《生物碳對土壤中多環芳烴生物有效性的影響及調控機制》是依託浙江大學，由陳寶梁擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物碳對土壤中多環芳烴生物有效性的影響及調控機制
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：陳寶梁
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物碳(Biochar)是秸稈等生物質限氧熱解產生的富含碳顆粒，在土壤改良和固碳中套用潛力巨大，引起國際土壤和環境界極大關注；但有關生物碳在土壤有機污染過程、控制與修復中的作用急需研究。本項目旨在探明生物碳對土壤多環芳烴(PAHs)遷移轉化行為特別是生物有效性的影響及調控機制。研究生物碳與土壤有機質、黏土礦物和微生物的相互作用，探討其結構變化規律和穩定性；系統研究不同結構和組成的生物碳對土壤PAHs的吸附-鎖定作用機理、構-效關係及其影響因素(如作用時間)；重點探討生物碳對植物吸收積累土壤PAHs的阻控作用機制、穩定性及時效性，生物碳定植微生物顆粒對PAHs增強吸附-強化生物降解的協同作用機理，生物碳增強吸附固定-阻控植物攝取-強化生物修復一體化技術的工藝過程及生物有效性調控原理，試圖為有機污染土壤地區生產安全農產品的同時，實現污染土壤高效、安全的原位修復提供理論依據和技術指導。
結題摘要
該項目研究了生物碳的結構特徵與其炭化溫度之間的關係，重點研究了生物碳吸附有機污染物、重金屬、高氯酸根陰離子污染物、Al的性能、作用機理及構效關係，深入探討了生物碳在土壤污染和土壤退化修復中的作用及機制。主要創新點如下：（1）率先發現生物碳中存在“快吸附”和“慢吸附”的兩室區域，炭化溫度是生物碳吸附動力學行為的關鍵調控因子；揭示了生物碳分配介質的極性大小和緊密度共同決定HOCs擴散係數，是產生慢吸附的本質原因；定量描述了快、慢吸附的相對貢獻率。（2）發現慢吸附生物碳具有獨特的吸附熱力學行為和共溶質效應, 提高吸附溶液溫度或共溶質存在下, 生物碳表面吸附和分配作用均提高, 不符合經典分配理論或表面吸附現象; 揭示了其微觀機制為表面吸附的炭化組分和分配作用的非炭化組分不是單獨隔離存在, 而相互交錯包裹所致。（3）生物碳對高氯酸根的吸附作用取決於生物碳表面極性和有機組分，而非無機礦質組分；生物碳表面含氧官能團是高氯酸根主要的吸附位點，而氫鍵是除了靜電引力外的主要作用機制，高溫生物碳表面芳香特性和疏水性質使得表面吸附位點暴露並進一步強化了對高氯酸根的氫鍵作用。（4）率先發現生物碳對植物鋁毒的高效緩解作用，揭示了其分子機理為生物碳的鹼性石灰效應和吸附鎖定共同作用所致，為生物碳用於土壤質量改善和持續緩解鋁毒提供理論依據；生物碳對Al的吸附主要是通過羧基和Al(OH)2+/Al(OH)2+ 的表面絡合作用，氧化生物碳表面引入了羧酸基團，而成為綁定Al3+新位點；發現生物碳上的有機組分和矽顆粒是吸附Al的兩個主要點位。羥基和羧基官能團對Al的表面絡合作用和矽顆粒對Al的沉澱作用（KAlSi3O8）是生物碳吸附Al的兩個重要途徑。（5）提出了土壤有機污染增強吸附固定-強化生物修復的一體化新方法，發現生物碳作為強吸附劑，可同時富集土壤中PAHs污染物和高效降解微生物，同步實現污染物的老化鎖定和生物降解。 該項目已完成項目計畫研究內容和各項指標。項目共發表或錄用學術論文22篇，其中SCI收錄論文20篇（6篇發表在ES&T）；1項成果獲2013年國家自然科學二等獎（排名第2），1項成果獲教育部科技進步一等獎(排名第3)；參加9次國內/國際學術交流，發表會議論文10篇。培養博士生、碩士生7人。
