《生物炭對土壤微量元素生物有效性的影響及其機制》是依託揚州大學，由王小治擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物炭對土壤微量元素生物有效性的影響及其機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王小治
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來生物炭已被廣泛地用於土壤改良和污染土壤的修復，然而長期大量地施用生物炭可能改變土壤中微量元素的賦存狀態，進而影響土壤的可持續生產力，但相關研究還很缺乏。本項目擬藉助BET、FTIR、XRD、SEM-EDS、XPS等表征手段，研究生物炭的孔徑結構、表面性質、化學特性與微量元素的空間固持關係及對溶液中微量元素吸附與解吸的影響；研究不同生物炭與土壤對微量元素的競爭性吸附，生物炭對土壤有機無機複合體、理化性質的影響及其與土壤微量元素形態的關係；通過植物生長試驗和梯度擴散薄膜技術（DGT），明確生物炭對土壤微量元素生物有效性的影響。從生物炭自身吸附機制、與土壤的競爭吸附、以及形成的有機無機複合體和團聚體對微量元素形態的調控機制等多角度綜合分析，闡明生物炭對土壤微量元素生物有效性的影響機制。以期加深對生物炭用於不同土壤後影響元素循環過程的理解，為指導生物炭的合理農業利用提供科學依據。
結題摘要
近年來生物炭已被廣泛地用於土壤改良和污染土壤的修復，然而長期大量地施用生物炭可能改變土壤中微量元素的賦存狀態，進而影響土壤的可持續生產力，但對土壤微量元素生物有效性方面的研究還很缺乏。因此，為明確生物炭施用對土壤微量元素生物有效性的影響及其機制，本項目將從生物炭對溶液中微量元素吸附與解吸的影響入手，藉助FTIR、XRD、SEM、XPS等表征手段，研究生物炭的表面性質、化學特性與吸附溶液中元素的能力關係。結合水溶液實驗結果，開展了系列土壤試驗，研究不同生物炭對土壤理化性質的影響及其與土壤微量元素的形態的關係；通過青菜及水稻生長試驗，利用BCR連續提取法、DTPA提取法和梯度擴散薄膜技術（DGT），明確生物炭對土壤微量元素生物有效性的影響。研究發現，水稻秸稈生物炭對水溶液中Fe、Mn、Cu、Zn的吸附能力大於蘆葦秸稈生物炭，水稻秸稈生物炭對四種元素吸附容量的順序為 Fe2+＞Cu2+＞Zn2+＞Mn2+。吸附機制有非專性吸附如靜電作用、物理吸附外還有官能團絡合、礦物沉澱、離子交換和π電子配鍵作用等機制。不同生物炭對不同元素各機制的分配比例不同，其中礦物沉澱對總吸附的貢獻最大。土壤試驗結果均表明，生物炭不同程度的影響了土壤-植株系統中微量元素的生物有效性，顯著降低了土壤中DTPA可提取態、弱酸溶解態（WAS）、DGT提取態Fe和Cu的含量；水稻秸稈生物炭顯著增加土壤DTPA-Mn、WAS-Mn及DGT-Mn的含量，而蘆葦秸稈生物炭則降低了有效Mn的含量；土壤DTPA可提取態和DGT提取態Zn的含量有所下降，差異不顯著。除水稻秸稈生物炭處理提高青菜中Mn的含量外，其餘處理Fe、Mn、Cu和Zn的含量均明顯下降。DGT技術為評價微量元素生物有效性最好的手段。本研究表明，生物炭一方面通過改變土壤的理化性質（主要為pH、有機質等）影響微量元素的賦存形態；另一方面，生物炭對土壤中微量元素起到一定的吸附作用，進而影響微量元素的生物有效性，此外，生物炭自身元素的本底值也會影響微量元素的生物有效性。本項目加深了生物炭用於不同土壤後影響元素循環過程的理解，為指導生物炭的合理農業利用提供科學依據。
