生物炭模擬老化及其對酸性紅壤改良的潛力分析.pdf

1、我國南方紅壤分布區(qū)，年均降雨量大，土壤淋溶作用較強(qiáng)，且鋁毒害嚴(yán)重，是主要的酸雨分布區(qū)。生物炭具有提高酸性土壤pH，增加土壤肥力，緩解土壤鋁毒的作用。自然狀態(tài)下存在的生物炭較為穩(wěn)定，但是施入土壤中的生物炭在降雨淋洗和酸雨的浸泡下會(huì)發(fā)生老化作用。近年來，人們主要關(guān)注生物炭改良土壤和促進(jìn)作物生長這些方面，對生物炭老化以及其老化后對土壤改良和作物生長后效的研究較少。因此，本研究通過水洗和酸化兩種方法對花生殼生物炭進(jìn)行模擬老化試驗(yàn)，并利用元素分析

2、儀、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射光譜分析儀(XRD)和傅立葉紅外光譜分析儀(FTIR)研究生物炭老化前后的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)差異。并將原生物炭(Primary biochar，PB)、水洗老化生物炭(Washing biochar，WB)和酸化老化生物炭(Acidulated biochar，AB)與酸性紅壤進(jìn)行充分混合培養(yǎng)，研究生物炭緩解土壤鋁毒，提高土壤養(yǎng)分的后效，并通過種植小白菜，研究生物炭促進(jìn)作物生長的潛力。獲得主要以下研究結(jié)果:

3、
　　(1)生物炭經(jīng)老化處理后pH值均下降，且酸化生物炭比水洗生物炭的下降程度大;另外，WB的O/C和(O+N)/C分別下降了8.89％和10.42％，而AB的O/C和(O+N)/C卻升高了11.11％和14.58％，表明生物炭老化后其親水性和極性發(fā)生改變;且WB和AB的堿性元素總量分別比原生物炭下降了26.53％和88.76％，說明生物炭老化后有較多的堿性元素被釋放。
　　(2)與原生物炭相比，生物炭水洗老化后表面較平整且

4、微孔結(jié)構(gòu)保持完好，而酸化老化后表面較粗糙、微孔結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。生物炭老化后，其表面Al2SiO5和SiO2晶體的含量均明顯下降;與PB相比，WB新增加了1166cm-1和1082cm-1特征峰2個(gè);而AB新出現(xiàn)了1705cm-1、1622cm-1和1546cm-1特征峰3個(gè)，并減少了466cm-1這個(gè)振動(dòng)峰，且其他特征峰的吸光度較原生物炭整體降低，說明生物炭在老化過程中其含氧官能團(tuán)增加，而其它官能團(tuán)數(shù)量和表面的晶體含量都有所減少。13C-

5、NMR光譜分析可知，和原生物炭相比，水洗老化生物炭的圖譜沒明顯差異，而酸化老化生物炭圖譜差異較大，生物炭老化后脂肪族碳和羧基碳增加，而芳香族碳卻有所減少。
　　(3)較CK（不添加生物炭）處理，老化生物炭可以增加土壤速效鉀和有機(jī)質(zhì)的含量;PB和WB處理的紅壤pH分別上升了0.17和0.16個(gè)單位，而AB處理紅壤的pH卻降低0.44個(gè)單位;PB和WB處理的紅壤交換性酸總量分別下降70.08％和34.84％，而AB處理的紅壤交換性酸總

6、量卻升高18.24％，說明老化生物炭不能有效的降低土壤中活性酸和潛在酸的含量，且酸化老化生物炭甚至?xí)觿⊥寥赖乃峄?br>　　(4)較CK而言，PB和WB處理的紅壤中腐殖酸鋁、膠體鋁離子和單聚體羥基鋁離子的含量分別增加了8.59％和2.87％、20.17％和14.46％、101.65％和32.92％，交換性Al3+含量卻分別降低了81.87％和49.15％，而AB處理中交換性Al3+和膠體鋁離子的含量升高了17.98％和20.67％，

7、而腐殖酸鋁和單聚體羥基鋁離子的含量卻降低了40.69％、49.79％，表明水洗老化生物炭仍可以使具有生物毒害性的Al3+含量下降，而酸化老化生物炭會(huì)增加Al3+的含量。進(jìn)一步表明生物炭老化前后，不同形態(tài)的鋁都會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化關(guān)系，使得土壤中各形態(tài)鋁比例發(fā)生變化，但是腐殖酸鋁和膠體態(tài)鋁Al(OH)30仍然是活性鋁存在的主要形態(tài)。
　　(5)生物炭能顯著增加紅壤速效鉀、速效磷和有機(jī)碳含量，但生物炭老化后，對土壤速效養(yǎng)分增加的趨勢減弱。雖然生