不同碳化温度对小麦秸秆生物质炭物化性质及重金属赋存形态的影响
生物质炭在减缓气候变化，增加土壤碳库，改善土壤肥力，降低土壤污染及促进作物增产等方面均有十分显著的作用。本实验选取重金属污染（P）与未污染（UP）农田小麦秸秆作为研究对象，选择设置不同碳化温度（350、450和550℃）分别制备小麦秸秆生物质炭，研究不同碳化温度对生物质炭的物理、化学性质及重金属赋存形态的影响。结果表明，生物质炭的有机碳含量及氮磷钾等养分含量受碳化温度的影响，而在较低温（350或450℃）下热解，既利于生物炭中养分含量的保持，又能使其中的重金属以稳定的有机态和残渣态存在，是较为理想的生物质炭热解条件。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 材料 2
1．2 方法 2
1．2．1 生物质炭养分 2
1．2．2 生物质炭重金属含量 2
1．2．3 生物质炭重金属形态 2
1．2．4 生物质炭浸提液养分 2
1．2．5 生物质炭浸提液重金属含量 3
2 结果与分析 3
2．1 秸秆来源地土壤基本性质 3
2．2 生物质炭养分及重金属 4
2．2．1 生物质炭养分含量 4
2．2．2 生物质炭重金属含量 5
2．2．2 生物质炭重金属形态 6
2．3 生物质炭浸提液养分及重金属 7
2．3．1 生物质炭浸提液养分含量 7
2．3．2 生物质炭浸提液重金属含量 8
3 讨论 8
3．1 碳化温度对生物质炭及其浸提液中营养元素的影响 8
3．2 碳化温度对生物质炭及其浸提液中重金属的影响 9
4 结论 9
致谢 10
参考文献 11
不同碳化温度对小麦秸秆生物质炭物化性质及重金属赋存形态的影响
引言
引言
据统计，我国当前每年的稻麦秸秆产生量达到3.1亿吨[]。作为秸秆生产大国，秸秆的合理利用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
对提高土壤肥力、减轻大气污染和节约能源等环境保护方面起到非常重要的作用。此外，随着我国工业生产的发展和城市地区的逐渐对外扩张，农田重金属污染问题越发严重。据报道，我国的农业耕地土壤重金属超标率达19.4%，而其中又以中轻度重金属污染为主。
生物质炭是指在限氧条件下，通过250750℃高温裂解将植物生物质碳化产生的一类物质。现有研究表明，生物质炭在减缓气候变化，增加土壤碳库，改善土壤肥力，降低土壤污染及促进作物增产等方面均有十分显著的作用。研究人员发现，生物质炭主要是由单环和多环的芳香族化合物组成，具有微生物和化学惰性，很难在环境中降解，具有碳库特征[]。实验证明，生物质炭一般具有较高的阳离子交换量，可以有效固持土壤中的养分离子，通过改善其肥力，提高农作物产量[]。另有研究表明，生物质炭通常呈碱性，具有多孔结构和丰富的含氧官能团，其可以有效地吸附螯合土壤中的重金属，并显著降低土壤中重金属的生物可利用度[][]。大量研究表明，未受污染农田秸秆炭化后还田可通过吸附螯合和提高土壤pH降低重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）在土壤中的可移动性，从而减少污染物的环境风险和作物的吸收[][][]。
而生物质炭的性质受炭化原料，热裂解过程中的温度、水分含量、时长及其他矿物质含量等条件的影响[]。其中碳化温度是关键因素，例如高温热裂解产生的生物炭通常pH较大 []、稳定性碳含量及灰分含量及较高[]，但H、O含量却显著下降[]。一般来说，若确定了生物质炭的原材料，碳化温度即是影响生物质炭物物化学结构特性的最主要因素[][][]。
迄今为止，秸秆热裂解炭化的温度对最终获得的生物质炭的性质，养分含量，重金属去向及存在形态的影响都未有系统的研究报道。特别是根据当前土壤重金属污染现状，仍未有研究关注中轻度污染农田作物秸秆处理抑或碳化处理中重金属风险问题。因此，需要进一步系统的研究。本研究选取重金属污染与未污染地农田小麦秸秆作为研究对象，研究不同炭化温度（350、450和550 ℃）对小麦秸秆生物质炭的物理、化学性质及重金属形态组成的影响，为生物质炭的热裂解过程优化提供一定的参考，同时测定生物质炭及其浸提液的各项指标，为探索重金属污染农田作物秸秆的合理还田处置提供理论基础。
