不同生物炭氧化降解特征及對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響.pdf

1、生物炭含碳量高并表現(xiàn)出一定的熱化學(xué)穩(wěn)定性，應(yīng)用于土壤可減緩陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)。因此，近年來(lái)關(guān)于生物炭環(huán)境效應(yīng)，尤其是其土壤固碳減排效應(yīng)的研究受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。生物炭的碳素穩(wěn)定性、表面形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)等特性，是影響其發(fā)揮環(huán)境功能的關(guān)鍵因素。然而，受到原料類(lèi)型和制備工藝條件等因素的影響，不同生物炭的穩(wěn)定性存在較大差異，其在土壤中的生物與非生物氧化降解特征亦不十分明確。此外，生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響尚存在爭(zhēng)議，目前存在正激發(fā)效應(yīng)和負(fù)激發(fā)

2、效應(yīng)等不一致的研究報(bào)道。生物炭添加至土壤最終是增加土壤碳的儲(chǔ)存還是促進(jìn)土壤碳的排放還需要進(jìn)一步深入研究確定。探明生物炭自身穩(wěn)定性及其在土壤中的氧化降解特征，明確生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生物炭在土壤固碳減排方面的科學(xué)利用具有重要意義。
　　本研究選取浙江省3種典型性農(nóng)林廢棄物制備的生物炭，即稻殼炭(D)、山核桃殼炭(H)和竹炭(Z)，作為供試材料，對(duì)其基本理化性質(zhì)和穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比分析，并開(kāi)展室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置生物

3、炭與土壤不同混合方式的處理，探究3種生物炭分別在淹水和模擬旱作條件下在土壤中的生物與非生物氧化降解特征，并對(duì)其半衰期進(jìn)行推算，揭示了生物炭在土壤中的氧化降解途徑;此外，開(kāi)展室內(nèi)礦化培養(yǎng)試驗(yàn)，將3種生物炭分別以不同比例添加至土壤中，通過(guò)對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的測(cè)定分析，探索生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的激發(fā)效應(yīng)，以期為生物炭在農(nóng)田土壤固碳減排方面的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)稻殼炭、山核桃殼炭和竹炭中穩(wěn)定態(tài)碳含量依次為87.1

4、％，75.8％和74.2％。稻殼炭中穩(wěn)定態(tài)碳含量顯著高于竹炭和山核桃殼炭，由此推斷，3種生物炭中稻殼炭穩(wěn)定性最強(qiáng)。熱重分析結(jié)果與穩(wěn)定態(tài)碳含量分析結(jié)果一致。電子掃描電鏡的結(jié)果表明，三種生物炭表面粗糙程度順序?yàn)?稻殼炭＞竹炭＞山核桃殼炭，這與比表面積大小順序相一致，分別為56.0、12.7和1.03m2/g。
　　(2)淹水和模擬旱作兩種水分條件下，生物炭與土壤混合培養(yǎng)180d后總碳含量均呈下降趨勢(shì)，且在培養(yǎng)初期（前15d）降低幅度較

5、大，在培養(yǎng)30d后變化趨于平緩。培養(yǎng)180d后，總碳降解率高低順序?yàn)?山核桃殼炭(14.4-18.7％)＞竹炭(13.8-13.9％)＞稻殼炭(7.2-7.3％)。兩種水分條件下，培養(yǎng)180d后裝入陶土管處理的生物炭總碳含量變化不明顯，說(shuō)明生物炭受到非生物作用的氧化降解程度比較小。培養(yǎng)180d后穩(wěn)定態(tài)碳含量變化趨勢(shì)與總碳含量相類(lèi)似。將生物炭裝入陶土管后置于土壤環(huán)境中，其穩(wěn)定態(tài)碳含量也呈緩慢降低趨勢(shì)，降低幅度高低順序?yàn)?稻殼炭(36.4-

6、40.2％)＞山核桃殼炭(29.5-38.0％)＞竹炭(5.2-11.8％)，旱作條件下降解作用強(qiáng)于淹水條件。經(jīng)過(guò)降解半衰期計(jì)算，稻殼炭在土壤中的存留時(shí)間最長(zhǎng)，山核桃殼炭的存留時(shí)間最短。
　　(3)培養(yǎng)120d后，添加5％的稻殼炭、山核桃殼炭和竹炭均顯著降低了土壤有機(jī)碳累積礦化量，幅度為8.0％-10.7％。生物炭對(duì)土壤本底有機(jī)碳的礦化起到抑制作用，且隨著生物炭添加量的提高而顯著增強(qiáng)。生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的激發(fā)效應(yīng)與生物炭類(lèi)型和