【摘 要】
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农药的不合理使用,导致大量农药残留,会对当季甚至后茬作物产生药害。生物炭具有丰富的孔隙结构、巨大的比表面积以及大量养分元素,是理想的农田土壤修复剂。但生物炭在土壤中的老化可能导致自身性质的变化及其吸附污染物能力发生改变,从而影响其在环境修复方面的应用价值。因此,研究老化过程中生物炭自身的变化及其对污染物吸附能力的影响具有重要意义。本试验以玉米秸秆生物炭为研究对象,研究其自然老化过程中,表面特性及生
【基金项目】
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山西省重点研发计划（农业领域）（201903D221050）； 山西省回国留学人员科研资助项目（2020-060）；
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农药的不合理使用,导致大量农药残留,会对当季甚至后茬作物产生药害。生物炭具有丰富的孔隙结构、巨大的比表面积以及大量养分元素,是理想的农田土壤修复剂。但生物炭在土壤中的老化可能导致自身性质的变化及其吸附污染物能力发生改变,从而影响其在环境修复方面的应用价值。因此,研究老化过程中生物炭自身的变化及其对污染物吸附能力的影响具有重要意义。本试验以玉米秸秆生物炭为研究对象,研究其自然老化过程中,表面特性及生物炭-土壤理化性质的变化、老化生物炭及同期生物炭-土壤对单嘧磺酯吸附特性的变化,主要结论如下:（1）老化改变了生物炭性质。对老化生物炭表征发现生物炭老化初期向土壤环境中释放有机物质,使得生物炭比表面积自22.81 m~2·g-1提高到55.16 m~2·g-1,孔径和孔体积增加,随着老化时间的增加,孔隙结构被破坏。元素分析和XPS结果对比分析表明生物炭老化是由表面向内部逐渐进行的过程,老化过程中碳素含量自77.70%降低到72.73%,氮和氧元素分别从1.99%和15.40%升高到5.71%和18.19%,表面极性和亲水性增加。核磁共振和傅里叶变换红外光谱结果表明,老化过程中脂肪族物质发生降解,生成大量含氧官能团（-OH和-C-O-C-等）。吸附试验表明,生物炭对单嘧磺酯的吸附符合准二级动力学吸附和Freundlich模型,说明主要为化学吸附,吸附能力表现为先升高后降低,在200 d达到最大。（2）土壤中施入生物炭能改良土壤理化性质,增加土壤对单嘧磺酯的吸附。随着生物炭的老化,生物炭-土壤理化性质也在不断发生变化。如C3处理200 d时有机碳含量较10 d时增加了12.63%,阳离子交换量在10 d时达到最大,其后逐渐降低,土壤容重在老化过程中逐渐升高。（3）生物炭-土壤对单嘧磺酯的吸附为物理吸附,扩散是限制单嘧磺酯在生物炭-土壤中吸附速率的主要过程步骤,孔隙填充可能是主要的吸附机制。老化会影响生物炭-土壤对单嘧磺酯的吸附,与老化对生物炭吸附单嘧磺酯影响相似,均在200 d时达到最大,这与生物炭-土壤有机质含量和土壤颗粒表面结构变化有关。（4）通过对比生物炭与生物炭-土壤对单嘧磺酯的吸附发现,吸附能力变化规律一致,但生物炭-土壤对单嘧磺酯的吸附量小于同质量生物炭、土壤单独对单嘧磺酯的吸附量。综上所述,生物炭能明显改良土壤理化性质,增加土壤对单嘧磺酯的吸附,但生物炭在土壤中的老化会导致自身表面特性和生物炭-土壤的理化性质发生变化,进而影响自身以及生物炭-土壤对单嘧磺酯的吸附能力。
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