本文關(guān)鍵詞：不同材料與制備工藝對生物炭性質(zhì)及水稻土壤甲烷排放的影響

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【摘要】：近年來,利用廢棄生物質(zhì)熱解炭化制備生物炭并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、溫室氣體減排等方面的研究受到日益廣泛的關(guān)注,然而由于生物炭制備原料的多樣性,制備條件的差異等,關(guān)于生物炭的應(yīng)用效果仍然存在較大的差異,一定程度上限制了生物炭技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用,因此,探明生物炭制備材料及其工藝條件下的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)變化,對于進一步明確生物炭的功能及拓展應(yīng)用具有重要意義。基于此,本研究選取了浙江省四種常見的農(nóng)林廢棄生物質(zhì)材料(竹片、山核桃殼、水稻秸稈、油菜秸稈)在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃下分別炭化30min、90 min、3 h、6h制備出生物炭,并對各生物炭基本的理化性質(zhì)如pH、EC、元素組成、官能團組成、大孔結(jié)構(gòu)等進行了較為系統(tǒng)的分析測定,以研究不同的生物質(zhì)原料及炭化溫度、炭化時間對生物炭的基本性質(zhì)的影響,探明不同種類生物炭在不同的條件下的性質(zhì)變化趨勢及其優(yōu)化條件,并篩選了部分材料作為基質(zhì)添加到稻田土壤中進行室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗,研究不同種類的生物炭對土壤甲烷排放的影響。獲得的主要結(jié)論如下：(1)通過分析測定四種生物質(zhì)材料在不同的炭化溫度不同炭化時間下制備的生物炭的性質(zhì)變化,可知不同的生物炭的酸堿性變幅較大,pH值在4.83-9.62之間,且多數(shù)呈堿性,其中水稻秸稈生物炭總體pH較高(6.32～8.84),山核桃殼炭較低(4.83～8.58)。水稻及油菜秸稈生物炭同時擁有較高的EC值,分別高達(dá)597μs-cl m-1和923.5 μs·cm-1,而竹片生物炭及山核桃殼生物炭的EC值最高僅為274 μs·cm-1和34.46 μs·cm-1,顯著低于秸稈炭。(2)不同原料所得的生物炭的產(chǎn)率有較大差異,其中灰分含量較高的水稻及油菜秸稈具有較高的產(chǎn)率,而對于灰分含量較低的竹片和山核桃殼來講,木質(zhì)素含量越高,產(chǎn)率越大。生物炭的C、H、O、N等元素含量與原料中元素含量呈正相關(guān)關(guān)系,且隨著炭化溫度的升高,碳含量增大,氧含量減小,生物炭的芳香性增強,極性減弱,生物炭結(jié)構(gòu)逐步趨向于石墨化,結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。竹片及山核桃殼所制備的生物炭具有較高的C/N比,表明其比水稻及油菜秸稈更難分解礦化。生物炭的紅外光譜圖顯示隨著炭化溫度的升高,生物炭的大多數(shù)官能團的吸收峰開始減弱,直至消失,類似于石墨結(jié)構(gòu),其中水稻秸稈炭由于較高的Si含量而明顯區(qū)別于另外三種材料的生物炭。(3)炭化時間對生物炭性質(zhì)的影響與炭化溫度的影響趨勢一致,但其影響效應(yīng)較弱。首先在產(chǎn)率及元素組成上,在低溫段(300℃～400℃),炭化時間的延長會降低生物炭產(chǎn)率,但在高溫條件下(500℃-700℃),炭化時間的延長對產(chǎn)率的影響不大。炭化時間的延長并非單一的增強生物炭穩(wěn)定性,當(dāng)炭化時間超過一定限度,會降低生物炭各元素含量。在本研究中,炭化3h和炭化6h的生物炭體現(xiàn)最為明顯。另外,炭化時間的延長會增大生物炭pH和EC值,對于竹片生物炭及山核桃殼炭表現(xiàn)尤為明顯。(4)將經(jīng)過水洗處理的生物炭添加到水稻土壤中進行室內(nèi)培養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn),300℃、500℃、700℃下炭化3h制備的竹片及水稻秸稈炭均能抑制土壤中甲烷的排放,且500℃下制備的竹片生物炭的抑制效果最好,甲烷排放量降低90%。水稻秸稈炭化還田對水稻土壤甲烷排放也具有明顯的減排效應(yīng)(平均降低甲烷排放量59%),且在較低的溫度下(3000C)制備的生物炭減排效果優(yōu)于高溫制備的水稻秸稈炭。(5)經(jīng)水洗處理后的生物炭添加到水稻土壤中可以改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),且能顯著影響產(chǎn)甲烷菌與甲烷氧化菌相關(guān)微生物豐度。
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S141;S154.1

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本文編號：1152164