【摘要】：黑碳是化石燃料或生物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的富含碳元素的有機(jī)連續(xù)統(tǒng)一體,廣泛賦存于大氣、土壤、沉積物等不同環(huán)境介質(zhì)中,對(duì)全球碳循環(huán)、地球輻射熱平衡、氣候變化、土壤生態(tài)系統(tǒng)變化、環(huán)境質(zhì)量變化等有重要影響。青藏高原因其獨(dú)特的地理位置、復(fù)雜的地形地貌、特殊的生態(tài)環(huán)境、豐富的自然資源與生物多樣性、生態(tài)環(huán)境極端脆弱等特性,已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū)。與青藏高原其他區(qū)域相比,東北部地區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)干擾更為顯著,但關(guān)于該區(qū)域土壤黑碳的環(huán)境地球化學(xué)研究卻十分有限�；诖�,本研究以青藏高原東北部地區(qū)表層土壤為研究對(duì)象,通過(guò)野外調(diào)研及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等工作的開(kāi)展,深入探討了青藏高原東北部地區(qū)土壤黑碳的分布特征、土—?dú)饨粨Q及特殊生物質(zhì)黑碳對(duì)研究區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響。本論文取得如下研究結(jié)果:(1)青藏高原東北部地區(qū)表層土壤主要由堿性壤土構(gòu)成,土壤電導(dǎo)率和陽(yáng)離子交換量平均值分別為14.13 mS/cm和13.27 cmol(+)/kg。研究區(qū)表層土壤中黑碳總量范圍為0.504~74.381 g/kg,均值為5.152 g/kg;煙炱組分黑碳含量范圍為0.400~15.200 g/kg,均值為1.719 g/kg。研究區(qū)表層土壤總黑碳和煙炱組分黑碳平均含量分別約占土壤總有機(jī)碳含量的33.94%和19.99%,且表層土壤黑碳呈現(xiàn)顯著的區(qū)域分布差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明,研究區(qū)表層土壤黑碳與總碳、總有機(jī)碳均顯著正相關(guān)(p0.01);表層土壤黑碳總量與Ca元素呈負(fù)相關(guān)(p0.01),表層土壤煙炱組分黑碳與Ti元素呈顯著負(fù)相關(guān)(p0.01),而與Zn、Pb、Cd呈顯著正相關(guān)(p0.01)。土壤機(jī)械組成影響研究區(qū)表層土壤黑碳的分布,壤土中黑碳總量大于黏土,而煙炱組分黑碳在黏土中較易富集。不同分區(qū)的表層土壤黑碳含量存在顯著差異,其中礦業(yè)區(qū)表層土壤黑碳總量和煙炱組分黑碳含量最高,背景區(qū)表層土壤黑碳總量和煙炱組分黑碳含量最低。土壤黑碳δ~(13)C_(BC)值的變化范圍是-36.92‰~-21.07‰,平均值為-24.62‰,也存在一定的空間分布差異,表明研究區(qū)表層土壤黑碳可能主要源自C_3植物的燃燒,C_4植物的貢獻(xiàn)則相對(duì)較小。上述結(jié)果表明研究區(qū)表層土壤黑碳可能受生物質(zhì)和化石燃料來(lái)源的共同影響,與青藏高原的“高原效應(yīng)”(如相對(duì)較低的含氧量)、當(dāng)?shù)鼐用袷褂萌剂�、相�?duì)頻繁的人為活動(dòng)(如采礦、工業(yè)和運(yùn)輸?shù)?、氣候條件等多個(gè)影響因素有關(guān)。(2)青藏高原東北部地區(qū)的氣溶膠黑碳含量變化范圍是0.184~4.920μg/m~3,平均值為1.135μg/m~3。其中,工業(yè)區(qū)氣溶膠黑碳的平均含量最高,農(nóng)牧區(qū)氣溶膠黑碳的平均含量最低;城鎮(zhèn)區(qū)的氣溶膠黑碳平均含量?jī)H次于工業(yè)區(qū),鹽湖區(qū)氣溶膠黑碳平均含量與礦業(yè)區(qū)相似,低于城鎮(zhèn)區(qū),但高于背景區(qū)。上述研究結(jié)果表明該區(qū)域氣溶膠黑碳可能受排放源、人類(lèi)活動(dòng)以及氣候條件等因素的共同影響。研究區(qū)表層土壤黑碳與氣溶膠黑碳之間的線性相關(guān)性不顯著,表明二者之間可能存在更復(fù)雜的非線性相關(guān)關(guān)系。黑碳的土—?dú)饨粨Q模擬結(jié)果表明,研究區(qū)域黑碳的土—?dú)饨粨Q行為確實(shí)存在,僅需特別注意模擬計(jì)算過(guò)程中個(gè)別參數(shù)的不確定性所導(dǎo)致的結(jié)果不確定性。(3)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備特殊生物質(zhì)黑碳,模擬黑碳進(jìn)入土壤不同情景,探討特殊生物質(zhì)黑碳對(duì)研究區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,生物質(zhì)黑碳理化性質(zhì)受熱解溫度影響,生物質(zhì)黑碳進(jìn)入土壤后,對(duì)土壤pH值、電導(dǎo)率、陽(yáng)離子交換量和CHN元素含量等產(chǎn)生明顯影響,土壤的微觀形貌特征、孔結(jié)構(gòu)和比表面積也隨之發(fā)生改變,對(duì)土壤機(jī)械組成有一定影響,而對(duì)土壤官能團(tuán)和礦物組成的影響不明顯。因此,在研究青藏高原土壤生態(tài)系統(tǒng)時(shí)也需關(guān)注黑碳對(duì)土壤理化性質(zhì)的潛在影響。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S153
【圖文】：