1 材料与方法
1．1 材料
本研究选取江苏省宜兴市某重金属污染稻田作为实验材料获取地。
于小麦收获期从试验地（重金属污染、未污染）农田采集足够小麦秸秆，晾干至含水量小于20%后粉碎（＜5cm）备用。采用本校研究所研发的便携式生物质炭化机热裂解炭化，设置炭化温度分别为350、450和550℃，炭化时间为2小时，得炭率约3540%。制备好的生物质炭样品需要进行粉碎、研磨，分别过20、100目尼龙筛并储存在密封袋中备用。
取部分生物质炭样品分别以水和一定浓度氢氧化钾溶液为溶剂制备生物炭的浸提液，注意保存措施储存备用。
1．2 方法
1．2．1 生物质炭养分
分别取一定量生物炭试样对其有机碳以及全N、全P、全K的含量进行测定，用试剂进行溶解和提取，后续检测部分与浸提液的测定方式相同。
1．2．2 生物质炭重金属含量
本试验使用原子吸收分光光度法对生物质炭样品的重金属含量进行分析，过程中分别对镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）四种重金属元素进行了测定。
每份试样分别测定两个平行样。溶液较混浊时，过滤后进行测定。
1．2．3 生物质炭重金属形态
本试验采用BCR连续浸提法进行生物质炭中重金属形态的分析。
1．2．4 生物质炭浸提液养分
本试验对样品炭浸提液中总氮的测定选用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；采用钼酸铵分光光度法测定炭浸提液样品中总磷含量；本试验使用电位法[]进行炭浸提液pH值的测定，炭水比为1：20；生物质炭浸提液中的TOC含量参照文献[]，使用TOC总碳分析仪（Elementar Liqui TOC，Elementar，德国）测定；本试验测定炭样品浸提液中有机质含量时采用重铬酸钾容量法。
1．2．5 生物质炭浸提液重金属含量
本试验同样使用原子吸收分光光度法对炭样品的浸提液重金属含量进行分析。
2 结果与分析
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 材料 2
1．2 方法 2
1．2．1 生物质炭养分 2
1．2．2 生物质炭重金属含量 2
1．2．3 生物质炭重金属形态 2
1．2．4 生物质炭浸提液养分 2
1．2．5 生物质炭浸提液重金属含量 3
2 结果与分析 3
2．1 秸秆来源地土壤基本性质 3
2．2 生物质炭养分及重金属 4
2．2．1 生物质炭养分含量 4
2．2．2 生物质炭重金属含量 5
2．2．2 生物质炭重金属形态 6
2．3 生物质炭浸提液养分及重金属 7
2．3．1 生物质炭浸提液养分含量 7
2．3．2 生物质炭浸提液重金属含量 8
3 讨论 8
3．1 碳化温度对生物质炭及其浸提液中营养元素的影响 8
3．2 碳化温度对生物质炭及其浸提液中重金属的影响 9
4 结论 9
致谢 10
参考文献 11
不同碳化温度对小麦秸秆生物质炭物化性质及重金属赋存形态的影响
引言
引言
据统计，我国当前每年的稻麦秸秆产生量达到3.1亿吨[]。作为秸秆生产大国，秸秆的合理利用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
对提高土壤肥力、减轻大气污染和节约能源等环境保护方面起到非常重要的作用。此外，随着我国工业生产的发展和城市地区的逐渐对外扩张，农田重金属污染问题越发严重。据报道，我国的农业耕地土壤重金属超标率达19.4%，而其中又以中轻度重金属污染为主。
