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近日，中山大学农业与生物技术学院姜晓谦副教授课题组在一区Top期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Combination of magnesium modified biochar and iron oxides down-regulates phosphates transport in porous media”的研究成果。
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该项研究通过吸附和解吸实验，结合拟合方程和多项表征技术，分析了镁改性生物炭在热解过程中的变化及其对生物炭吸附磷能力的影响。吸附实验表明，热解通过丰富表面形貌和孔隙结构、优化官能团组成和形成MgO晶体，提高了镁改性生物炭对磷的吸附能力，磷的吸附主要受表面沉淀、静电吸引和孔隙填充控制。同时，磷的解吸对pH变化敏感，稳定性不高，在酸性环境中缓慢释放，符合作为土壤环保型肥料的条件。
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图1 生物炭对磷酸盐的吸附与解吸实验结果
石英砂柱与HYDRUS-1D数值模拟相结合的方法，有效简化了复杂体系中溶质迁移机理的研究，为研究生物炭与铁氧化物的作用对磷迁移的影响创造了条件。结果表明，铁氧化物对磷迁移有明显的抑制作用，表现为针铁矿>赤铁矿。针铁矿与生物炭通过配体反应更显著地降低了磷的迁移。环境条件的改变通过改变磷酸盐的有效保留位点数量影响了磷的迁移行为。此外，由于生物炭与针铁矿通过配体反应产生的磷吸附更为稳定，因此，pH的变化不再引起磷的释放，但土壤中常见的柠檬酸和草酸可以通过螯合、配体交换和增溶作用，激活并缓慢释放砂柱中截留的磷，以满足低磷条件下植物的养分需求。
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图2 砂柱截留磷酸盐在不同条件下的释放
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图3 镁改性生物炭和铁氧化物对磷酸盐转运的影响机制
来源：中山大学农业与生物技术学院
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