋,写明标签(同上)。 (1 ) 土壤诊断样品采集 为找出造成某些植物发生局部死苗失绿?綾缩?花而不实等界常现歓得原因,必须对土壤进行某些成分得分析测定。一般应在发生异常现象得范鬧内,采集典型上壤样品?多点混合?同时在附近采集正常上样作为对照。 (2)上壤盐分动态样品得采集 淋溶与蒸发就是造成上壤剖面中盐分季节性变化得主要原因?因此?这类样品得采集按垂直深度分层采取。即从地表起每10cm或20cm划为一个采样层?収样方法釦『段取"即在该取样层内,自上而下,全层均匀得取丄,这样有利干丄壤储盐量得汁算?或绘制丄壤盐分分布图。研尤盐分在土壤中垂直分布得特点时.则笋用“点取”即在各样取样层得中间位貝取样。此外?应特别注重采样得时间与深度”1为盐分上下移动受不同时间得淋溶与蒸发作用得影响很大。 (3)土壤物理性质测定样品采集 如测定土壤容重与空隙度等物理形状?需要原状土样?其样品可直接用环刀在各上层中采取。采取丄壤结构性得样品?

生物炭的应用领域

1.生物炭的应用领域 (1)生物炭的环境效应 随着低碳经济和可持续发展理念的提出和实施,气候变化问题不容小觑,而COZ等气体的排放所造成的温室效应也成为全世界的环境难题。制备生物炭的生物质来源广泛,易集中处理,低污染,可再生,应用潜力巨大。Lehmann曾指出,植物光合作用吸收的CO2会转变为碳水化合物来储存,经过热解处理后得到的生物炭再重新施与土壤中会起到固碳的作用,这种循环可以称为一个净的“负碳”过程,可以有效缓解全球气候变暖问题[34] 除此以外,生物炭因其自身的特殊性能还常常被用于水质净化,污水处理,废气处理等环境领域。如生物炭常被用于脱硝脱硫工艺中,通过吸附作用有效去除二氧化硫及氮氧化物等污染物。 (2>生物炭的农业效应 己有研究发现,农林业废弃物通过热解炭化制备成生物炭并以土壤改良剂的形式重新施与土壤,可以起到改善土壤环境,增加土壤肥效,提高农作物产量,并修复土壤的效果,若能运用于实际中,能极大的促进土壤的可持续利用和农业的绿色发展。 生物炭含有丰富的矿质元素,施加到土壤中可提高土壤中P, K, N, Mg, Ca, N等元素的含量,尤其是畜禽粪便生物炭对贫瘩土壤的养分补充效果非常明显。生物炭的石灰当量值较大,因此施与土壤中能与石灰有同样的作用,通过提高土壤碱基饱和来降低可交换铝水平,而酸性土壤的pH值也可以通过生物炭对土壤质子的消耗作用来完成[35-37],进而改良酸性土壤养分的有效性。生物炭自身的高碳含量,不但可以增加土壤中的有机碳,还可以一定程度的提高土壤中有机质的含量,外加它本身就具有一定的吸水能力,因此,能大幅度的提升和改善土壤整体的养分吸持容量和持水能力。在土壤保肥方面,生物炭因其自身的特殊性质具有较高的吸附能力,阳离子交换量(CEC)和化学反应性,因此,常起到肥料缓释载体的作用,通过延迟和缓冲土壤中肥料的释放来提高其利用率[[38,39]。同时,生物炭的水肥吸附作用及孔隙结构能有效的改善土壤微生物环境, 为有益微生物的生存提供良好的栖息环境,促进其种群的繁硝和活性的保持[40-42] (3)生物炭的能源效应 化石能源作为人类文明进步和社会发展所依赖的主要能源结构,因为不可持续性和人类的巨大消耗使其逐渐走向枯竭。能源危机也因此成为全球高速发展的限制性因素,如何探索和发现新型替代能源己是燃眉之急[43]。生物炭作为一种可再生碳源,燃烧性能好,热值高,清洁,无污染,因而具有极大的开发潜力。我国每年秸秆产量有七亿吨,制成生物炭具有的热值高达2.25亿吨,价值折合Ig00亿元人民币,可填补我国燃煤缺口的一半以上,可应用于农村分散供热,供暖以及城市集中供暖,发电等,有效调整我国能源结构,为绿色可持续发展提供新型起步点和着眼点。除此以外,生物炭制备过程中获得的混合气和生物油以蒸汽催化的方式进行重新整合收集后可得氢气副产品,作为一种新原料和能源被用于合成氨等其它方面与领域[44]。而生物油也可升级加工为工业化学品,和化学还可进一步精炼得到生物柴油燃料。因此,生物炭制备过程中所产生的生物能源品可在一定程度上缓解化石能源的压力,并 从总量上减小了化石原料的碳排放量。L (1)在污水处理中的应用 生物炭的多孔结构及高比表面积使其与活性炭类似,可以用于环境中的污染物的吸附剂(Beesley L, et al., 2010; Beesley L, et al., 2011; Chen X, et al.,2011; Ippolito J A, et al. , 2012a)。目前,己有很多研究使用废弃物制成的生物炭来去除水中的污染物,并且对多种污染物都有显着的吸附效果(Cao X D, et al.,2009; Chen X, et al.,2011;Dong X, et al.,2011;Ippolito J A, et al.,2012a;Qiu Y, et al. , 2008 ; Uchimiya M, et al. , 2010)。生物炭在污水处理方面的应用主要包含两个方面,即有机污染治理和无机污染治理。有机污染物主要包括染料、酚醛树脂、农药、芳烃以及抗生素等,无机污染物主要包括阳离子和阴离子。Chen等(Chen X, et al. , 2011)报道了由硬木和玉米秸秆制备的生物炭对Cu和Zn有很强的吸附性,分别高达12.5和11.0 mg/g o Klasson等使用杏仁壳生物炭吸附水中的二嗅氯,其比表面积可达到344 m2/g,最大吸附量为102 mg/g(Klasson K T,et al. , 2013) o Cao等(Cao X D, et al., 2009)研究表明在

