【摘 要】
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将生物质和含磷矿物质通过热解的方法制备成生物炭基磷肥（BPFs）,因其可持续性强、养分利用率高,所以具有广阔的应用前景。然而,传统的热解方法能耗高,且不能控制BPFs中养分含量。此外,制备出的BPFs中含有较高的无效磷,如沉淀磷和有机磷。本研究以棉秆（CS）、K3PO4、Mg O为热解原料,选取微波辐射为热解方式,制备出养分结构可调控的BPFs。然后通过调控CS、K3PO4、Mg O的比例,制备出
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将生物质和含磷矿物质通过热解的方法制备成生物炭基磷肥（BPFs）,因其可持续性强、养分利用率高,所以具有广阔的应用前景。然而,传统的热解方法能耗高,且不能控制BPFs中养分含量。此外,制备出的BPFs中含有较高的无效磷,如沉淀磷和有机磷。本研究以棉秆（CS）、K3PO4、Mg O为热解原料,选取微波辐射为热解方式,制备出养分结构可调控的BPFs。然后通过调控CS、K3PO4、Mg O的比例,制备出难溶性生物炭基磷肥（NBPF）,并将其与溶磷菌Enterobacter hormaechei Rs-198结合,探究了Rs-198对NBPF中磷的吸收转化并增强NBPF中沉淀磷和有机磷的有效性作用机制。具体结果如下:1)利用微波共热解CS、K3PO4、Mg O制备生物炭缓释磷肥。通过测量升温曲线和计算不同BPFs转化率下的活化能,发现K3PO4和生成的Mg2P2O7、Mg3（PO4）2和Mg HPO4降低了热解反应活化能,加快反应速率,所以BPFs在15 min内被合成。使用Coats–Redfern方法推测出热解过程中K3PO4、Mg O和CS之间可能反应,得出K3PO4与CS和Mg O的反应使得合成的BPFs具有多层次的营养结构,包括水溶性磷、沉淀磷和有机磷,可通过控制K3PO4和Mg O的比例调节这三种形态磷的含量。结合缓释试验和光谱学,得出多层次的营养结构按水溶性磷＞沉淀磷＞有机磷的顺序分级释放,Mg O的加入也改善了BPFs的孔结构和zeta电位,以捕获沉淀磷和吸附水溶性磷,从而延长了磷的释放周期。2)以CS、K3PO4和Mg O质量比为1:0.5:0.5制备出的NBPF中具有高的沉淀磷比例（65.9%）和有机磷比例（24.3%）。沉淀磷附着在NBPF的表面使其粗糙,且NBPF中有微观层面的大孔,它们为Rs-198的附着提供了丰富的位点。此外,NBPF中自由基含量低对Rs-198无毒害作用,且其高的活性碳含量加快了Rs-198的定殖速度。Rs-198很好的附着在NBPF的表面,并将NBPF中的沉淀磷和有机磷活化,然后以Poly P的形式储存在体内,在外界磷饥饿的条件下进行释放,以此对NBPF中磷进行转化和释放。3)NBPF增加了土壤对Rs-198的固持,原因是NBPF与Rs-198之间具有强的范德华和静电作用力。在NBPF与Rs-198的土壤共培养实验中,Rs-198通过分泌有机酸和土壤碱性磷酸酶来溶解沉淀磷和矿化有机磷,因此在共培养的前60天,土壤有效磷的含量逐渐升高。然而,在培养的60天到90天土壤有效磷含量降低。通过对土壤中的磷素分级提取,对土壤样品进行固体31P核磁共振分析,以及对分离的NBPF进行扫描电镜观察发现:（1）Rs-198吸收并储存土壤有效磷用于自身新陈代谢;（2）Rs-198在NBPF表面形成生物膜,减缓了P在NBPF中向外扩散,并吸附了土壤中多余的有效磷。因此,以微波辐射共热解生物质和磷矿物能够制备出养分含量可调控的生物炭基磷肥,另外,将溶磷微生物负载到生物炭基磷肥上可以提升其磷养分的有效性。
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