圖 1.1 不完全燃燒形成黑碳連續(xù)體的示意圖（Hedges et al., 2000; 劉兆云，2013）Fig.1.1 The diagram of black carbon continuum from the incomplete combustion (modified afterHedges et al., 2000; Liu, 2013)1.2 國(guó)內(nèi)外黑碳的研究進(jìn)展近年來(lái)，因?yàn)楹谔荚谏锏厍蚧瘜W(xué)和環(huán)境地球化學(xué)過(guò)程中起到重要作用，科學(xué)家已越來(lái)越關(guān)注黑碳在生態(tài)、環(huán)境、地球化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的研究（圖1.2）。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)黑碳的研究包括全球碳循環(huán)的碳匯（Kuhlbusch, 1998）和碳負(fù)作用，地球表面的輻射熱量平衡的影響（Crutzen and Andreae, 1990），地球上火災(zāi)事件的有效示蹤（Bird and Cali, 1998）。同時(shí)，生物質(zhì)黑碳是土壤和沉積物中埋藏碳的主要組成部分，能揭示沉積環(huán)境、年齡及其他古環(huán)境參數(shù)（Skjemstad et al., 1996; Masiello and Druffel, 1998; Schmidt et al., 1999; Glaser etal., 2000），更是重金屬和有機(jī)污染物的重要載體（Gustafsson and Gschwend, 1997）。

科學(xué)家已越來(lái)越關(guān)注黑碳在生態(tài)、環(huán)境、地球化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的研究（圖1.2）。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)黑碳的研究包括全球碳循環(huán)的碳匯（Kuhlbusch, 1998）和碳負(fù)作用，地球表面的輻射熱量平衡的影響（Crutzen and Andreae, 1990），地球上火災(zāi)事件的有效示蹤（Bird and Cali, 1998）。同時(shí)，生物質(zhì)黑碳是土壤和沉積物中埋藏碳的主要組成部分，能揭示沉積環(huán)境、年齡及其他古環(huán)境參數(shù)（Skjemstad et al., 1996; Masiello and Druffel, 1998; Schmidt et al., 1999; Glaser etal., 2000），更是重金屬和有機(jī)污染物的重要載體（Gustafsson and Gschwend, 1997）。燃燒或氧化產(chǎn)生的黑碳，80~90%直接沉積到土壤中，被認(rèn)為是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分，其余的部分被釋放到大氣中（Druffel, 2004; Wang et al., 2014a）。總之

圖 1.4 黑碳連續(xù)體中不同組分的測(cè)定方法（Masiello, 2004） The determination of different components in black carbon continuum (modiMasiello, 2004）化學(xué)氧化測(cè)定法學(xué)分析法的基本原理是通過(guò)熱氧化或化學(xué)氧化兩種前處理方黑碳組分和非黑碳組分區(qū)分，其中易氧化的非黑碳組分被氧化黑碳組分（Lim and Cachier, 1996; Song et al., 2002），再將樣品儀測(cè)定殘余樣品中黑碳的含量�；饕窃诟邷睾吞囟夥障聦�(duì)土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行去除，不同研的加熱溫度和氣氛條件。譬如，Cachier et al（1989a, 1989b）O2氣氛下，340 oC 加熱 2 h，以去除樣品中的非黑碳組分；Gusta將樣品放置在純空氣環(huán)境中，375 oC 加熱 24 h，進(jìn)行黑碳與非Gélinas et al（2001）則采用化學(xué)氧化和熱氧化相結(jié)合的方式對(duì)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2795959