基于DGT技术的生物炭环境微界面中磷和镉的释放与分布特性

本次分享一篇由河南大学魏张东团队在《ENV POLLUT BIOAVAIL‌‌》上发表的一篇学术论文“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，探讨生物炭-土壤界面上磷和镉的运输机制。利用DGT-CID技术，我们发现磷和镉表现出梯度扩散，以生物炭为扩散中心。生物炭显著提高了土壤有效磷浓度，增加了7倍（p < 0.05），通过持续释放。镉浓度从7.11 mg/L增加到10.09 mg/L，在界面处出现浓度跃升，表明镉的聚集和向生物炭层的转移。理论计算表明，磷和镉在界面的运输通量分别为0.94 mg/L和0.75 mg/L。我们的研究结果阐明了这些元素在生物炭-土壤界面的分布和运输通量。

研究结果表明：1.生物炭-土壤微界面中磷的有效性：在15天的孵化期内，实验组土壤层中有效磷含量比对照组增加了7倍。这表明生物炭中的磷扩散进入土壤，显著提高了土壤中有效磷含量。2.生物炭-土壤微界面中镉的有效性：经过15天的孵化，空白组土壤层中镉的浓度随时间增加。与对照组相比，实验组上层土壤中有效镉含量相对保持恒定，而下层土壤中有效镉含量有所下降。排除水溶液增加的影响，生物炭层中有效镉含量显著增加了两倍，表明生物炭可以通过吸附有效减少土壤中镉的可用性，促进其转移到生物炭中。3.生物炭-土壤微界面中磷和镉的传输通量：基于DGT扩散膜的吸附能力变化和确定的分辨率（1毫米），计算出磷的传输通量为0.94 mg/kg，镉的传输通量为0.75 mg/kg。

在这篇文章中，智感环境的DGT技术用于监测磷和镉在生物炭-土壤界面的分布和迁移情况，发现磷和镉呈现出以生物炭为中心的梯度扩散现象。通过DGT - CID（计算机密度成像）技术，研究人员能够获得磷和镉在界面处的高分辨率二维分布图，从而更准确地分析这些元素在生物炭 - 土壤界面的分布和传输通量。实验结果显示，生物炭显著增加了土壤中有效磷的含量，同时降低了土壤中镉的生物有效性，并促进其向生物炭层转移。基于DGT扩散膜的吸附容量变化和确定的分辨率（1 mm），计算出磷的传输通量为0.94 mg/kg，镉的传输通量为0.75 mg/kg。这些发现为优化生物炭的生产参数和应用策略提供了科学依据，具有重要的实际应用意义。