不同原料生物炭對氮、磷、鉀的吸附和解吸特性

彭啟超，劉小華，羅培宇，梁偉健，劉 寧，楊勁峰，韓曉日

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/土肥資源高效利用國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部東北玉米營養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測試驗站，遼寧沈陽 110866）

生物炭是農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下熱裂解形成的一類高度芳香化難溶性的富碳產(chǎn)物[1]，具有較大的比表面積、較高的離子交換量以及豐富的化學(xué)官能團(tuán)，可通過物理化學(xué)行為負(fù)載特定的肥料養(yǎng)分[2-5]。不同材料制備的生物炭，因其性質(zhì)不同會對養(yǎng)分的固儲與緩釋特性產(chǎn)生影響[6-8]。宋婷婷等[9]研究發(fā)現(xiàn)，花生殼炭、玉米稈炭、楊木屑炭和竹屑炭對銨態(tài)氮的吸附均以單分子層吸附為主，在pH為7、硫酸銨初始濃度為800 mg/L的吸附體系中，花生殼生物炭對銨態(tài)氮的吸附性能最好。Li等[10]研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈生物炭對銨態(tài)氮的吸附采用Freundlich方程擬合程度更高，由此認(rèn)為吸附是非均一的物理吸附。Wang等[11]研究表明，生物炭對銨態(tài)氮的吸附主要受表面官能團(tuán)的影響，此外，一些研究認(rèn)為生物炭可通過陽離子交換吸附銨根離子和鉀離子等[12]。Jassal等[13]研究發(fā)現(xiàn)生物炭對陽離子的吸附量遠(yuǎn)超過其有效的陽離子交換量，推測其對氮和鉀素的阻控行為主要靠表面孔隙的吸附作用。生物炭對磷的吸附很大程度上也是受自身理化性質(zhì)的影響，不同類型的生物炭對磷的吸附和解吸都具有較大的差異[14]。Chintala等[15]研究表明，玉米秸稈炭對磷的吸附能力優(yōu)于柳枝稷生物炭，并顯著高于松木屑生物炭。在解吸過程中，對采用碳酸氫鹽提取的有效磷的量而言，松木屑生物炭要大于柳枝稷生物炭和玉米秸稈炭。

以往的研究多集中在不同原料生物炭對單一無機養(yǎng)分的吸附和解吸性能上[6-9]，但對不同原料生物炭的理化特征與它們和氮、磷、鉀的吸附和解吸特性之間內(nèi)在聯(lián)系的研究報道較少。本試驗研究常用的三種生物炭的理化性質(zhì)特點以及它們所具有的對氮、磷、鉀的吸附和解吸特征，旨在探明其對養(yǎng)分的固儲與緩釋能力的基礎(chǔ)上，為新型肥料及炭基有機無機復(fù)混肥的研制與開發(fā)提供高性能的固儲和緩釋材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

三種生物炭分別是玉米稈炭 (CSB)、稻殼炭(RHB)、稻稈炭 (RSB)。CSB在450℃下馬弗爐限氧熱解3 h而成[7]，RSB、RHB為遼寧沈陽隆泰生物工程有限公司生產(chǎn)，制炭溫度為450℃左右。三種材料在85℃烘干，粉碎后過20目篩，干燥儲存?zhèn)溆?，其基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同原料生物炭對氮、磷、鉀的等溫吸附試驗

稱取三種生物炭各1.00 g放入100 mL的三角瓶中，分別加入不同初始濃度的 (NH4)2SO4、KH2PO4、KCl溶液40 mL，同時加入三滴氯仿以抑制微生物活動，用0.5 mol/L的 HCl (或 NaOH) 調(diào)節(jié) pH (6.75 ±0.25)。以不添加吸附質(zhì)為對照，重復(fù)三次。置于25℃恒溫震蕩機上，180 r/min連續(xù)震蕩10 h，然后倒入容量為50 mL的離心管，4000 r/min離心5分鐘，然后過濾，取上清液測定氮、磷、鉀含量，根據(jù)溶液平衡前后測定的氮、磷、鉀濃度差計算吸附量[16-18]。各吸附液的初始濃度見表2。

