第1章 绪论 1
1.1 研究背景及研究意义 1
1.1.1 粮食安全与农药 1
1.1.2 农药与农业面源污染 2
1.1.3 农业面源污染与生物炭 3
1.1.4 存在问题 5
1.1.5 研究意义 5
1.2 研究进展 6
1.2.1 农业面源污染研究 6
1.2.2 农药在环境中的归趋 9
1.2.3 农药流失的影响因素研究 11
1.2.4 地表水农药污染研究 13
1.2.5 污染负荷大尺度匡算研究 15
1.2.6 农药流失的模拟研究 16
1.2.7 生物质热解特性和制备研究 18
1.2.8 生物炭对农业面源污染的控制研究 19
1.3 研究内容和技术路线 20
1.3.1 研究目的 20
1.3.2 研究内容 21
1.3.3 技术路线 22
第2章 我国各省份农药使用量匡算 23
2.1 农药使用清单的建立 23
2.1.1 农药使用量的估算方法 23
2.1.2 农作物种植结构分析 23
2.1.3 农药使用强度的确定 25
2.1.4 资料来源和不确定性分析 25
2.2 农药使用的时间变化分析 25
2.2.1 农药使用的时间变化规律 25
2.2.2 农药使用与社会经济发展的演变 26
2.3 农药使用的空间分布规律 27
2.3.1 杀虫剂使用的空间特征分析 27
2.3.2 除草剂使用的空间特征分析 28
2.3.3 杀菌剂使用的空间特征分析 30
2.3.4 农药使用的空间特征分析 32
2.3.5 农药使用量估算的不确定分析 34
2.4 小结 35
第3章 我国各省份农药流失量匡算 36
3.1 农药流失清单的建立 36
3.1.1 农药流失量的估算方法 36
3.1.2 农药流失系数的计算 36
3.1.3 数据统计和不确定性分析 38
3.2 农药流失的空间特征分析 38
3.2.1 杀虫剂流失特征分析 38
3.2.2 除草剂流失特征分析 40
3.2.3 杀菌剂流失特征分析 43
3.2.4 农药流失清单及特征分析 44
3.2.5 农药流失量估算的不确定性分析 47
3.3 农药流失对我国水环境的影响 48
3.3.1 水环境安全风险评估 48
3.3.2 农药面源污染和水资源保护 49
3.4 小结 50
第4章 典型小流域农药污染实验分析 51
4.1 研究区概况 51
4.1.1 地理位置 51
4.1.2 气候特征 51
4.1.3 土地利用 53
4.1.4 土壤特性 54
4.1.5 农业措施 55
4.2 实验材料 56
4.2.1 样品采集 56
4.2.2 标准样品和试剂 58
4.2.3 仪器设备 58
4.3 实验方法 59
4.3.1 样品预处理 59
4.3.2 土壤基本属性的测定 60
4.3.3 水体农药含量的测定方法 61
4.4 结果与讨论 63
4.4.1 土壤基本属性 63
4.4.2 土壤的农药污染负荷 64
4.4.3 地表水农药含量分析 64
4.5 小结 67
第5章 典型小流域农药流失模拟研究 68
5.1 流域尺度农药流失模拟方法 68
5.1.1 SWAT模型机理 68
5.1.2 模型数据库的构建 68
5.1.3 农药流失模拟对象 70
5.1.4 模型的验证及运行 71
5.2 典型小流域农药流失的时空特征模拟 72
5.2.1 流域农药流失负荷的年际变化特征 72
5.2.2 流域农药流失负荷的月际变化特征 74
5.2.3 流域农药输出负荷的空间分布特征 75
5.3 小结 80
第6章 典型小流域农药污染控制的管理措施 82
6.1 污染控制措施设置 82
6.1.1 最佳管理措施 82
6.1.2 农药使用强度管理情景设置 83
6.1.3 农药喷洒时间管理情景设置 83
6.1.4 保护性耕作管理情景设置 84
6.1.5 植被过滤带情景设置 84
6.2 不同污染控制措施的情景模拟分析 84
6.2.1 农药使用强度管理情景模拟分析 84
6.2.2 农药喷洒时间管理情景模拟分析 85
6.2.3 保护性耕作管理情景模拟分析 86
6.2.4 植被过滤带情景模拟分析 87
6.3 小结 88
