生物炭—土壤礦物質(zhì)界面行為及其對碳穩(wěn)定性影響機制
發(fā)布時間：2021-12-01 21:37
廢棄生物質(zhì)在限O2熱解條件下制備的生物炭,由于具有高度芳香化多孔結(jié)構(gòu),將其施入土壤后,不僅可以作為難降解的土壤碳庫發(fā)揮碳封存作用,還可以改良土壤性質(zhì)、提高土壤肥力、以及控制土壤污染。生物炭諸多良好的生態(tài)環(huán)境效應,都與其在土壤中的穩(wěn)定性密切相關。本論文探討了核桃殼生物炭在真實土壤中的穩(wěn)定性及影響因素,發(fā)現(xiàn)土壤粘土礦物及金屬離子與生物炭穩(wěn)定性具有較好相關性,同時發(fā)現(xiàn)生物炭施入土壤后具有兩種存在形態(tài),即可溶態(tài)生物炭和不溶態(tài)生物炭;繼而分別探討了土壤礦物與可溶態(tài)生物炭、不溶態(tài)生物炭的界面結(jié)合機理,并從抗化學氧化、抗熱氧化和抗微生物降解等方面考察了土壤礦物對這兩種形態(tài)生物炭穩(wěn)定性的影響;最后估算了土壤礦物分別作用于可溶態(tài)、不溶態(tài)生物炭對提高整體生物炭穩(wěn)定性的貢獻。主要研究結(jié)果如下:（1）對施入黑土、黃綿土,潮土、稻田土及紅土中的生物炭CO2累計釋放曲線進行雙指數(shù)模型擬合,并將擬合參數(shù)與土壤各性質(zhì)指標做相關性分析。結(jié)果顯示:在五種土壤中,紅土對生物炭的穩(wěn)定效果最好;生物炭施入其他四種土壤后,生物炭自身CO2累計釋放量約為其在紅土中自...
【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：123 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
生物炭SEM圖：（a）稻殼生物炭（350oC）片層狀結(jié)構(gòu)；（b）稻殼生物炭（350oC）孔結(jié)構(gòu)；（c）核桃殼生物炭（500oC）顆粒內(nèi)部剖面圖；（d）核桃殼生物炭（500oC）
圖 1-2 生物炭削減大氣 CO2和改良土壤示意圖2 Schematic diagram of carbon sequestration and fertility increasing aadded to soil壤污染于比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，且含有無機礦物組分，被材料，近年來逐漸被應用于土壤污染修復[40-42]。Cao 等[43]
以及代表性土壤金屬離子 Ca2+，通過吸附實驗研究了土壤礦物與可溶態(tài)生物炭的 3 種結(jié)合機理：Ca2+架橋、配位體交換和范德華力，并分別用 K2Cr2O7氧化，TGA 和微生物培養(yǎng)法研究被粘土礦物吸附的可溶態(tài)生物炭的抗化學氧化性，抗熱分解性和抗微生物降解性。（3）針對不溶態(tài)生物炭，選取代表性粘土礦物高嶺土，以及 3 種代表性土壤金屬離子 Fe3+、Al3+和 Ca2+，通過 XRD、XPS、FIB-SEM-EDS、BET-N2等方法研究土壤礦物與不溶態(tài)生物炭的界面結(jié)合形貌及結(jié)合機理，并分別用 K2Cr2O7氧化，TGA 和微生物培養(yǎng)法研究與粘土礦物結(jié)合的不溶態(tài)生物炭的抗化學氧化性，抗熱分解性和抗微生物降解性。（4）根據(jù)穩(wěn)定性實驗數(shù)據(jù)，并結(jié)合可溶態(tài)生物炭及不溶態(tài)生物炭在整體生物炭中各自所占比例，估算土壤礦物質(zhì)分別作用于可溶態(tài)及不溶態(tài)生物炭對提高生物炭整體穩(wěn)定性的貢獻。1.4.3 技術路線
【參考文獻】：
期刊論文
[1]生物炭生產(chǎn)與農(nóng)用的意義及國內(nèi)外動態(tài)[J]. 何緒生,耿增超,佘雕,張保健,高海英. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2011(02)
[2]蒙脫石吸水膨脹結(jié)構(gòu)特征分析[J]. 楊魁,李貞. 硅酸鹽通報. 2010(05)
[3]中國土壤化學的研究與展望[J]. 徐建明,蔣新,劉凡,竇森,周立祥,徐仁扣,徐明崗,黃巧云,李航,何艷. 土壤學報. 2008(05)
[4]土壤有機碳穩(wěn)定性及其影響因素[J]. 吳慶標,王效科,郭然. 土壤通報. 2005(05)