采用Langmuir和Freundlich方程對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[19-20]。Langmuir方程是假設(shè)吸附劑在結(jié)構(gòu)上完全相同，同時吸附質(zhì)在吸附劑表面呈單層吸附；Freundlich是一個經(jīng)驗方程，沒有假設(shè)條件，用于描述非均質(zhì)的體系，該吸附過程是可逆的且不限制于單層吸附，其公式分別表述如下。

式中：qe為平衡時吸附量 (mg/g)；Ce為平衡時待吸附離子的濃度 (mg/L)；KL和qm分別為Langmuir單分子層吸附的吸附常數(shù)和最大吸附量 (mg/g)；KF為吸附容量；n為Freundlich吸附常數(shù)，可表示吸附強度。

表1 不同原料生物炭的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physico chemical properties of different raw materials biochar

表2 氮、磷、鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液初始濃度Table 2 Initial concentration of standard solution of nitrogen phosphorus and potassium

1.2.2 不同原料生物炭對氮、磷、鉀的解吸試驗將1.2.1中經(jīng)過1000 mg/L (NH4)2SO4、500 mg/L KH2PO4、1000 mg/L KCl吸附的生物炭進(jìn)行連續(xù)5次解吸，前4次采用水浸提，每次加入25 mL水，第5次解吸時對吸附氮的生物炭采用1 mol/L的KCl浸提，對吸附磷的生物炭采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提，對吸附鉀的生物炭采用1 mol/L的CH3COONH4浸提。震蕩30分鐘后在4000 r/min離心5 min，然后過濾，測定上清液中氮、磷、鉀含量[13,21-22]。

1.3 測定項目與方法

生物炭所含全碳和全氮采用Vario EL Ⅲ型元素分析儀測定；全量磷鉀采用硫酸-雙氧水分解，釩鉬黃比色法測定磷，火焰光度計法測定鉀；陽離子交換量 (CEC) 采用乙酸銨交換法測定[23]。生物炭表面酸 (堿) 性含氧官能團(tuán)數(shù)量的測定采用 Boehm 滴定法[16]。生物炭表面的零點電荷通過測試等電點 (pHpzc)間接表征[17]。生物炭pH采用pH計測定，生物炭與水比例為1∶10。比表面積 (BET) 和孔體積采用Gemini Ⅶ以N2為吸附質(zhì)，在液氮溫度77 K下測定。溶液中的銨態(tài)氮測定采用全自動連續(xù)流動分析儀 (AA3，德國Seal公司)，磷采用鉬銻抗比色法測定，鉀采用火焰光度計測定。

按下列公式計算吸附量、解吸量和解吸率：

吸附量 (mg/g) = (初始濃度 - 平衡濃度) × 溶液體積/稱樣質(zhì)量

解吸量 (mg/g) = 解吸液濃度 × 解吸液體積/稱樣質(zhì)量

解吸率 (%) = 解吸量/吸附量 × 100

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)處理及表格繪制采用Microsoft Excel 2010軟件，利用SPSS19.0進(jìn)行方差和相關(guān)性分析，作圖軟件采用Origin 2017。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同原料生物炭對銨態(tài)氮的吸附和解吸特性

從圖1可以看出，當(dāng) (NH4)2SO4溶液初始濃度小于500 mg/L時，隨著溶液濃度的升高，三種生物炭對NH4+的吸附量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，上升幅度為0.86～1.60 mg/g。當(dāng)溶液初始濃度大于500 mg/L，隨著溶液濃度的升高，生物炭對NH4+的吸附量上升趨勢變緩，上升幅度為0.17～0.57 mg/g。達(dá)到平衡后，三種材料中的RSB對NH4+-N的吸附量最高，在(NH4)2SO4溶液初始濃度為1000 mg/L的情況下，其對的吸附量達(dá)到2.17 mg/g。

圖1 不同初始濃度下生物炭對銨態(tài)氮的等溫吸附線Fig. 1 Isothermal adsorption lines of ammonium nitrogen from biochars at different initial concentrations[注（Note）：CSB—Corn stalk biochar; RSB—Rice stalk biochar;RHB—Rice husk biochar.]