重金属污染土壤的生物炭稳定化修复及其健康风险评估

重金属污染土壤的生物炭稳定化修复及其健康风险评估生物炭是由生物质在限氧条件下经高温热解产生的富碳固态物质,因其在农业和环境领域中表现出巨大的应用潜力而备受国内外学者们关注。然而,生物炭自身携载污染物的潜在环境影响尚未受到足够重视,生物炭对重金属的固持性能及机理仍有待深入研究,生物炭稳定化修复重金属后的健康风险评估鲜有报道。因此,本文以玉米秸秆、生活污泥和油菜饼粕为前体材料,在一系列温度条件下制备了不同类型的生物炭,表征了生物炭的基本理化特性,分析了炭体材料中多环芳烃(PAHs)、重金属和矿质元素的赋存特征并评价了其环境适宜性;研究了生物炭对重金属Pb、Cd的固持特性及影响因素,揭示了生物炭固持Pb、Cd的主要作用机理;通过化学形态提取法、模拟酸雨浸提法及生物学指示法综合研究了生物炭对土壤重金属的稳定化效果;采用本课题组自主研发的污染场地健康与环境风险评估软件,并选择典型污染场地开展了生物炭稳定化修复重金属污染土壤的健康风险评估。研究结果可为生物炭材料的筛选、重金属污染土壤的稳定化修复提供理论基础与技术支撑。主要研究结论如下: (1)揭示了不同热解温度作用下生物炭理化性质和赋存污染物的变化规律及其在土壤改良中的应用潜力。玉米、污泥和油菜生物炭的产率、溶解性有机碳、表面羧基、酚羟基和内酯基含量随热解温度的增大而降低,pH、比表面积、灰分和碱性基团含量则逐渐升高。当热解温度在300-500℃之间时生物炭容易产生较高浓度的PAHs,而700℃时生成量最低。热解过程导致大多数重金属在炭体材料内富集浓缩,部分重金属(Pb、Cd)在600℃以上高温时存在明显的挥发损失。炭化作用降低了生物炭中绝大多数金属元素的植物有效性和淋溶潜力。高温条件下(600-700℃)制备的生物炭中PAHs浓度、重金属及矿质元素的易淋溶态含量更低,对土壤和地下水环境的潜在风险更小,可作为土壤改良剂。 (2)研究了生物炭对重金属Pb、Cd的固持能力,阐明了生物炭对Pb、Cd的固持机制为表面含氧官能团络合作用与表面沉淀作用。生物炭对Pb、Cd的固持量随着溶液中重金属初始浓度的增大而逐渐上升,随溶液pH的降低而逐渐下降。不同前体材料制备的生物炭对Pb、Cd的固持能力高低顺序依次为玉米生物炭>污泥生物炭>油菜生物炭。表面官能团红外光谱表征发现,生物炭固持Pb、Cd后多处吸收峰发生偏移,表明炭体材料表面的有机官能团参与了重金属的固持过程,Pb、Cd可能与-OH、-COOH等含氧官能团发生络合反应。Visual MINTEQ模型预测结果表明,700℃制备

