生物炭改良土壤物理性质的初步研究

发布时间：2020-10-10 03:11

　　广泛分布在热带亚热带地区的强酸性土壤是利用生物炭改良土壤的主要对象,生物炭是有机物质在低氧环境下热解生产的富炭低密度多孔物质,是改良土壤的良好材料。本研究以低丘红壤为对象,研究生物炭对土壤物理性质的影响,评价生物炭改良红壤的效果和改良机理。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)-能谱(EDS)、红外光谱(FTIR)、XRD和压汞仪(MIP)等方法研究了三种生物炭(制备基质分别为秸杆、杂木制品废料和污泥,分别标记为SB、WCB和WSB)的形态、孔隙结构和化学组成。FESEM图表明生物炭是具有微米-纳米尺度孔隙的多孔体系,具有较多的大孔隙；其主要的结晶态矿物相主要是方解石和石英；生物炭由于基质的不同,其孔隙结构存在较大差异,SB、WCB和WSB的总孔隙体积(CPV)分别是2.910,0.852和0.413cm3g-1；孔隙大小分布分析表明SB以大孔隙为主,而WSB以超微孔隙为主,不同的孔隙大小分布决定了生物炭在改良土壤孔隙特性、持水和保水性的差异。研究不同生物炭的孔隙结构对制备不同改良目的生物炭有一定的指导作用。三种生物炭以0,2,4和6%比例与红壤混合培育180天,研究了生物炭对红壤pH、交换性酸、有效养分、交换性盐基、水分吸持和机械力学性质的影响。结果表明,WCB和WSB显著(p0.05)增加土壤pH,降低交换性酸含量；生物炭对pH和交换性酸的效应随着生物炭用量的增大而明显,尤其是WCB改良土壤。生物炭显著增加总炭、有效P和K,交换性Ca、Mg和K含量,其机理是生物炭本身富含这些养分,由于生物炭施用的直接加入作用而提高土壤中的养分含量。SB含有较高的K含量,导致SB改良土比WCB和WSB改良土有较高K含量。生物炭改良土的水分特征曲线(SWCC)测定表明,生物炭显著提高土壤的持水性,由于红壤的结构特性往往持水困难,因此,生物炭的施用明显改善了红壤持水性差的问题。生物炭施用可降低红壤的抗压强度,试验红壤的抗压强度为466kPa,施用6%的SB、WCB和WSB后抗压强度降为164kPa,233kPa和175kPa。施用WCB改良的土壤内聚力(c)显著降低,而SB和WSB对红壤内聚力(c)没有显著影响；生物炭对内摩擦角没有显著影响。不同生物炭引起的红壤机械力学性质变化与生物炭本身的孔隙结构有关。FESEM/EDS分析探明了土壤颗粒与生物炭的相互作用机理,为阐明生物炭改良土壤物理性质的机理提供了科学依据。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S156
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
目录
第一章国内外研究进展
    1.1 生物炭的国内外研究进展
        1.1.1 生物炭概述
        1.1.2 生物炭的农学意义
        1.1.3 生物炭对作物的效应
        1.1.4 生物炭对土壤的效应
        1.1.5 生物炭农业应用前景
    1.2 土壤改良措施概述
        1.2.1 物理措施改良土壤
        1.2.2 化学措施改良土壤
        1.2.3 生物措施改良土壤
        1.2.4 水利工程措施改良土壤
        1.2.5 土壤改良措施面临的挑战
第二章研究意义、内容和技术路线
    2.1 研究的目的与意义
    2.2 研究内容
    2.3 技术路线
第三章生物炭理化性质的表征
    3.1 生物炭的表征方法
        3.1.1 生物炭样品
        3.1.2 生物炭形态与物理特性表征方法
        3.1.3 生物炭结构与化学特性表征方法
    3.2 生物炭的形态与物理特性
        3.2.1 生物炭的形态
        3.2.2 生物炭的孔隙
    3.3 生物炭的结构与化学性质
        3.3.1 生物炭的结构
        3.3.2 生物炭的矿物组成
        3.3.3 生物炭的化学性质和养分组成
    3.4 小结
第四章生物炭对土壤物理性质的改良作用
    4.1 材料和方法
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 培育试验
        4.1.3 测定方法
        4.1.4 数据处理
    4.2 生物炭对土壤化学性质的影响
        4.2.1 生物炭对土壤pH的影响
        4.2.2 生物炭对土壤交换性酸的影响
    4.3 生物炭对土壤养分的影响
        4.3.1 生物炭对养分含量的影响
        4.3.2 生物炭对土壤交换性阳离子的影响
    4.4 生物炭对土壤物理性质的影响
        4.4.1 生物炭对土壤水分特征曲线的影响
        4.4.2 生物炭对土壤结持性的影响
        4.4.3 生物炭对抗压强度的影响
        4.4.4 生物炭对抗剪强度的影响
    4.5 生物炭与土壤相互作用机制
第五章结论
    5.1 研究结论
    5.2 创新点
    5.3 今后研究方向
参考文献
作者简介

【参考文献】