[5]土壤有機碳庫與土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性關系的研究進展[J]. 彭新華,張斌,趙其國. 土壤學報. 2004(04)
[6]幾種土壤中鐵錳結(jié)核的重金屬離子吸附與錳礦物類型[J]. 劉凡,譚文峰,劉桂秋,李學垣,賀紀正. 土壤學報. 2002(05)
[7]土壤中氧化錳礦物的類型及其與土壤環(huán)境條件的關系[J]. 劉凡,譚文峰,王貽俊. 土壤通報. 2002(03)
[8]紅壤退化中的土壤質(zhì)量評價指標及評價方法[J]. 孫波,趙其國. 地理科學進展. 1999(02)
本文編號：3527101
【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：123 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
生物炭SEM圖：（a）稻殼生物炭（350oC）片層狀結(jié)構(gòu)；（b）稻殼生物炭（350oC）孔結(jié)構(gòu)；（c）核桃殼生物炭（500oC）顆粒內(nèi)部剖面圖；（d）核桃殼生物炭（500oC）
圖 1-2 生物炭削減大氣 CO2和改良土壤示意圖2 Schematic diagram of carbon sequestration and fertility increasing aadded to soil壤污染于比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，且含有無機礦物組分，被材料，近年來逐漸被應用于土壤污染修復[40-42]。Cao 等[43]
以及代表性土壤金屬離子 Ca2+，通過吸附實驗研究了土壤礦物與可溶態(tài)生物炭的 3 種結(jié)合機理：Ca2+架橋、配位體交換和范德華力，并分別用 K2Cr2O7氧化，TGA 和微生物培養(yǎng)法研究被粘土礦物吸附的可溶態(tài)生物炭的抗化學氧化性，抗熱分解性和抗微生物降解性。（3）針對不溶態(tài)生物炭，選取代表性粘土礦物高嶺土，以及 3 種代表性土壤金屬離子 Fe3+、Al3+和 Ca2+，通過 XRD、XPS、FIB-SEM-EDS、BET-N2等方法研究土壤礦物與不溶態(tài)生物炭的界面結(jié)合形貌及結(jié)合機理，并分別用 K2Cr2O7氧化，TGA 和微生物培養(yǎng)法研究與粘土礦物結(jié)合的不溶態(tài)生物炭的抗化學氧化性，抗熱分解性和抗微生物降解性。（4）根據(jù)穩(wěn)定性實驗數(shù)據(jù)，并結(jié)合可溶態(tài)生物炭及不溶態(tài)生物炭在整體生物炭中各自所占比例，估算土壤礦物質(zhì)分別作用于可溶態(tài)及不溶態(tài)生物炭對提高生物炭整體穩(wěn)定性的貢獻。1.4.3 技術路線
【參考文獻】：
期刊論文
[1]生物炭生產(chǎn)與農(nóng)用的意義及國內(nèi)外動態(tài)[J]. 何緒生,耿增超,佘雕,張保健,高海英. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2011(02)
[2]蒙脫石吸水膨脹結(jié)構(gòu)特征分析[J]. 楊魁,李貞. 硅酸鹽通報. 2010(05)
[3]中國土壤化學的研究與展望[J]. 徐建明,蔣新,劉凡,竇森,周立祥,徐仁扣,徐明崗,黃巧云,李航,何艷. 土壤學報. 2008(05)
[4]土壤有機碳穩(wěn)定性及其影響因素[J]. 吳慶標,王效科,郭然. 土壤通報. 2005(05)
[5]土壤有機碳庫與土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性關系的研究進展[J]. 彭新華,張斌,趙其國. 土壤學報. 2004(04)
[6]幾種土壤中鐵錳結(jié)核的重金屬離子吸附與錳礦物類型[J]. 劉凡,譚文峰,劉桂秋,李學垣,賀紀正. 土壤學報. 2002(05)
[7]土壤中氧化錳礦物的類型及其與土壤環(huán)境條件的關系[J]. 劉凡,譚文峰,王貽俊. 土壤通報. 2002(03)
[8]紅壤退化中的土壤質(zhì)量評價指標及評價方法[J]. 孫波,趙其國. 地理科學進展. 1999(02)
本文編號：3527101
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