实验3 土壤理化性质测定与分析

实验3 土壤理化性质测定与分析 1 土壤样品的采集和制备 土壤样品的采集是否具有代表性,是决定分析结果能否正确反映土壤特性的关键。因此,采集的土壤样品必须具有代表性,以确保土壤质量分析结果的正确性。从田间采集来的土壤样品不可直接进行化学分析,需经过筛或风干过筛等处理后方可进行分析。因此,在风干过筛处理中保持最小的误差是同样的重要。本实验的目的在于通过土壤样品采集的实践,使学生更好地掌握采集具有代表性土壤样品的技能和合理处理样品的技能。 1.1土壤样品的采集 1.1.1耕层混合土壤样品的采集 (1)确定采样单元 根据有关资料和现场勘查后,将采样区划分为数个采样单元,每个采样单元的图类型,肥力状况和地形等因素要尽可能均匀一致。 (2)确定采样点数及采样点位置 采样点数的确定,取决于采样区域的大小、地块的复杂程度和所要求的精密度等因素,一般以5-20个为宜。采样点位置的确定要遵循随机布点的原则,常采用“S”型布点方式,该方式能较好地克服耕作、施肥等农业措施造成的误差。但在采样单元面积较小,地形变化较小,地力较均匀的情况下也可采用对角线(或梅花)形布点方式。为从总体上控制采样点的代表性,避免在堆过肥的地方和田埂,沟边以及特殊地形部位采样。 (3)各采样点土样的采集 遵循采样“等量”的原则,即每点所采土样的土体的宽度、厚度及深度均相同。使用采样器采样时应垂直于地面向下至规定的深度。用取土铲取样应先铲出一个耕层断面,再平行于断面下取土。 (4)混合土样的制备 将个点采集的土样集中在一起,尽可能捏碎,混均;如果采集的样品数量过多,可用四分法将多余的土样弃去,以取1kg为宜。其方法是将混均的土样平铺成四方形,划对角线将土样分成四份,将其中一对角线的两份弃去,如所剩样品仍很多,可重复上诉方法处理,知道所需数目为止。采集含水较多的土样时(如水稻土),四分法很难使用,可将各样点采集的烂泥状样品搅拌均匀后,再取出所需数量。将采好的土样装袋,土袋最好采用布制的,以保持通气。 (5)制作采样标签及采样记录 选用耐浸润的纸签(牛皮纸或硫酸纸),用铅笔在标签上注明采样地点,日期,采样深度,土壤名称,编号及采样人等,一式两份,土袋内外各放一份。同时做好采样记录。 1.1.2土壤剖面样品的采集 即按土壤发生层次的采样。首先在能代表研究对象的采样点挖掘1×1.5m左右的长方形土壤剖面坑,较窄的一面向阳,作为剖面观察面。挖出的土应放在土坑的两侧,而不要放在观察面的上方。土坑的深度根据具体情况确定,一般要求达到母质层或地下水位。根据剖面的土壤颜色、结构、质地、松紧度、湿度及植物根系分布等,划分土层。按研究所需了解的项目逐项进行仔细观察,描述记载,然后至上而下逐层采集样品,一般采集各层最典型的中部位置的土壤,以克服层次之间的过渡现象,保证样品代表性。每个土样质量1kg左右,将采集的样品放入样品袋,写明标签(同上)。 (1)土壤诊断样品采集 为找出造成某些植物发生局部死苗失绿,矮缩,花而不实等异常现象的原因,必须对土壤进行某些成分的分析测定。一般应在发生异常现象的范围内,采集典型土壤样品,多点混合,同时在附近采集正常土样作为对照。 (2)土壤盐分动态样品的采集 淋溶和蒸发是造成土壤剖面中盐分季节性变化的主要原因,因此,这类样品的采集按垂直深度分层采

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