PDF《不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性①》

土壤(Soils), 2015, 47(5): 886C891 ①基金项目:内蒙古自然科学基金项目(2015MS0309)和国家自然科学基金项目(31260502)资助.

* 通讯作者([email protected]) 作者简介: 梁桓(1989―), 女, 内蒙古呼和浩特人, 硕士研究生, 主要从事优质高产农作物的营养与施肥研究.E-mail: [email protected] DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2015.05.012 不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性 ① 梁桓,索全义* ,侯建伟,刘长涛 (内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特 010018) 摘要:掌握不同生物炭材料的结构特征和化学特性是合理利用生物炭的基础.通过无氧炭化法制备了不同 炭化温度下的玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭,对比了不同材料和不同炭化温度下生物炭性质的差异.结果表明:炭 化温度低于 400℃时,两种材料生物炭的孔隙结构保存完整,600℃以上时,两种材料生物炭的蜂窝状结构均遭到 破坏,玉米秸秆生物炭被破坏得更严重;

同一炭化温度下,玉米秸秆生物炭的比表面积及总孔容和平均孔径均大于 沙蒿生物炭,两种生物炭的比表面积随炭化温度的升高均增大,总孔容呈 V 形变化;

两种材料的生物炭均呈碱 性,炭化温度越高,pH 越大,400℃ ~ 800℃,每升高 10℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的 pH 均以 0.02 的幅度 增加,同一温度下,玉米秸秆生物炭的 pH 大于沙蒿生物炭,在400℃、600℃和800℃下分别比沙蒿生物炭高 0.

31、 0.35 和0.29 单位;

随炭化温度的升高,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的 C、P、K 和灰分含量增加,400℃ ~ 800℃, 玉米秸秆生物炭的 C、P、K 含量以炭化温度每升高 10℃分别增加 2.

94、0.

11、0.20 g/kg 的幅度变化,沙蒿生物炭 也以 4.

35、0.

07、0.24 g/kg 的幅度增加,与此同时,玉米秸秆生物炭的 N、H 含量以每升高 10℃分别以 0.13 g/kg 和0.86 g/kg 的幅度降低,沙蒿生物炭的 N、H 含量分别以 0.04 g/kg 和0.82 g/kg 的幅度下降,S 含量无明显变化, C/N 和C/H 增大,且不同材料生物炭的元素含量差异显著;

两种材料生物炭的 N、P、K 有效性随炭化温度的升高 均下降,400℃ ~ 600℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效 N 含量分别下降了 57.89% 和19.05%,800℃ 时两种 生物炭的速效 N 均接近

0 mg/kg, 400℃ ~ 800℃玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效 P 含量分别降低了 67.41% 和52.36%,此时速效 K 含量也分别降低了 45.62% 和90.16%.总之,不同材料和炭化温度对生物炭的物理特征和化 学特性都有较大影响. 关键词:生物炭;

沙蒿;

玉米秸秆;

孔隙度;

比表面积 中图分类号:S158.5 目前,生物炭还没有明确的定义,一般认为在 低氧或缺氧的环境中,高温处理有机生物质,使生 物质中的油和气都被燃烧掉,剩下的部分就是生物 炭[1C2] . 生物炭主要是由芳香烃和单质炭或具石墨结 构的碳组成,含有 60% 以上的碳元素,施入土壤后 不仅可以提高土壤的有机碳含量, 还可以提高土壤对 养分的吸持量[3] .生物炭自身的一些矿质元素如 H、 O、N、S 及少量的微量元素,也可为贫瘠的土壤提 供部分养分[4C5] . 生物炭的元素组成与炭化温度密切相关, 具体表 现为,碳和灰分的含量随炭化温度升高而增加,H、 O 量则在减少[6C7] .还有报道称,生物炭多呈碱性, 且裂解温度越高,pH 越高.利用这一特性,生物炭 可以改善酸性土壤,提高部分养分的有效性[5] .不同 的材料及炭化温度对生物炭的比表面积的影响很 大,一般来说炭化温度越高,比表面积就越大[8] . 孔容孔径受炭化温度的影响也很大,李力等人[9] 的 研究表明,当裂解温度由 350℃升高到 700℃时,玉 米秸秆生物炭的孔容增加了