沼液中含有大量的营养元素,直接排放或施用于土壤中,会造成氮、磷、钾营养元素的流失,沼液中重金属进入土壤也会造成农田水体二次污染。生物炭疏松多孔,吸附特性较强,对持留土壤养分、钝化重金属具有良好的作用,但含有的矿质养分较少。目前,黑龙江省黑土资源分布不均匀、黑土板结、有机质含量低,耕层厚度下降等问题突出,严重影响粮食产量,制约农业经济发展。本文将基于以上问题开展试验研究,目的是为研究生物炭和沼液改良黑土性质提供理论依据,对于减少氮、磷、钾等营养元素在黑土中的损失,明确黑土与重金属之间的吸附规律,减少重金属对黑土的污染,以及解决东北黑土板结干燥问题,加快农业经济发展,提高粮食产量意义重大。研究的主要内容及结论如下:(1)将杨木炭和竹炭分别添加于壤土、砂质壤土、砂土3种黑土,生物炭的粒径和添加比例分别为0.25 mm、0.5 mm、1 mm和2%、5%、10%,测得田间持水量;将10%、0.25 mm的2种生物炭添加于3种黑土中,运用离心法通过改变离心时间和吸力来研究黑土体积含水率的变化规律;拟合并比较最佳离心时间时黑土体积含水率的VG模型和BC模型,构建黑土水分特征曲线,系统研究生物炭对黑土持水特性的影响规律。结果表明,对于田间持水量,从大到小依次为壤土、砂质壤土、砂土;杨木炭对黑土田间持水量提高程度大于竹炭,10%、0.25 mm的生物炭提高效果最佳;黑土体积含水率与吸力呈显著相关,其随着吸力的增加而减少,随着离心时间的增加而减少,最佳离心时间为100 min。VG模型的R~2值大于0.99,拟合水分特征曲线效果更好。(2)选取活性炭、杨木炭、竹炭3种生物炭和壤土、砂土2种黑土,系统研究生物炭粒径及添加比例、沼液初始质量浓度、振荡时间、温度对黑土吸附沼液中的养分及重金属的影响规律。结果表明,3种生物炭的添加均可显著提高黑土对氮、钾、铜、锌、铬的吸附能力,吸附量随着生物炭粒径的减小和添加比例的增加而显著增加,添加10%、0.25 mm的生物炭提高效果最佳,而添加生物炭后会降低黑土吸附磷的能力,且添加比例越多抑制作用越强;随着沼液初始质量浓度的增加,黑土对氮、磷、钾、铜、锌、铬的吸附量显著增加,添加相同种类炭时,壤土各试验组的吸附量均高于砂土各组,当沼液初始质量浓度相同,土壤相同,添加不同种类炭时,活性炭对吸附量的提高能力略优于杨木炭,杨木炭优于竹炭;黑土吸附养分及重金属的过程随时间的增加均经历迅速、缓慢和趋于稳定3个阶段,随着温度的升高,黑土对猪粪沼液氨态氮、磷、钾、铜、锌、铬的吸附量均逐渐升高,为吸热反应,而黑土吸附硝态氮的过程为放热反应,吸附量逐渐减少。(3)构建添加活性炭、杨木炭、竹炭黑土对猪粪沼液中氮、磷、钾、铜、锌、铬的吸附动力学模型和等温吸附模型,深入研究添加生物炭黑土对沼液养分及重金属的吸附特性。结果表明,对于描述添加生物炭黑土吸附沼液中氮、磷、铜、锌、铬的动力学过程,准二级吸附模型更适用,而对于速效钾的吸附动力学过程,准一级吸附模型的拟合度最高;等温条件下,Freundlich模型能够更好地模拟添加生物炭黑土吸附沼液中氮、磷、钾、铜的反应特性,Langmuir模型能更好地模拟黑土吸附沼液中锌、铬的反应特征;黑土吸附氮、磷、钾、铜、锌、铬的反应过程中同时发生化学吸附反应和物理吸附反应。(4)选取活性炭、杨木炭、竹炭3种生物炭和壤土、砂土2种黑土,系统研究黑土解吸沼液中养分及重金属的规律。结果表明,对于黑土解吸沼液中氮、磷、钾、铜、锌、铬的过程,解吸量远小于有效吸附量,且解吸量、解吸率、有效吸附量的大小顺序与吸附量相同,解吸量和吸附量的大小呈现正相关关系,活性炭添加于黑土之后,其解吸量最大,但同时有效吸附量也最大,添加同种生物炭时,壤土的有效吸附量比砂土高。