不同材料來源的生物炭對銨態(tài)氮的解吸率見表4。CSB、RHB和RSB所吸附銨態(tài)氮的總解吸率具有顯著的差異性，其中RSB所吸附銨態(tài)氮的總解吸率最小，但第五次采用KCl浸提時的解吸率達(dá)到(33.5 ± 1.9)%，顯著高于另外兩種生物炭，其原因可能是RSB的陽離子交換量高于CSB和RHB，導(dǎo)致處于被吸附狀態(tài)可被鉀離子置換的銨根離子顯著高于CSB和RHB。

由表5可知，所試三種生物炭的陽離子交換量越大、酸性官能團(tuán)越多、pHpzc越大，其對銨態(tài)氮的最大吸附量也越大，它們之間有一定的正相關(guān)；銨態(tài)氮的總解吸率與孔體積間具有一定的正相關(guān)，而與陽離子交換量、酸性官能團(tuán)的數(shù)量、pH和pHpzc間具有一定的負(fù)相關(guān)。

表3 不同原料生物炭對銨態(tài)氮的等溫吸附方程擬合參數(shù)Table 3 Fitted parameters in the isothermal adsorption equation of biochar to ammonium nitrogen

表4 不同原料生物炭對銨態(tài)氮的解吸特性Table 4 The desorption characteristics of ammonium nitrogen from different raw materials biochar

表5 生物炭理化性質(zhì)與銨態(tài)氮吸附解吸特性的相關(guān)性Table 5 Correlation between biochar physical and chemical properties and adsorption and desorption properties of ammonium nitrogen

2.2 不同原料生物炭對磷的吸附和解吸特性

圖2可以看出，所試三種材料中的RSB在各初始濃度中，達(dá)到平衡時對磷的吸附量均最高，在KH2PO4的初始濃度為500 mg/L的情況下，其吸附量達(dá)到2.61 mg/g。RHB在初始溶液濃度為100 mg/L左右時，CSB在初始溶液濃度為300 mg/L左右時，其吸附量基本已經(jīng)達(dá)到飽和，隨著初始溶液濃度的增加，其吸附量變化很小。RSB在初始溶液濃度為500 mg/L左右時，其吸附量仍有一定上升趨勢，意味著其吸附位點還沒有達(dá)到飽和。

圖2 不同初始濃度下生物炭對磷的等溫吸附曲線Fig. 2 Isothermal adsorption curves of biochars to phosphorus at different initial concentrations[注（Note）：CSB—Corn stalk biochar；RSB—Rice stalk biochar;RHB—Rice husk biochar.]

表6結(jié)果表明，Langmuir方程與磷實際吸附間的R2值均大于Freundlich方程與磷實際吸附間的R2值，說明Langmuir方程能更好地描述所試三種生物炭對磷的吸附，也意味著它們對磷的吸附以單分子層吸附為主。生物炭中RHB對磷的最大吸附量qm達(dá)到 (2.91 ± 0.12) mg/g，吸附能力顯著大于CSB和RSB對磷的吸附能力。Freundlich方程中n均大于1，說明所試三種生物炭對磷的吸附容易進(jìn)行。

從表7來看，三種材料所吸附磷的解吸率處于67.7%～73.7%之間，即大約有三分之二以上的被吸附磷可以在水溶液和碳酸氫鹽溶液中重新解吸出來。對三種生物炭材料所吸附的磷而言，經(jīng)過連續(xù)四次在水溶液中的解吸后，解吸量已降至很低，而在第五次改用NaHCO3浸提液時，CSB、RSB和RHB所吸附磷的解吸率又明顯上升，分別達(dá)到(48.1 ± 2.0)%、(45.5 ± 2.2)%、(40.6 ± 2.2)%，明顯超過總解吸率的一半。由于碳酸氫鹽和純水對吸附態(tài)磷的置換能力不同，因此同種材料所吸附磷在兩種溶液中的解吸量大小反映了被吸附磷在吸附程度上的差異。根據(jù)表7的結(jié)果可以確認(rèn)三種生物炭材料與磷之間的吸附力為 CSB ＞ RHB ＞ RSB。

由表8可以看出，所試三種生物炭的堿性官能團(tuán)數(shù)量和陽離子交換量越多，其對磷的最大吸附量越大，它們之間呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，但其最大吸附量與比表面積之間呈現(xiàn)出負(fù)的相關(guān)性。王章鴻等[18]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對磷酸根的吸附主要受生物炭表面的堿性官能團(tuán)的數(shù)量和表面金屬氧化物的影響。表7表明，生物炭前四次水浸提的解吸率之和處于19.8%～31.3%之間，也就說明生物炭通過物理吸附的磷含量要小于化學(xué)吸附的量，生物炭的化學(xué)性質(zhì)對磷吸附的影響要大于物理性質(zhì)。表8表明，生物炭對磷的最大吸附量與堿性官能團(tuán)數(shù)量呈正相關(guān)性，可能是這一規(guī)律掩蓋了比表面積對磷吸附的貢獻(xiàn)。

