磷是导致水体富营养化的元凶之一,进入水体中磷的源头主要有工业、生活的点源排放和农业的面源流失。随着点源排放的有效控制,农田面源磷流失成为了重点治理对象。在解决方法上,采用在土壤里添加吸附剂从磷污染源头控制是最直接有效的手段,既可避免磷的流失造成污染,还可以在后期作为缓释肥料给植物提供营养。近年来,生物炭因其特殊的环境功能被广泛研究,并用于农田中营养元素流失的控制。为深入探讨生物炭在控制农田面源磷污染上的潜力,本研究采用香格里拉本地牦牛粪作为生物炭原料,用镁离子将其改性以制备出对农田土壤中溶解性无机磷和有机磷有较强吸附能力的改性生物炭,并应用土柱模拟实验测定其吸磷和对土壤的改良效果。同时通过研究改性生物炭对无机磷和有机磷的吸附动力学和吸附等温线模型探讨其吸附机理。其研究结果表明:(1)将风干、破碎后的牛粪用浓度为2 mol/L的镁离子溶液充分浸渍2小时后烘干,然后用马弗炉在充氮气的条件下以5℃/min的升温速率最终温度分别为300℃、450℃和600℃C热解3小时,待其自然冷却后便得到实验所需改性生物炭(分别记为MBC300、MBC450和MBC600)。结果发现他们对磷的吸附能力为MBC600>MBC450>MBC300。比未用镁离子改性生物炭对磷具有更强的吸附能力,600℃下烧制的改性生物炭对无机磷和有机磷的吸附能力分别提高了 39.89倍和1.33倍。理论上可将其用于控制农田土壤中溶解性无机磷和有机磷的流失。(2)通过对改性生物炭表面形态、比表面积、元素分析、pH值进行研究发现:热解温度越高,改性生物炭的表面越粗糙、比表面积越大、C、H、O、N元素含量减小、pH越高。(3)通过用XRD对镁改性生物炭进行表征,发现其表面生成了许多MgO晶体和水合氯化镁晶体,由于MgO晶粒在溶液中常带正电,进而吸附带负电的磷基团,同时生物炭上的水合氯化镁则易与磷发生化学结合生成微溶的磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2)和磷酸氢镁(MgHPO4)等而附着在生物炭表面。从理论上解释了镁改性生物炭可以有效的吸附磷,而达到控制磷的流失。(4)分别通过测定MBC600对无机磷和有机磷的吸附能力测定,发现它们都比较符合准二级动力学和Langmuir吸附等温线模型,MBC600对磷的吸附主要是以均匀的单分子层吸附方式为主的化学吸附,其理论最大吸附量分别可达19.18 mg/g 和 26.12 mg/g。(5)将镁改性生物炭加入到土柱中进行淋溶实验来模拟,通过对收集的淋滤液进行体积、pH和磷含量的分析,解析其输入农田后对磷流失的控制,结果表明它不仅在前期可以减缓磷的流失,还能在后期持续释放磷(P的解析率达100%),缓慢为植物提供营养,可以起到了先控制磷污染然后作为缓释肥料为植物提供营养的双重作用。优化的结果是MBC600在农田表层土壤应用中的最佳输入量仅为0.05%。因此,可将MBC600作为无机磷和有机磷的良好吸附剂应用到农田土壤中控制磷的流失。(6)通过以上牦牛粪的镁改性方法制备生物炭的方法和吸磷研究所得的基础数据和理论成果,为高原牦牛粪的高附加值应用开辟了一条新路径,应用于农田土壤中控制磷的流失,为改性牦牛粪生物炭应用于农田磷面源污染的防控奠定理论基础,为恢复高原退化湿地、磷污染防治提供技术支持。