生物炭对农业面源污染氮、磷流失的影响研究进展VIP免费

生物炭对农业面源污染氮、磷流失的影响研究进展摘要：综述了近年来国内外应用生物炭削减农田氮、磷养分流失的研究进展，从生物炭的作用机制和对土壤环境效应的影响2个方面出发，重点阐述了生物炭对土壤中氮、磷养分的吸附与转化，生物炭的作物效应以及生物炭对土壤淋溶过程的影响。生物炭不仅能够改善土壤环境，提高土壤氮、磷养分的有效性，促进作物的吸收和生长，而且由于其特殊的结构和理化性质，可以吸附土壤中未被作物利用的水分和养分，延缓养分释放，减弱其在土壤中的迁移转化能力，最终实现减少土壤氮、磷养分流失的目的。最后，着眼于当前相关研究的薄弱之处对今后研究重点和方向进行展望，供相关研究者参考。关键词：生物炭；氮流失；磷流失；吸附；环境效应近年来，随着点源污染得到有效控制，农业面源污染已经成为我国各大湖泊水体富营养化的主要污染源。目前，针对农业面源污染治理的主要措施包括污染物源头的控制、污染物流失路径的截断以及污染地的修复J。其中，污染物源头的控制作为最有效的防治措施，不但能够实现污染物的最小量输出，而且可以在一定程度上起到控制污染范围的作用。因此，如何在不改变农村种植结构和耕作方式的前提下从源头控制面源污染物的产生就显得尤为重要。自从HILTON等在1963年观察到生物黑炭对土壤中非草隆等有机农药具有良好吸附效果之后，生物炭就作为一种有效的土壤改良剂而被应用于温室气体减排、污染土壤修复以及生物有效性调控等方面卜mJ。以往国内外在生物炭治理土壤环境污染上的研究多集中于对土壤有机污染物¨卜和重金属的修复，而通过添施生物炭来削减农业面源污染中氮、磷流失的研究则相对较少。鉴于此，笔者在当前农村普遍增施氮、磷肥的情况下，探讨生物炭对农田土壤氮、磷养分流失的作用机理，为我国农业面源污染的治理提供理论借鉴。1生物炭对土壤中氮、磷的吸附作用1．1生物炭对氦、磷的吸附机制生物炭的吸附机制主要包括分配作用机制、表面吸附机制、联合作用机制以及其他微观机制。其中，表面吸附机制被认为是生物炭吸附土壤中NH、NO一和PO卜等非极性离子的主要机制。表面吸附指被吸附物质与吸附表面之间通过分子间引力(物理吸附)或化学键(化学吸附)而形成的吸附过程。生物炭由于其自身的多孔结构、巨大的比表面积卜以及表面富含多种官能团，不仅可以通过分子问引力(即范德华力)对土壤中未被作物吸收的NH、NO和PO等离子产生交换吸附作用卜船，【核心期刊发表】而且还能通过稳定的化学键对其产生不可逆的吸附。有研究表明，改性生物炭对硝酸盐和磷酸盐的吸附不仅符合物理吸附特性，同时还符合二级动力学反应方程，而二级或准二级动力学反应方程都可用来描述化学吸附过程，因此生物炭吸附硝酸盐和磷酸盐的过程又属于化学吸附。傅里叶变换红外光声光谱法(FFIR．PAS)及Zeta电位分析表明，一c00H和一0H等官能团的存在使生物炭表面含有大量负电荷，可作为电子供体与土壤、水体等物质中的电子受体发生作用，通过电子供体一受体间的特殊作用力加强对土壤氮、磷养分的吸附作用。CHUN等研究证实质子或电子间相互作用力是影响炭类物质吸附性能的重要因素之一。1．2生物炭对土壤氮、磷的吸附效率土壤一水体中氮、磷等养分的转化与迁移是造成农业面源污染的实质原因。生物炭能够吸附土壤中未被作物利用的氮、磷等营养元素，延缓养分在土壤中的释放，在一定程度上减少养分流失，起到保肥作用。生物炭对土壤养分的吸附主要是由于其多孔结构和特殊的表面特性。生物炭孔隙按其大小可分为大孑L隙(>50nm)、小孔隙(<0．9nm)和微孑L隙(<2nm)。其中，小孔隙对生物炭吸附养分离子起主导作用卜船J。小孔隙结构能够降低土壤养分的渗漏速度，延缓水溶性营养离子的溶解迁移时间，加强对移动性强、易淋溶流失养分的吸附。也有研究表明，生物炭对养分的吸附主要通过产生交换性复合物，而非靠吸水来保持养分。另外，表面丰富的含氧官能团使生物炭具有较高离子吸附交换能力且有一定的吸附容量，能够吸附土壤中溶解态NH、NO一和PO卜等离子，减少氮、磷等养分的流失。而生物炭对离子的吸收也具有选择性引，这主要与生物炭原料和制备条件有关。研究表明，...