不同生物炭氧化降解特征及对土壤有机碳矿化的影响

发布时间：2020-03-30 00:47

【摘要】：生物炭含碳量高并表现出一定的热化学稳定性,应用于土壤可减缓陆地生态系统碳循环。因此,近年来关于生物炭环境效应,尤其是其土壤固碳减排效应的研究受到越来越广泛的关注。生物炭的碳素稳定性、表面形态和孔隙结构等特性,是影响其发挥环境功能的关键因素。然而,受到原料类型和制备工艺条件等因素的影响,不同生物炭的稳定性存在较大差异,其在土壤中的生物与非生物氧化降解特征亦不十分明确。此外,生物炭对土壤有机碳矿化的影响尚存在争议,目前存在正激发效应和负激发效应等不一致的研究报道。生物炭添加至土壤最终是增加土壤碳的储存还是促进土壤碳的排放还需要进一步深入研究确定。探明生物炭自身稳定性及其在土壤中的氧化降解特征,明确生物炭对土壤有机碳矿化的影响,对于实现生物炭在土壤固碳减排方面的科学利用具有重要意义。本研究选取浙江省3种典型性农林废弃物制备的生物炭,即稻壳炭(D)、山核桃壳炭(H)和竹炭(Z),作为供试材料,对其基本理化性质和稳定性进行了对比分析,并开展室内培养试验,通过设置生物炭与土壤不同混合方式的处理,探究3种生物炭分别在淹水和模拟旱作条件下在土壤中的生物与非生物氧化降解特征,并对其半衰期进行推算,揭示了生物炭在土壤中的氧化降解途径;此外,开展室内矿化培养试验,将3种生物炭分别以不同比例添加至土壤中,通过对土壤呼吸强度的测定分析,探索生物炭对土壤有机碳矿化的激发效应,以期为生物炭在农田土壤固碳减排方面的应用提供科学依据。主要研究结论如下:(1)稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭中稳定态碳含量依次为87.1%,75.8%和74.2%。稻壳炭中稳定态碳含量显著高于竹炭和山核桃壳炭,由此推断,3种生物炭中稻壳炭稳定性最强。热重分析结果与稳定态碳含量分析结果一致。电子扫描电镜的结果表明,三种生物炭表面粗糙程度顺序为:稻壳炭竹炭山核桃壳炭,这与比表面积大小顺序相一致,分别为56.0、12.7和1.03 m2/g。(2)淹水和模拟早作两种水分条件下,生物炭与土壤混合培养180d后总碳含量均呈下降趋势,且在培养初期(前15d)降低幅度较大,在培养30d后变化趋于平缓。培养180d后,总碳降解率高低顺序为:山核桃壳炭(14.4-18.7%)竹炭(13.8-13.9%)稻壳炭(7.2-7.3%)。两种水分条件下,培养180d后装入陶土管处理的生物炭总碳含量变化不明显,说明生物炭受到非生物作用的氧化降解程度比较小。培养180d后稳定态碳含量变化趋势与总碳含量相类似。将生物炭装入陶土管后置于土壤环境中,其稳定态碳含量也呈缓慢降低趋势,降低幅度高低顺序为:稻壳炭(36.4-40.2%)山核桃壳炭(29.5-38.0%)竹炭(5.2-11.8%),旱作条件下降解作用强于淹水条件。经过降解半衰期计算,稻壳炭在土壤中的存留时间最长,山核桃壳炭的存留时间最短。(3)培养120 d后,添加5%的稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭均显著降低了土壤有机碳累积矿化量,幅度为8.0%-10.7%。生物炭对土壤本底有机碳的矿化起到抑制作用,且随着生物炭添加量的提高而显著增强。生物炭对土壤有机碳矿化的激发效应与生物炭类型和添加量有关。三种生物炭均对土壤有机碳矿化产生负激发效应,主要发生在生物炭与土壤混合15 d后,且随着培养时间的延长而愈发明显。当添加量为5%时,稻壳炭和竹炭的激发效应(激发率分别为85.4%和88.8%)显著强于山核桃壳炭(72.3%)。在农田中施用5%以上的竹炭和稻壳炭可取得较好的固碳减排效果。
【图文】：

失重曲线,生物炭,稻壳炭,竹炭

温度ｒｃ）逡逑注：Ｄ、Ｈ、Ｚ分别代表稻亮炭、山核桃壳炭、竹炭。逡逑图２－１供试生物炭热重分析逡逑３种生物炭的热解失重曲线（图２－１）可以看出：３种生物炭热解在８００°Ｃ以逡逑内的失重情况大致相似，重量均呈先缓慢下降在急剧下降最后保持基本恒定的趋逡逑１８逡逑

不同生物炭氧化降解特征及对土壤有机碳矿化的影响

图３－３各处?
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S153.6;S141

【参考文献】