生物炭土壤环境老化对除草剂（丁草胺、阿特拉津）吸附行为影响及机制

Taking butachlor and atrazine as the target pollutants, using different particle-size fractions, organic and mineral components, and different properties bank soil samples as the background materials, simulating the aging process of biochar in bank soil, different particle-size fractions, organic and mineral components environment by incubation experiments to prepare the “non-aging biochar-different background materials complexes” and “aging biochar-different background materials complexes”, by batch equilibrium technique and modern instrumental analysis techniques, the effect of biochar and aging progress on soil adsorption of herbicides are investigated systematically. The objectives of this project are to clarify the effects of aging of biochar on the adsorption of herbicide and its relationship with soil physical and chemical properties, to quantify the effects of soil components to aging progress, to reveal the dynamic effects of biochar aging in soil on the adsorption of herbicides, and to explore the reasons for causing biochar aging and effects on adsorption of herbicides. The results from this work will contribute to a better understanding of the mechanism of biochar aging and herbicide adsorption on soils and soil components, and provide scientific support for remediation of soil organic pollution.

本项目拟选择丁草胺和阿特拉津为目标污染物，根据粒径大小和有机、无机组分两个途径来解剖土壤，配合多种理化性质的原状土壤为背景材料，采用培养实验模拟生物炭在土壤环境、不同粒径组分环境和土壤有机、无机组分环境中的老化过程，制备“非老化生物炭-不同背景材料复合体”和“老化生物炭-不同背景材料复合体”，运用传统的批量平衡试验方法，借助于数学工具和现代仪器分析手段，系统开展生物炭土壤环境老化对除草剂吸附行为的影响及机制研究。项目完成有望阐明生物炭老化对不同类型土壤吸附除草剂行为的影响及与土壤理化性质的关系，定量明确土壤不同粒径组分和土壤有机、无机纯组分对这种影响的贡献率，揭示生物炭老化时间对土壤吸附有机污染物行为的动态影响，从而探讨引起这种影响的原因及机理，为发展生物炭修复或治理有机污染土壤技术提供理论支撑。

生物炭有望在我国土壤污染综合治理中扮演重要角色，探讨其输入土壤环境后老化现象对污染土壤修复效果的影响十分必要。本项目主要研究了不同生物炭在多种理化性质差异较大的土壤和土壤组分中老化前后对污染物吸附特性的变化和机制，取得以下主要结果：（1）阐明了不同温度制备的不同来源的生物炭的理化特征和吸附除草剂特性的关系，提出裂解温度和原材料是两个重要的影响因素。（2）提出生物炭制备温度决定了其对除草剂的吸附机制，低温生物炭主要以表面化学吸附为主，高温生物炭以空隙填充机制为主；生物炭原材料的不同主要影响其低温生物炭和除草剂作用的化学键不同，例如低温水稻壳生物炭主要以氢键作用，特别硅氧键作用机制为主，而低温中药渣生物炭则以醌基作用为主。（3）首次提出了生物炭的H/C原子比值是一个很好的预测对除草剂吸附行为的参数，H/C>0.5，其对除草剂的吸附机制主要以表面化学吸附为主， H/C<0.5，其对除草剂的吸附机制主要以空隙填充为主。（4）阐明了生物炭输入土壤环境后，掩盖了土壤原来理化因素对除草剂吸附行为的影响；生物炭老化现象减弱了其对污染物的吸附能力，但不同土壤环境对这种减弱的程度差异十分大；土壤各组分相互作用决定了这种影响程度，其中土壤的pH和无定型氧化铁含量是两个关键因素，其影响贡献分别是39.5%~55.5%和18.2%~44.7%。（5）进一步证明了无定型氧化铁对除草剂具有较强的吸附性能和较强的解吸迟滞效应（6）确证了随着土壤粒径的变细，生物炭老化现象对其吸附除草剂能力减弱的影响变强，在粘粒中普遍降低40%以上，而砂粒中甚至稍有增加，提出了生物炭在粘质土壤中对除草剂的吸附能力更容易受到老化现象的影响。（7）揭示了生物炭在土壤环境老化对除草剂吸附能力降低程度的影响随时间的延长逐渐减缓的规律，大约6-12个月达到平衡。（8）通过大田小区三年定位试验，确证了生物炭消减土壤污染的效应，但其有一定的局限性，和其它材料配合施用，效果更好。