【摘 要】
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近年来,我国农业生产中过量氮、磷肥料的施用与排放,引起土壤中硝态氮和磷的大量蓄积,随降雨和灌溉等淋溶方式,易造成水体富营养化问题,导致面源污染。因此,水体中硝态氮和磷的去除以及土壤中氮、磷的淋失阻控,已经成为当今环境问题的研究热点。本研究分别以三种常见油料作物为原料,在高温（600℃）限氧条件下制备生物质炭,为突破原始生物质炭的吸附局限性,在此基础上利用铁(Fe3+)对其进行金属负载改性,并对所制
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近年来,我国农业生产中过量氮、磷肥料的施用与排放,引起土壤中硝态氮和磷的大量蓄积,随降雨和灌溉等淋溶方式,易造成水体富营养化问题,导致面源污染。因此,水体中硝态氮和磷的去除以及土壤中氮、磷的淋失阻控,已经成为当今环境问题的研究热点。本研究分别以三种常见油料作物为原料,在高温（600℃）限氧条件下制备生物质炭,为突破原始生物质炭的吸附局限性,在此基础上利用铁(Fe3+)对其进行金属负载改性,并对所制备的材料进行一系列表征测试,分析生物质炭改性前、后的结构变化。通过吸附动力学、吸附热力学等吸附实验,探讨其对硝态氮及磷的吸附与解吸机制;同时将生物质炭添加至土壤中,设计土柱淋溶与土壤培养试验,观察其对土壤硝态氮及磷的淋失和抑制作用,以及土壤微生物酶活性的变化。主要结论如下:（1）改性后的生物质炭对硝态氮及磷的吸附能力得到显著提升,分别以Fe/C=0.672时的Fe HBC与Fe YBC及Fe/C=0.560时的Fe DBC为最佳改性生物质炭,较未改性处理相比,三种生物质炭对硝态氮的吸附量分别提高8.11～16.68倍,对磷的吸附量分别提高19.87～80.42倍;（2）三种生物质炭改性后表面结构发生明显改变,较未改性处理相比,改性生物质炭比表面积与总孔容均有所提升,C/H与C/N值有所增大,平均孔径有所下降;结果推测,改性后生物质炭表面形成的多微孔的粗糙颗粒,为其提供了更多的吸附点位,吸附过程可能主要受Fe3+与含氧官能团进行络合沉淀反应影响,三种改性生物质炭较改性前相比零电荷点增大,正电性增强;（3）三种改性生物质炭对硝态氮和磷的吸附动力学过程更符合准二级动力学方程（R~2=0.962～R~2=0.986）,其吸附行为更加符合Freundlich等温吸附模型（R~2=0.987～R~2=0.994）,此结果表明三种改性生物质炭对硝态氮和磷的吸附过程为不均匀多分子层吸附,受化学因素主导;酸性条件（p H=3）更利于硝态氮的吸附进行,中性条件（p H=6～7）更利于磷的吸附进行;硝态氮与磷的去除率随投炭量的增大而增大,吸附量随投炭量的增大而减少;Fe HBC、Fe DBC与Fe YBC对硝态氮解吸量最大值分别可达1320.71 mg/kg～2329.12 mg/kg,对磷的解吸量最大值分别可达642.74 mg/kg～1650.78mg/kg,三种生物质炭均具有一定的解吸和再生潜力;（4）随着投炭量的增大,硝态氮与磷的淋溶量逐渐降低;较C0处理相比,FY3处理对硝态氮和磷的累计计淋失量分别降低90.31%和65.45%;随着培养时间的增加,土壤中脲酶、蔗糖酶与过氧化氢酶活性呈逐渐上升趋势,酸性磷酸酶的活性呈先上升后下降的趋势;整体而言,施加生物质炭能显著提高土壤的酸碱度,延缓硝态氮与磷素的流失,显著促进土壤酶的活性,提升土壤肥力水平,对于土壤改良方面具有一定的积极影响。图[42]表[15]参[103]
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