近年來,地下水中NO_3~--N濃度增加異常迅速,其中一個(gè)重要原因是農(nóng)業(yè)上過度地使用氮肥,同時(shí)磷肥施用過量后,較難移動(dòng)的磷也會(huì)存在淋溶損失風(fēng)險(xiǎn),從而污染地下水,造成水體富營養(yǎng)化。因此,尋求一種有效的方法防止氮磷養(yǎng)分淋失已經(jīng)迫在眉睫。本實(shí)驗(yàn)選用玉米秸稈、小麥秸稈、花生殼為原料,在400℃、500℃、600℃、700℃的熱解溫度下制備生物炭,研究了生物炭的產(chǎn)率、元素組成、紅外光譜、電鏡分析,通過吸附實(shí)驗(yàn)確定生物炭的最佳炭化溫度為500℃,選用500℃炭化的生物炭制備最佳改性炭,因?yàn)樯锾勘砻婧写罅康呢?fù)電荷,易與陰離子產(chǎn)生靜電互斥,改性后的生物炭含有較多的陽離子能與含負(fù)電荷的陰離子結(jié)合,從而提高吸附能力。同時(shí)通過吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫實(shí)驗(yàn)和土柱淋溶實(shí)驗(yàn),研究生物炭和改性炭對(duì)硝態(tài)氮和磷的吸附作用,以及生物炭和改性炭對(duì)土壤無機(jī)氮磷淋失的影響。實(shí)驗(yàn)主要的研究結(jié)果如下:1.隨著炭化溫度從400℃升高到700℃,三種生物炭的產(chǎn)率都逐漸下降,C-BC產(chǎn)率從34.34%下降至24.88%,W-BC產(chǎn)率從32.43%下降至22.76%,P-BC產(chǎn)率從36.83%下降至25.76%;生物炭的含C量逐漸升高,N、H、O的含量逐漸降低。2.借助SEM、FTIR等儀器表征生物炭和改性炭的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)。SEM照片顯示改性炭表面更加粗糙,含有大量的附著物。改性前后的生物炭官能團(tuán)種類大體相同,出現(xiàn)了Fe的特征吸收峰,主要為Fe-OH和Fe-O。3.炭化溫度為500℃時(shí),三種生物炭對(duì)磷的吸附能力最強(qiáng);鐵炭比值為0.7是玉米秸稈和小麥秸稈生物炭的最佳改性條件,鐵炭比值為0.56是花生殼生物炭的最佳改性條件。4.生物炭和改性炭對(duì)硝態(tài)氮和磷的吸附更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué),說明生物炭和改性炭對(duì)氮磷吸附過程以化學(xué)吸附為主,物理吸附為輔。生物炭和改性炭對(duì)硝態(tài)氮和磷的吸附特征符合Langmuir吸附方程,C-BC、W-BC、P-BC對(duì)磷的理論最大吸附量分別為1.723 mg/g、1.660 mg/g、1.265 mg/g,MC-BC、MW-BC、MP-BC對(duì)磷的理論最大吸附量分別為16.062 mg/g、15.550 mg/g、12.133 mg/g,生物炭由改性前不吸附硝態(tài)氮變成改性后MC-BC、MW-BC、MP-BC的最大吸附量分別為2.561 mg/g、2.414 mg/g、1.287 mg/g。5.淋溶實(shí)驗(yàn)中空白組與三種材料原狀粉末隔離層處理的淋溶液中氮磷含量差異不顯著,說明粉末隔離層對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸附能力較弱,添加生物炭和改性炭處理的淋溶液中氨氮、硝態(tài)氮、磷的含量都顯著降低,玉米秸稈生物炭和改性炭對(duì)于減少土壤無機(jī)氮磷淋失效果最好,C-BC和MC-BC硝態(tài)氮的淋失量分別顯著降低39.49%和67.36%,磷的淋失量分別顯著降低66.05%和83.40%,氨氮的淋失量分別顯著降低了43.60%和68.63%。
【學(xué)位單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S153;S141

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本文編號(hào)：2811662