BIOCHAR | 生物炭田间老化会降低对弱疏水性抗生素在紫色土中的动力学滞留吗？
2025-05-28 17:16
摘要
田间老化生物炭（FABC）对弱疏水性抗生素在土壤中的吸附与迁移机制尚不明确。本研究以紫色土中常见的磺胺嘧啶（SD）和氟苯尼考（FF）为目标污染物，对比分析了新鲜生物炭（FBC）、1年老化生物炭（ABC1）和5年老化生物炭（ABC5）的作用效果。通过吸附实验、土柱淋溶及Hydrus-1D模型模拟，探究了生物炭老化对抗生素迁移行为的影响。结果显示，生物炭老化后元素组成显著变化，碳元素含量减少，氧元素含量增加。ABC1因比表面积（SSA）增大和含氧官能团增多，显著提高了SD和FF在土壤中的滞留能力。尽管ABC5的SSA有所下降，但通过增强生物炭-土壤复合体的稳定性（表现为弥散度λ增加，水动力弥散系数D提高），仍能维持长期阻控效果。Hydrus-1D模型模拟显示，平衡吸附位点比例f随老化时间增加，老化过程影响了生物炭的吸附特性。本研究证实，1年老化生物炭对抗生素的阻控制效果最佳，而5年老化后则主要通过调控弥散作用维持阻控效能的长期稳定。这一发现为生物炭应用于土壤抗生素污染阻控提供了重要理论依据。
图文摘要
图1 新鲜生物炭（FBC）与老化生物炭（ABC）的表面形貌及元素组成分析，（a）能谱分析（EDS）；（b）扫描电镜（SEM）
图2 生物炭老化过程中吸附动力学参数（D, α, Kd, f）的拟合结果
亮点
1：1年老化生物炭因比表面积增大和官能团增多，对抗生素的吸附效果最佳。
2：经过5年老化，生物炭吸附容量略有下降，但对抗生素阻控效果仍保持稳定。
3：老化过程中，生物炭持续影响土壤水分运移，动态调控抗生素与土壤颗粒的相互作用。
4：老化生物炭中抗生素的迁移机制逐渐由吸附主导转向弥散调控。
结论
1：在紫色土中老化1年和5年后，生物炭中碳含量降低，氧含量显著增加，表面形成了更多含氧官能团。
2：1年老化生物炭效果最优，其比表面积增大且f和α值提升，增强了弱疏水性抗生素的滞留能力。
3：5年老化生物炭Kd值降低，但通过调控λ和D值，仍能保持对抗生素的有效阻滞效果。
4：老化作用使生物炭阻控弱疏水性抗生素迁移的机制从吸附主导转向弥散调控。
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