基于DGT技術的生物炭環境微界面中磷和鎘的釋放與分布特性

本次分享一篇由河南大學魏張東團隊在《ENV POLLUT BIOAVAIL??》上發表的一篇學術論文“Phosphorus and cadmium release and distribution characteristics in environmental microinterfaces of biochar based on DGT technology"。

本研究采用土壤-生物炭-土壤三明治模型，探討生物炭-土壤界面上磷和鎘的運輸機制。利用DGT-CID技術，我們發現磷和鎘表現出梯度擴散，以生物炭為擴散中心。生物炭顯著提高了土壤有效磷濃度，增加了7倍（p < 0.05），通過持續釋放。鎘濃度從7.11 mg/L增加到10.09 mg/L，在界面處出現濃度躍升，表明鎘的聚集和向生物炭層的轉移。理論計算表明，磷和鎘在界面的運輸通量分別為0.94 mg/L和0.75 mg/L。我們的研究結果闡明了這些元素在生物炭-土壤界面的分布和運輸通量。

研究結果表明：1.生物炭-土壤微界面中磷的有效性：在15天的孵化期內，實驗組土壤層中有效磷含量比對照組增加了7倍。這表明生物炭中的磷擴散進入土壤，顯著提高了土壤中有效磷含量。2.生物炭-土壤微界面中鎘的有效性：經過15天的孵化，空白組土壤層中鎘的濃度隨時間增加。與對照組相比，實驗組上層土壤中有效鎘含量相對保持恒定，而下層土壤中有效鎘含量有所下降。排除水溶液增加的影響，生物炭層中有效鎘含量顯著增加了兩倍，表明生物炭可以通過吸附有效減少土壤中鎘的可用性，促進其轉移到生物炭中。3.生物炭-土壤微界面中磷和鎘的傳輸通量：基于DGT擴散膜的吸附能力變化和確定的分辨率（1毫米），計算出磷的傳輸通量為0.94 mg/kg，鎘的傳輸通量為0.75 mg/kg。

在這篇文章中，智感環境的DGT技術用于監測磷和鎘在生物炭-土壤界面的分布和遷移情況，發現磷和鎘呈現出以生物炭為中心的梯度擴散現象。通過DGT - CID（計算機密度成像）技術，研究人員能夠獲得磷和鎘在界面處的高分辨率二維分布圖，從而更準確地分析這些元素在生物炭 - 土壤界面的分布和傳輸通量。實驗結果顯示，生物炭顯著增加了土壤中有效磷的含量，同時降低了土壤中鎘的生物有效性，并促進其向生物炭層轉移。基于DGT擴散膜的吸附容量變化和確定的分辨率（1 mm），計算出磷的傳輸通量為0.94 mg/kg，鎘的傳輸通量為0.75 mg/kg。這些發現為優化生物炭的生產參數和應用策略提供了科學依據，具有重要的實際應用意義。