伴随着高放养密度的陆上海水养殖通常会产生过量的富营养化物质、残留的饵料、粪便和抗生素。而由于技术和盐度的限制,如何对这些废弃物进行适当和有效的处理仍然是一个悬而未决的问题。而生物炭材料具有低成本材料和大比表面积(SSA)的优势,目前在污染物吸附、土壤改良和调节微生物群落等领域具有巨大应用前景。鱼的残饵和粪便中含有丰富的有机物,可促进富含氧气的官能团保留在固体废弃物衍生的生物炭的表面。在水产养殖系统中,收集残余的饵料和粪便,使其在转化为生物炭时具有进一步的废物再利用和环境保护的优势。因此,基于海水养殖固废的生物炭开发与应用研究,开发基于海水养殖固废的生物炭材料,挖掘其在微生物群落结构调整、水处理、农业土壤中的应用潜力很有必要。本文利用直接热解法和金属盐改性剂制备出生物炭和改性生物炭,并对其理化特性、水体污染物去除、盐碱土壤改multiscale models for biological tissues良和土壤微生物多样性和微生物群落结构的影响进行了研究,具体主要包括以下几方面的成果:首先,本研究将海水养殖鱼类残留饵料和粪便生物质原料分别在300℃、500℃、700℃、800℃、900℃下热解制备成生物炭,记为BC300、BC500、BC700、BC800、BC900,并用锆或铁进行改性得到改性生物炭,记为BC700-Zr或BC700-Fe。实验对残饵粪便生物炭的理化特性进行了表征,了解了其在不同热解温度梯度及不同改性剂下的基本性质。实验结果发现随着热解温度的升高,灰分含量显著增加,产率逐渐下降。元素分析表明,生物炭的芳香性受热解温度的影响相对较小,在一定温度范围内,生物炭的亲水性和极性随温度的升高而减弱。红外光谱图表现出BC500及改性条件下可以改善-OH官能团。结果证明较高的热解温度可以改善孔隙率,进一步增加比表面积,改性生物炭中BC700-Zr具有最高的比表面积。然后,本研究对残饵粪便生物炭对水体氮磷营养盐和抗生素的去除情况进行了研究。实验结果表明生物炭BC700-Zr和BC700-Fe具有较高的脱氮效率。生物炭表现出氮和磷的解吸,而BC700-Zr和BC700-Fe没有明显的磷解吸现象。吸附动力学分析表明,硝酸盐、亚硝酸盐和恩诺沙星的吸附过程符合准二级模型,而氨氮和磷酸盐的吸附过程更符合准一级模型。生物炭表现出氮磷养分的释放VX-445采购作用,在盐碱地改良中具有潜在的应用前景。多元线性回归分析表明,氮素释放量与生物炭含氮量、p H和平均孔宽密切相关。磷素释放量与p H呈负相关,与平均孔宽呈正相关。本研究还探索了在不同炭施用量、有无植物条件下的残饵粪便生物炭对盐碱土壤肥力、养分有效性和土壤酶活性等指标的影响情况。本研究分别设置了有无植物处理(有植物,+P;无植物,-P)和生物炭浓度梯度处理(0%,1%,3%,5%;生物炭/土重),开展盐碱土壤盆栽实验。结果表明生物炭增加了土壤总碳(TC)、全氮(TN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量,能够提高土壤肥力。生物炭的添加增加了土壤有机碳、土壤NH4+和NO3-、微生物量碳和土壤酶活性。总体而言,推测盐碱地适宜的生物炭比例(3%)和植物的综合利用是改善土壤养分、提高碳氮有效性和提高土壤酶活的有效策略。最后,本研究在盐碱土壤改良实验的基础上,采用16S rDNA扩增子测序分析等技术研究了生物炭对盐碱土壤微生物多样性和微生物群落结构的影响。16S r DNA扩增子测序分析结果表明添加生物炭增加了一些功能性菌属的丰度,Alpha多样性分析显示生物炭能影响土壤微生物的群落丰富度和多样性。总之,添加生物炭通过改变土壤理化性质(土壤微生物量碳、速效磷、速效钾、总有机碳、全氮等)从而间接影响土壤微生物细菌群落。在不同施炭量梯度水平对微生物群落有不同影响,而短期内不同取样时间对土壤Decitabine纯度微生物群系的影响差异表现不一致。生物炭能影响土壤微生物丰度和多样性,改变土壤细菌种群分布,从而可能引发土壤系统功能的改变。