表6 不同原料生物炭對磷的等溫吸附擬合方程中的有關(guān)參數(shù)Table 6 Fitted parameters in the isothermal adsorption equation of biochar to phosphorus

表7 不同原料生物炭對磷的解吸特性Table 7 The desorption characteristics of phosphorus from different raw materials biochar

表8 生物炭典型理化性質(zhì)與磷吸附解吸特性的相關(guān)性Table 8 Correlation between typical physical and chemical properties of biochar and phosphorus adsorption and desorption properties

2.3 不同原料生物炭對鉀的吸附和解吸特性

圖3所示，隨溶液濃度的變化，三種生物炭對鉀的吸附量整體變化趨勢相似。初始濃度相同，達(dá)到平衡時RSB對鉀的吸附量均最高，CSB對鉀的吸附量最低。在KCl初始濃度為1000 mg/L時，RSB吸鉀量達(dá)到4.54 mg/g，RHB的吸鉀量為3.45 mg/g，而CSB吸鉀量僅為2.78 mg/g。

表9結(jié)果表明，生物炭中RHB對鉀的吸附性最好，其最大吸附量(qm)達(dá)到 (4.97 ± 0.22) mg/g，顯著高于CSB和RSB對鉀的最大吸附量。Langmuir和Freundlich擬合方程的參數(shù)R2表明，F(xiàn)reundlich擬合方程的R2均大于Langmuir擬合方程的R2，說明所試三種生物炭對鉀離子的吸附以多分子層吸附為主。在Freundlich擬合方程中的n均大于1，說明所試三種生物炭對鉀的吸附均很容易進(jìn)行。

圖3 不同初始濃度下生物炭對鉀的等溫吸附曲線Fig. 3 Isothermal adsorption curves of biochars to potassium at different initial concentrations[注（Note）：CSB—Corn stalk biochar; RSB—Rice stalk biochar;RHB—Rice husk biochar.]

表10表明，CSB、RSB和RHB的初次解吸率分別為 (38.1 ± 1.5)%、(43.4 ± 1.8)% 和 (38.1 ± 1.6)%，此次是以純水作為浸提劑，所提取的量多說明鉀離子在生物炭表面沉積或進(jìn)入其孔隙的量較多。第5次解吸是以CH3COONH4作為浸提劑，通過銨根離子與生物炭上的陽離子進(jìn)行交換。結(jié)果顯示，生物炭中RHB所吸附的鉀在第五次解吸時的解吸率顯著高于CSB和RSB的相應(yīng)值，說明被吸附在離子交換位點的鉀離子較多，即RHB與鉀離子之間吸附程度大于另外兩種生物炭。

表9 不同原料生物炭對鉀的等溫吸附方程擬合參數(shù)Table 9 The isothermal adsorption equation of different raw materials biochar to potassium fitted parameters

表10 不同原料生物炭對鉀的解吸特性Table 10 The desorption characteristics of potassium from different raw materials biochar

表11表明，三種生物炭的陽離子交換量和酸性官能團(tuán)數(shù)量越多，pHpzc越大，其對鉀的最大吸附量就越大，它們之間具有一定的正相關(guān)性；鉀的總解吸率與pH及pHpzc呈正相關(guān)性，而與孔體積呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

