生物炭控制熏蒸剂散发损失及其对土壤功能微生物的分子生态效应

Methyl bromide (MeBr) is widely used in agriculture in controlling weeds, insects, nematodes, fungi, and other soilborne diseases and is generally considered to be the most effective soil fumigant. However, having a high potential for depleting stratospheric ozone, agricultural use is being phased out due to emissions from fumigated soil to the atmosphere. It is difficulty how to coordinate the reducing fumigant emissions, controling pest and restoring soil ecological function. Biochar provide the better method to resolve this problem. In this project, the mixture of 1,3-dichloropropene(1,3-D)and Chloropicrin(CP) was taken as research object. The effect of biochar produced from agricultural and forestry residues on the adsorption and desorption of fumigant were investigated. Then，soil column experiment and field test were carried out to research the effect of biochar on emission and distribution of the fumigant. At last, the recovery effect of biochar on the soil after fumigating by T-RFLP and PCR technology. These researches will provide the scientific basis for controlling fumigant emission by biochar.

大气臭氧消耗物质溴甲烷即将全面禁用引发国内外对其替代技术的研究，如何实现熏蒸剂散发损失控制与熏蒸效果和土壤生态功能恢复协调统一是国内外研究的难点，也是我国顺利履约和促进农业生产可持续发展亟需解决的问题。近年来受到国内外广泛关注的生物炭所具有的独特优势为土壤熏蒸剂大气散发损失控制提供了新的途径。本项目以具有替代前景的1,3-D和氯化苦混合熏蒸剂为对象，利用农林废弃物限氧热解制备的生物炭，开展生物炭对土壤熏蒸剂吸附与解吸行为研究，明确熏蒸剂在生物炭上的吸附/解吸规律及其发生机制。在此基础上，采用土柱熏蒸系统和田间试验相结合的方法，研究生物炭对熏蒸剂排放分布的影响及其协同控制效应，明确生物炭协同降解熏蒸剂的作用机制;熏蒸结束后,采用T-RFLP和定量PCR技术，研究生物炭对熏蒸土壤功能微生物的分子生态效应，为生物炭用于熏蒸土壤微生物功能恢复提供科学依据,项目对于控制大气污染具有重要科学意义。

以1，3-二氯丙烯(1,3-D)和氯化苦（CP）为研究对象，以树枝、稻壳和牛粪等农林废弃物为原料，采用限氧热解法，制成不同类型的生物炭，并对其表面特性进行了表征；采用批处理法，开展生物炭原料、粒径、热解温度对农药熏蒸剂的吸附与解吸行为的影响研究，并对生物炭吸附和降解农药熏蒸剂的动力学机制进行了探索；在上述研究的基础上，利用土柱熏蒸系统，模拟大田熏蒸实际，测定生物炭对熏蒸剂最大散发速率、累计散发量及其在土壤中的散发分布规律的影响；开展了生物炭及其改性对土壤中农药熏蒸剂排放分布的影响及其协同控制效应与机理，提出了控制农药熏蒸剂大气散发损失的生物炭覆盖技术及其对土壤生态功能的恢复效应，明确了热解温度诱导生物炭产生环境自由基降解农药熏蒸剂1,3-D的潜在机制，发现热解温度与稻壳生物炭催化降解1,3-D的性能呈典型的U 型关系，其潜在机制与污染物在生物炭中的分配过程密切相关; 同时，利用荧光定量T-RFLP和PCR技术，定量分析生物炭对土壤样品中amoA、nirS等硝化及反硝化作用相关基因拷贝数的影响，探索了田间熏蒸浓度下生物炭控制熏蒸剂排放对熏蒸土壤中线虫数及其功能微生物分子生态效应。在上述研究基础上，还针对传统熏蒸剂薄膜覆盖技术存在破膜和揭膜散发的二次污染风险，将 CIS/ZnS:Al-TiO2复合材料负载在柔性的PET基底上制备复合薄膜，探明了复合薄膜对1，3-D和CP催化降解效应及其大气散发的控制机制，明确了复合薄膜技术对土壤线虫和杂草的熏蒸效果,此外，还进一步研究发现了生物炭活化过氧化尿素对生物炭上残留1，3-D大气散发的控制与土壤增效机制，彻底解决了生物炭解吸附释放对大气和土壤环境的二次污染风险，实现生物炭对土壤熏蒸剂大气散发的绿色控制。