江苏农科院面源污染团队在废弃物热转化及其环境效应领域取得系列进展

　　2022年度，江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业面源污染治理创新团队相关科研人员联合十余家国内外单位的同行，围绕农业面源污染氮磷减控和农业废弃物资源化处置、农业源新型污染物的环境效应等开展了系列研究工作。本年度，相关团队合作在业内知名刊物发表学术论文25篇（含IF≥10的16篇），授权国家发明专利3项、转让1项。取得的主要进展简介如下：

一、 面向农业面源污染风险减控的炭基环境材料研发与应用

　　研发了可成型的生物炭基复合材料，实现对农业废水中磷的高效净化脱除，性能高于市场产品，可应用于农业生态工程实现高效脱磷¹。评价了羧酸改性生物炭还田对活性气态氮损失的影响，并建议了合理施用方式²。研发了碳基环境催化/吸附双功能材料，实现了对农业面源氮磷和抗生素的同步高效去除，并考察了抗生素降解中间产物的环境风险^3,4；系统分析了铁改良生物炭复合材料对农业面源抗生素污染的净化过程和作用机制⁵。通过改性生物炭回收农业低污染水中的氮素，可将其作为优良氮载体用于种植土壤中实现养分再利用⁶。最后，总结了当前农田氨挥发减排的典型技术措施及相关作用机制⁷。

二、典型高湿有机废弃物热转化产物特征及其农田土壤应用环境效应

　　指出了粪源水热炭相对于粪便直接还田可能是更清洁和环境友好的资源化利用方式，并系统分析了其养分和结构特征⁸；发现粪源水热炭对土壤肥力改善和磷流失风险的缓解均有积极效果，对土壤有机质特别是其可溶性组分产生显著影响⁹。系统考察了厨余垃圾水热炭的结构和养分特征，探索其作为土壤调理剂应用于稻麦轮作生产系统的潜力¹⁰。深入分析了田间自然老化对水热炭表面结构特征和土壤重金属固持机制的影响，指出不同老化方式对炭基材料特征的影响程度不同¹¹。同时，发现黏土矿物改良水热炭对农田土壤重金属有效性及微生物群落结构均产生不同程度影响¹²。

三、人为源炭输入/共存对土壤碳氮转化和环境排放的影响

　　指出了生物炭和农业源微塑料颗粒共存时，对微塑料的表观粗糙度、官能团和孔隙结构产生影响，进而改变了微塑料颗粒对典型环境污染物的固持性能¹³。发现了水热炭和农业源微塑料的共存，可能会刺激稻田土壤甲烷排放，但是一定程度上抑制氧化亚氮排放¹⁴；而常规热解生物炭与农业源微塑料共存则减少甲烷排放，并影响相关土壤碳氮转化功能基因和细菌群落结构¹⁵。通过周年观测，发现了农业源微塑料的粒径和自然老化过程改变稻麦轮作系统土壤氨挥发通量¹⁶，对作物氮素吸收效率和籽粒产量亦产生一定影响¹⁷；而微塑料与常规热解生物炭或水热炭共存时，在周年观测期内对土壤氨挥发具抑制效应，并系统分析了相关影响机制^18,19；同时发现微塑料单独或与生物炭共存时对土壤微生物群落结构和团聚体产生扰动^20,21。

四、废弃物水热炭化液相副产物的特征及其资源化处置技术

　　创新性提出了通过稻田湿地实现水热炭化液相产物的高效消纳的处置策略，并从分子水平分析了相关处置过程中土壤可溶性有机组分的变化特征²²。进而提出，将水热炭化液相产物合理还田，可部分替代尿素，提升土壤肥力和作物产量²³；而通过酸性水热炭液相产物和碱性特征的沼液配施还田，可减少农田土壤氨挥，并影响土壤可溶性有机组分的分子结构²⁴。此外，还发现水热炭化液相产物中的纳米颗粒碳量子点对于强化农业面源污染中的抗生素和抗性基因的降解具有一定的贡献²⁵。

多目标、多尺度、多学科；新材料、新方法、新机制

　　以上研究的主要共同完成单位还包括：南京理工大学、广东工业大学、南京林业大学、南京信息工程大学、河海大学、美国麻省大学、浙江省农业科学院等。相关研究主要获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、江苏省农业自主创新项目、江苏省自然科学基金、江苏省333高层次人才培养计划等科研项目的支持。期间，十余名硕士/博士研究生、本科实习生先后参与了相关研究工作。在此一并致谢。

团队简介：

　　江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业面源污染治理创新团队在编职工共10人，学科带头人为杨林章研究员，团队首席为薛利红研究员，首席助理为冯彦房研究员。团队重点研究领域包括：

（1）农田养分精准管理与氮磷损失控制；

（2）新型环境材料研制及其在面源污染治理中的应用；

（3）环境源养分农田回用与面源污染综合防控。

　　近几年，团队主持省部级以上课题40余项，含国家自然科学基金项目十余项，国家重点研发计划项目1项、课题多项；牵头/参与获省部级以上奖励5项。

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相关文献:

1. Sun, E. et al.Biochar 4, 53(2022).

2. Sun, H. et al.Environmental Pollution 312, 120068(2022).

3. Ding, C. et al.Journal of Environmental Sciences 126, 249-262(2023).

4. Yin, X. et al.Science of The Total Environment 814, 152791(2022).

5. Wang, A.etal.Water Research 225, 119168(2022).

6. Yu, Y.et al.Separations 11, 337 (2022).

7. Li, T. et al.Chemosphere, 134944(2022).

8. Fu, H. et al.Journal of Cleaner Production 330, 129820(2022).

9. Ding, S. et al.Journal of Cleaner Production 372, 133798(2022).

10. Xu, Y. et al.Science of The Total Environment 850, 157953(2022).

11. Wang, B. et al.Biochar 4, 34(2022).

12. He, L. et al.Science of The Total Environment 835, 155542(2022).

13. Shang, C. et al.Environmental Pollution 315, 120421(2022).

14. Han, L. et al.Journal of Cleaner Production 337, 130504(2022).

15. Han, L. et al.Environmental Pollution 292, 118386(2022).

16. Han, L. et al.ACS Sustainable Chemistry & Engineering 10, 2180-2191(2022).

17. Chen, S. et al.Journal of Soils and Sediments (2022).

18. Feng, Y. et al.Science of The Total Environment 847, 157635(2022).

19. Feng, Y. et al.Applied Soil Ecology 178, 104552(2022).

20. Feng, Y. et al.Journal of Hazardous Materials 422, 126831(2022).

21. Chen, L.,et al.Journal of Hazardous Materials 438, 129555(2022).

22. He, H. et al.ACS ES&T Engineering, doi:10.1021/acsestengg.2c00056 (2022).

23. He, H. et al.Journal of Cleaner Production 344, 131135(2022).

24. Chen, S. et al.Environmental Research 214, 113997(2022).

25. Yang B, et al. ACS Omega (2022).