3.1 不同原料生物炭對銨態(tài)氮的吸附和解吸特征

生物炭對于銨態(tài)氮的吸附主要在生物炭表面進(jìn)行，依靠吸附劑豐富的表面官能團(tuán)和陽離子交換量及較大的比表面積，從而使吸附質(zhì)在其表面點位上富集[24]。本試驗中，Langmuir方程能更好地描述生物炭對銨態(tài)氮的等溫吸附，意味著生物炭對銨態(tài)氮的吸附以單分子層吸附為主，即生物炭表面吸附位點對銨態(tài)氮的吸附貢獻(xiàn)較大，這與Thi等[25]和宋婷婷等[9]的研究結(jié)果一致。生物炭表面帶負(fù)電荷有利于對陽離子的吸附[14]，三種生物炭的pHpzc均小于自身的pH，導(dǎo)致生物炭本身帶有一定的負(fù)電荷，這也有利于其對NH4+的吸附，且最大吸附量與pHpzc的相關(guān)性顯著。生物炭表面官能團(tuán)的數(shù)量和類別決定著生物炭的表面化學(xué)性質(zhì)和能夠吸附的陽離子的總量，也代表著其與環(huán)境中陽離子交換的能力[26]。Liang等[27]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對銨態(tài)氮的吸附主要受表面官能團(tuán)和陽離子交換量影響，而生物炭孔隙結(jié)構(gòu)并不是主要因素。生物炭表面的酸性官能團(tuán)可通過陽離子交換作用吸附固定NH4+-N[11]。本試驗中，三種生物炭的陽離子交換量越大、酸性官能團(tuán)越多，其對銨態(tài)氮的最大吸附量也越大。在銨態(tài)氮的解吸中，生物炭中RSB的陽離子交換量顯著高于CSB和RHB，第五次解吸率也顯著高于CSB和RHB，由此可以推測，RSB吸附的部分氮源可以通過陽離子交換作為緩效氮釋放，且釋放的緩釋氮量占吸附量的比例要高于CSB和RHB中緩釋氮量占吸附量的比例。

表11 生物炭典型理化性質(zhì)與鉀吸附解吸特性的相關(guān)性Table 11 Correlation between typical physical and chemical properties of biochar and potassium adsorption and desorption properties

3.2 不同原料生物炭對磷的吸附和解吸特征

生物炭對磷酸根的吸附主要受物理化學(xué)作用的影響。生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)為磷酸根離子提供了吸附位點，藉此磷酸根離子得以在生物炭表面發(fā)生物理沉淀。生物炭表面的官能團(tuán)也可與磷酸根離子間通過氫鍵、配位基交換等化學(xué)作用產(chǎn)生吸附[14]。王章鴻等[18]研究認(rèn)為，生物炭對磷酸根的吸附主要受生物炭表面的堿性官能團(tuán)的數(shù)量和表面金屬氧化物的影響。本試驗結(jié)果也顯示，三種生物炭中RSB的堿性官能團(tuán)數(shù)量最多，對磷的最大吸附量也最大。本試驗中，Langmuir方程能更好的描述生物炭對磷的吸附，由此可以推斷，生物炭對磷的吸附以單分子層吸附為主，即生物炭對磷酸根的吸附主要發(fā)生在生物炭的表面，同時，生物炭前四次水浸提的解吸率之和處于19.8%～31.3%之間，說明生物炭內(nèi)部孔隙對磷酸根的物理性吸附能力較小，本研究結(jié)果與Trazzi等[7]以甘蔗渣和芒果樹為原料制備生物炭所得到的結(jié)果相似。生物炭對磷的吸附和解吸規(guī)律反映了其對磷的持留和緩釋能力。Chintala等[15]曾利用CO32-的同離子效應(yīng)，用0.5 mol/L NaHCO3萃取生物炭吸附的磷。在本試驗的第五次提取時也采用了以上方法，結(jié)果從CSB中萃取的有效磷占總吸附磷的48.1%，對RHB來說是45.5%，對RSB來說是40.6%。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，生物炭通過物理吸附的磷含量要小于化學(xué)吸附的量，即生物炭的化學(xué)性質(zhì)對磷吸附的影響要大于物理性質(zhì)。值得注意的是，本試驗中，RSB的總解吸率和CSB的差異不顯著，雖然RSB的第五次解吸量占總吸附磷的比例要低于CSB的占比，但考慮到RSB的吸附總量要高于CSB，所以RSB可提供的直接磷源和可以被碳酸氫鹽置換的磷源總量的優(yōu)勢都要明顯好于CSB。

