果菜秸秆生物炭吸附设施土壤硝态氮性能与机制研究

作     者：杨慧华 刘红叶 张晗 王仕娟 翟合生 魏珉 张大龙 YANG Huihua;LIU Hongye;ZHANG Han;WANG Shijuan;ZHAI Hesheng;WEI Min;ZHANG Dalong

作者机构：山东农业大学园艺科学与工程学院泰安271018 山东省莘县农业农村局莘县252423 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2024年第55卷第5期

页      面：386-394页

核心收录：

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：山东省重点研发计划项目(2023TZXD026) 山东省农业重大技术协同推广计划项目(SDNYXTTG-2023-04) 宁夏回族自治区重点研发计划项目(2023BCF01042) 

主　　题：果菜秸秆 生物炭 硝态氮 动力学 等温吸附模型 设施土壤 次生盐渍化 

摘      要：在农业生产中,过量偏施氮肥导致的硝酸盐富集是次生盐渍化、酸化等土壤障碍的重要诱因。生物炭因良好的吸附特性逐渐成为缓解盐渍化的土壤调理剂,但果菜秸秆生物炭对硝酸盐等离子的吸附研究鲜见报道。以甜椒、番茄和茄子3种果菜秸秆为原料热解制备生物炭,进行硝态氮吸附试验。通过扫描电镜(SEM)和傅里叶近红外光谱(FTIR)等技术对生物炭吸附前、后表面形貌、官能团等进行表征分析,利用吸附动力学模型和等温吸附模型等进行拟合分析,综合模型参数和形貌表征解析果菜秸秆生物炭的吸附性能和机制。研究结果表明,3种果菜秸秆生物炭对硝态氮均具有一定吸附能力,茄子秸秆生物炭吸附能力最强,最大理论平衡吸附量为114.788 mg/g,其次为番茄(29.736 mg/g)和甜椒(9.759 mg/g);茄子和甜椒秸秆生物炭吸附性能优于玉米、稻壳等大田作物秸秆生物炭,吸附过程符合准二级动力学模型,受化学键吸附、表面吸附和内扩散吸附过程的控制,番茄秸秆生物炭吸附过程符合准一级动力学模型,主要为物理吸附;FTIR分析显示,3种生物炭均含有羟基、甲基、亚甲基、羧基和羰基官能团,除此之外,甜椒和茄子秸秆生物炭还含有醚键,番茄秸秆生物炭含有醇羟基。因此,3种果菜秸秆生物炭对硝态氮均具有吸附能力,茄子秸秆生物炭吸附能力最强,受孔隙填充、官能团和络合作用等多种理化机制的影响,具有消减土壤次生盐渍化的潜力。本研究对盐渍化土壤修复和果菜秸秆资源化利用具有理论意义。