基于光谱分析探讨磷酸与焦磷酸改性生物炭的磷素形态

通过磷酸（H₃PO₄）和焦磷酸（H₄P₂O₇）对生物炭改性能够使其更适于农业应用。探明H₃PO₄和H₄P₂O₇改性生物炭的P赋存形态与结合方式，将有助于揭示其表面P的生物有效性。以麦秆生物炭（WBC）与棉秆生物炭（CBC）为原料，分别通过H₃PO₄和H₄P₂O₇制备了H₃PO₄改性生物炭（P-WBC和P-CBC）和H₄P₂O₇改性生物炭（PA-WBC和PA-CBC）。利用拉曼光谱（Raman）与扫描电镜能谱（SEM-EDS）对改性生物炭结构与P分布变化进行表征，采用傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）探究改性生物炭表面P结合方式，并结合Hedley磷分级方法与可见分光光度法，定量分析改性前后生物炭中P形态及含量变化。结果表明，H₃PO₄和H₄P₂O₇改性后生物炭I_G/I_D值增大，石墨化结构增强，形成了含P颗粒状结构。H₃PO₄和H₄P₂O₇改性促进了生物炭表面羧基（—COOH）、P—O—P和P—H等酸性官能团与含P基团的形成，且H₃PO₄改性生物炭和H₄P₂O₇改性生物炭表面官能团种类相似。XPS结果显示，与WBC和CBC相比，改性处理中的O(1s)峰相对含量显著增加了13.15%~32.44%，P(2s)峰相对含量显著增加了18.54%~27.02%（p<0.05）。反褶积分峰将P(2s)与O(1s)分为C—P—O，C—O—P，OPO，CO与（或）PO，C—O—C与（或）P—O—C和P—O—P六类。较H₃PO₄改性而言，H₄P₂O₇改性能够促进更多C—O—P，OPO，C—O—C与（或）P—O—C和P—O—P键的形成。改性也使得生物炭中总P含量显著增加，且PA-WBC和PA-CBC中P含量显著高于P-WBC和P-CBC。与WBC和CBC相比，改性处理中活性P含量显著提高2.36~14.77 g·kg-1，稳定态P含量显著降低0.06~0.17 g·kg-1（p<0.05）。与P-WBC和P-CBC相比，PA-WBC和PA-CBC的活性P、中等活性P分别显著增加了5.27~15.66和0.53~0.64 g·kg-1, 稳定态P含量减少了0.03~0.34 g·kg-1（p<0.05）。H₃PO₄和H₄P₂O₇改性改变了P在生物炭表面的结合方式，同时增加了P的活性。H₃PO₄和H₄P₂O₇改性生物炭间，不同形态P含量和结合方式的差异对进一步探究P的生物有效性具有重要意义。