生物质炭是指在限氧条件下，通过250750℃高温裂解将植物生物质碳化产生的一类物质。现有研究表明，生物质炭在减缓气候变化，增加土壤碳库，改善土壤肥力，降低土壤污染及促进作物增产等方面均有十分显著的作用。研究人员发现，生物质炭主要是由单环和多环的芳香族化合物组成，具有微生物和化学惰性，很难在环境中降解，具有碳库特征[]。实验证明，生物质炭一般具有较高的阳离子交换量，可以有效固持土壤中的养分离子，通过改善其肥力，提高农作物产量[]。另有研究表明，生物质炭通常呈碱性，具有多孔结构和丰富的含氧官能团，其可以有效地吸附螯合土壤中的重金属，并显著降低土壤中重金属的生物可利用度[][]。大量研究表明，未受污染农田秸秆炭化后还田可通过吸附螯合和提高土壤pH降低重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）在土壤中的可移动性，从而减少污染物的环境风险和作物的吸收[][][]。
而生物质炭的性质受炭化原料，热裂解过程中的温度、水分含量、时长及其他矿物质含量等条件的影响[]。其中碳化温度是关键因素，例如高温热裂解产生的生物炭通常pH较大 []、稳定性碳含量及灰分含量及较高[]，但H、O含量却显著下降[]。一般来说，若确定了生物质炭的原材料，碳化温度即是影响生物质炭物物化学结构特性的最主要因素[][][]。
迄今为止，秸秆热裂解炭化的温度对最终获得的生物质炭的性质，养分含量，重金属去向及存在形态的影响都未有系统的研究报道。特别是根据当前土壤重金属污染现状，仍未有研究关注中轻度污染农田作物秸秆处理抑或碳化处理中重金属风险问题。因此，需要进一步系统的研究。本研究选取重金属污染与未污染地农田小麦秸秆作为研究对象，研究不同炭化温度（350、450和550 ℃）对小麦秸秆生物质炭的物理、化学性质及重金属形态组成的影响，为生物质炭的热裂解过程优化提供一定的参考，同时测定生物质炭及其浸提液的各项指标，为探索重金属污染农田作物秸秆的合理还田处置提供理论基础。
1 材料与方法
1．1 材料
本研究选取江苏省宜兴市某重金属污染稻田作为实验材料获取地。
于小麦收获期从试验地（重金属污染、未污染）农田采集足够小麦秸秆，晾干至含水量小于20%后粉碎（＜5cm）备用。采用本校研究所研发的便携式生物质炭化机热裂解炭化，设置炭化温度分别为350、450和550℃，炭化时间为2小时，得炭率约3540%。制备好的生物质炭样品需要进行粉碎、研磨，分别过20、100目尼龙筛并储存在密封袋中备用。
取部分生物质炭样品分别以水和一定浓度氢氧化钾溶液为溶剂制备生物炭的浸提液，注意保存措施储存备用。
1．2 方法
1．2．1 生物质炭养分
分别取一定量生物炭试样对其有机碳以及全N、全P、全K的含量进行测定，用试剂进行溶解和提取，后续检测部分与浸提液的测定方式相同。
1．2．2 生物质炭重金属含量
本试验使用原子吸收分光光度法对生物质炭样品的重金属含量进行分析，过程中分别对镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）四种重金属元素进行了测定。
每份试样分别测定两个平行样。溶液较混浊时，过滤后进行测定。
1．2．3 生物质炭重金属形态
本试验采用BCR连续浸提法进行生物质炭中重金属形态的分析。
1．2．4 生物质炭浸提液养分
本试验对样品炭浸提液中总氮的测定选用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；采用钼酸铵分光光度法测定炭浸提液样品中总磷含量；本试验使用电位法[]进行炭浸提液pH值的测定，炭水比为1：20；生物质炭浸提液中的TOC含量参照文献[]，使用TOC总碳分析仪（Elementar Liqui TOC，Elementar，德国）测定；本试验测定炭样品浸提液中有机质含量时采用重铬酸钾容量法。
1．2．5 生物质炭浸提液重金属含量
本试验同样使用原子吸收分光光度法对炭样品的浸提液重金属含量进行分析。
2 结果与分析
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