3.3 不同原料生物炭對鉀的吸附和解吸特征

生物炭獨特的多孔隙結(jié)構(gòu)及豐富的表面含氧極性官能團(tuán)能夠減少鉀素在土壤中的流失，提高鉀素利用率[28-29]。本試驗中，鉀離子與銨根離子雖然同為一價陽離子，但Freundlich方程可以更好地描述生物炭對鉀離子的吸附特征，說明生物炭對鉀離子的吸附以多分子層吸附為主，其原因可能是，鉀離子不同于銨根離子，其不會與生物炭表面的羥基和羧基等官能團(tuán)發(fā)生氫鍵作用[9]。鉀離子并不是在生物炭表面快速富集，而是較多地進(jìn)入生物炭的內(nèi)部孔隙，由此形成多分子層吸附。生物炭的酸性含氧官能團(tuán)能與溶液中的鉀離子發(fā)生反應(yīng)[30]。本試驗中，三種生物炭均表現(xiàn)出陽離子交換量和酸性官能團(tuán)數(shù)量越多，對鉀的最大吸附量越大。因此可以認(rèn)為，陽離子交換量和酸性官能團(tuán)的數(shù)量是影響鉀吸附的關(guān)鍵因素，這與杜錚[30]的研究結(jié)論一致。同時，由于三種生物炭pHpzc均小于自身的pH，生物炭本身帶有一定的負(fù)電荷也有利于生物炭對鉀離子的吸附，且最大吸附量與pHpzc的相關(guān)性顯著，這與在NH4+吸附上的研究結(jié)果相似。生物炭豐富的多孔性和較大的比表面積有益于吸附質(zhì)被物理吸持，這部分吸附質(zhì)因為與材料結(jié)合力弱容易被解吸出來[26]。本試驗中，前四次通過水浸提的鉀離子量約占解吸量的三分之二左右，這部分應(yīng)該是位于孔隙中沉積的或是與生物炭結(jié)合較弱的鉀離子。同時，生物炭通過陽離子交換和活躍的官能團(tuán)與離子間的化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)負(fù)載在生物炭表面[31]。第五次利用NH4+置換 K+，其解吸量約占總解吸量的三分之一左右。解吸的規(guī)律也進(jìn)一步體現(xiàn)出材料對離子的吸附特性，該結(jié)果佐證了在生物炭對鉀離子的吸附中，物理性吸附的貢獻(xiàn)要大于化學(xué)性吸附。

制備生物炭的原材料在很大程度上決定了生物炭的pH、比表面積、陽離子交換量、表面官能團(tuán)的數(shù)量和類型等性質(zhì)，并進(jìn)一步影響著其對養(yǎng)分的吸附和解吸特性[9]。本試驗結(jié)合吸附等溫線、動態(tài)解吸過程以及材料本身理化性質(zhì)研究了常用的三種生物炭對氮、磷、鉀的吸附和解吸特征以及引起差異的內(nèi)在機理。本研究中稻稈炭對氮、磷、鉀的持留和緩釋能力都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢，因為該試驗結(jié)果是基于吸附和解吸模擬性試驗的基礎(chǔ)上，該方法存在一定的局限性。因此稻稈炭應(yīng)用于田間對于養(yǎng)分的阻控能力或者與肥料復(fù)混后對養(yǎng)分的緩釋效果有待進(jìn)一步的研究，以利于綜合評價其對養(yǎng)分的固儲和緩釋性能。

4 結(jié)論

1) 所試三種生物炭對氮和磷的吸附以單分子層吸附為主，對鉀離子的吸附以多分子層吸附為主；不同材料來源的生物炭陽離子交換量和酸性官能團(tuán)的數(shù)量越多以及pHpzc越大，其對氮和鉀的最大吸附量也越大；生物炭陽離子交換量和堿性官能團(tuán)的數(shù)量越多，其對磷的最大吸附量也越大。

2) 生物炭在對氮和鉀的吸附總量上物理性吸附的貢獻(xiàn)要高于化學(xué)性吸附。在對磷的吸附總量上化學(xué)性吸附的貢獻(xiàn)要高于物理性吸附。不同原料生物炭對氮、磷、鉀的單次解吸率和總解吸率存在一定的差異性，第五次解吸率受材料化學(xué)性質(zhì)影響較大，總解吸率與材料理化性質(zhì)的規(guī)律不明顯。

3) 總體上看，所試三種生物炭對氮、磷、鉀固儲和緩釋能力間具有一定的差異。綜合考慮不同原料的生物炭對氮、磷、鉀的吸附和解吸性能后認(rèn)為，稻稈炭對無機養(yǎng)分的固儲和緩釋性能顯著優(yōu)于玉米稈炭和稻殼炭。