第7章 生物炭的制备、表征和热解特征 89
7.1 生物炭的应用价值 89
7.1.1 生物炭增汇减排作用 89
7.1.2 生物炭土壤改良及对污染物的调控 89
7.2 生物炭的制备和表征 90
7.2.1 材料和实验仪器 91
7.2.2 实验方法 91
7.2.3 结果与讨论 95
7.3 生物质热解过程和热解动力学研究 120
7.3.1 材料和方法 122
7.3.2 热解动力学理论 122
7.3.3 结果与讨论 126
7.4 生物炭质量评价及在农业环境管理方面的应用建议 139
7.4.1 材料与方法 140
7.4.2 结果与讨论 140
7.5 小结 148
第8章 不同温度制备的生物炭对农药的吸附性能 150
8.1 实验材料 151
8.1.1 农药和试剂 151
8.1.2 主要仪器设备 151
8.1.3 生物炭选取 151
8.2 实验方法 152
8.2.1 吸附液配制 152
8.2.2 吸附实验 152
8.2.3 分析方法 152
8.3 吸附模型模拟 153
8.4 结果与讨论 154
8.4.1 Freundlich吸附模型拟合 154
8.4.2 Langmuir吸附模型拟合 158
8.4.3 Redlich-Peterson吸附模型拟合 159
8.4.4 Dual-mode吸附-分配模型拟合 160
8.4.5 生物炭的应用价值和环境影响 162
8.5 小结 164
第9章 ADP改性前后的生物炭对农药吸附的对比研究 165
9.1 实验材料 165
9.1.1 农药和试剂 165
9.1.2 主要仪器设备 166
9.1.3 生物炭选取 166
9.2 实验方法 166
9.2.1 吸附液配制 166
9.2.2 吸附实验 166
9.2.3 分析方法 167
9.2.4 吸附模型模拟 167
9.3 结果与讨论 167
9.3.1 pH对阿特拉津吸附行为的影响 167
9.3.2 温度对阿特拉津在两种生物炭上吸附行为的影响 168
9.3.3 吸附热力学 174
9.3.4 生物炭的环境价值评价 175
9.4 小结 177
第10章 生物炭对农药在土壤中吸附行为的影响 178
10.1 实验材料 178
10.1.1 样品采集区概况 178
10.1.2 主要仪器设备 178
10.1.3 实验试剂 178
10.1.4 实验样品 179
10.2 实验方法 179
10.2.1 土壤和生物炭理化性质分析 179
10.2.2 等温吸附实验 179
10.3 结果与讨论 180
10.3.1 土壤理化性质结果分析 180
10.3.2 阿特拉津在土壤中的吸附行为 181
10.3.3 生物炭对阿特拉津在土壤中吸附行为的影响 182
10.4 小结 187
第11章 生物炭控制农药运移的优化研究 189
11.1 实验材料 191
11.1.1 淋溶柱土壤样品 191
11.1.2 农药和试剂 191
11.1.3 污染土壤的培养 191
11.1.4 仪器设备 191
11.2 实验方法 192
11.2.1 淋溶土柱填充方法 192
11.2.2 降雨设置 193
11.2.3 实验装置 194
11.2.4 淋出液处理 194
11.2.5 淋溶土柱样品处理 194
11.3 土壤改良 194
11.3.1 生物炭添加配比 194
11.3.2 生物炭改良土壤对阿特拉津的去除效果 195
11.3.3 生物炭改良土壤对镉的去除效果 195
11.3.4 土壤改良方式设置 196
11.4 结果与讨论 196
11.4.1 生物炭改良土壤对阿特拉津的去除率 196
11.4.2 生物炭改良土壤对镉的去除率 197
11.4.3 不同改良方式和降雨强度对阿特拉津运移的影响 198
11.4.4 不同改良方式对阿特拉津在土壤中运移的影响 199
11.4.5 阿特拉津淋溶运移随时间变化的分布特征 200
11.4.6 降雨强度与改良方式对阿特拉津运移影响的差异显著性分析 202
11.4.7 不同生物炭水平对阿特拉津运移的影响 203
11.5 小结 204
参考文献 206