纳帕海高原湿地生物炭输入对其农田氮磷流失的影响与机理

Plateau wetland is one of the most important wetland types in China. It has unique eco-environmental functions and research values. It is the advanced subject that how to protect and restore the deteriorated Plateau wetland with efficient, ecological and harmonious methods, which is significant needs for national ecological safety control. Plateau wetland is degraded seriously as one of results from the increasing pollution of non-point sources in farmland. Therefore, it is one of important tasks that how to control nitrogen and phosphorus pollution from farmland in plateau wetland. Biochar is a new environmental functional material to which increasing attention has been paid in the environmental field for its potential beneficial effects to environment and ecosystem. Biochar can delay nutrient release of fertilizer, as well as reduce nutrient losses from fertilizer and soil in farmland possibly due to its high adsorption capacity. In this project, taken nanpaihai plateau wetland in Yunnan province as an example, the objectives are (1) to build the methods to prepare the biochar for the precusor biomasses from the ambient environment in plateau wetland; (2) to produce the biochar that can cost-effectively control the nitrogen and phosphorus losses from farmland in plateau wetland under the regulation of pyrolytic temperature and the ratio of the precusor biomasses; (3) to make clear the effects of biochar on the nitrogen and phosphorus losses, and the changes of soil properties in farmland of plateau wetland; (4) to reveal the mechanisms to regulate the nitrogen and phosphorus polluted behavior in farmland by plateau wetland biochar. Results will improve the development of the science of plateau wetland and biochar, will provide the theoretic and technical support to protect and restore the deteriorated Plateau wetland, as well as the ambient environment around YunNan province.

高效、生态、和谐的保护和恢复高原退化湿地，是当前湿地科学研究中备受关注的前沿问题，是国家生态安全保障的重大科技需求。高原湿地受逐日渐增的面源污染影响，退化严重。控制高原湿地农田氮磷污染已成为高原湿地恢复和保护的重要课题之一。生物炭是由生物质经热解炭化产生的一种新型环境功能材料。生物炭具有高度的稳定性和较强的吸附性能，对农田养分具有较高的持留能力。本项目拟利用纳帕海代表性高原湿地典型的生物质资源，建立生物炭制备方法，调试热解温度与前体原料配比，制备出可良好控制高原湿地农田氮磷流失的生物炭，弄清高原湿地生物炭输入对农田氮磷流失和吸持的影响特性，掌握生物炭及其输入后农田土壤理化性质的变异规律，揭示高原湿地生物炭调控农田氮磷污染行为的作用机制，促进高原湿地科学的发展以及生物炭的深入研究，为高原退化湿地的恢复和保护提供技术支持和理论参考，促进高原退化湿地的恢复和保护，具有十分重要的理论价值和实际意义

高效、生态、和谐的保护和恢复高原退化湿地，是当前湿地科学研究中备受关注的前沿问题，是国家生态安全保障的重大科技需求。高原湿地受逐日渐增的面源污染影响，退化严重。控制高原湿地农田氮磷污染已成为高原湿地恢复和保护的重要课题之一。生物炭是由生物质经热解炭化产生的一种新型环境功能材料。生物炭具有高度的稳定性和较强的吸附性能，对农田养分具有较高的持留能力。.本项目利用纳帕海代表性高原湿地典型的生物质资源，建立生物炭制备方法，调试热解温度与前体原料配比，制备出可良好控制高原湿地农田氮磷流失的生物炭，弄清高原湿地生物炭输入对农田氮磷流失和吸持的影响特性，掌握生物炭及其输入后农田土壤理化性质的变异规律，揭示高原湿地生物炭调控农田氮磷污染行为的作用机制，促进高原湿地科学的发展以及生物炭的深入研究，为高原退化湿地的恢复和保护提供技术支持和理论参考，促进高原退化湿地的恢复和保护，具有十分重要的理论价值和实际意义。.研究建立了生物炭制备技术和表征方法，通过室内吸附解吸试验，揭示生物炭输入对农田氮磷吸持的潜在机理。首先，不同热解温度的牦牛粪生物炭对氨氮的吸附均以多分子层不均匀吸附的化学吸附为主。其次，热解温度对牦牛粪生物炭的表面官能团、元素含量、Zeta电位、pH值、CEC和比表面积均产生不同程度的影响。其中，牦牛粪生物炭的比表面积和CEC是影响其吸附氨氮的主要因素。再者，不同热解温度的牦牛粪生物炭对氨氮的吸附作用存在显著性差异，BC300对氨氮的吸附量显著高于BC600，又显著低于BC450。影响生物炭吸附氨氮最主要的影响因素为初始浓度、CEC和比表面积。提高氨氮的初始浓度有利于生物炭对其的吸附作用；CEC和比表面积越大，生物炭对氨氮的吸附作用越强。生物炭发生冻融循环和生物老化后，CEC增加，比表面积也增加，因此对氨氮的吸附作用也增强。生物炭对磷的吸附作用不强，但通过镁改性后的生物炭可以控制磷，吸磷机理主要是化学反应作用。同时，试验选取云南省迪庆藏族自治州香格里拉县纳帕海流域农田作为试验地点，选取高原主要粮食作物青稞作为种植作物，发现生物炭对农田青稞生长、农田微生物生态影响不大，具有较好的水土保持效应，可较好的减少颗粒态营养盐输出，亦对径流氮磷流失有较好的效果。.总体而言，用纳帕海高原湿地代表性生物质牦牛粪制备的生物炭具有独特的理化性质与较高的比表面积，具有良好的固炭、提高肥力、保持水土、