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》

15 倍,孔径也有所增 加.生物炭的多孔特性,为土壤微生物提供了良好 的栖息环境[10] . 制备生物炭的材料来源广泛,可以是禽兽粪 便、动物骨骼、木材木屑,也可以是农作物秸秆、 种壳等[11] .沙蒿是菊科蒿属的半灌木,是荒漠植被 中的重要建群种和优势种, 玉米是禾本科玉米属草本 植物,是广泛种植的农田作物.二者的植物学特性和 第5期梁桓等: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

887 生长环境均有较大差别, 研究其不同炭化温度下生物 炭性质的差异, 可为该类生物炭在农业领域的应用提 供理论依据.

1 材料与方法 1.1 材料 供试材料为沙蒿和玉米秸秆.材料取回后,平 铺于室外阳光下晒干、粉碎,放入烘箱中 65℃烘至 恒重,然后放入干燥器中以备制取生物炭. 1.2 生物炭制取 将烘干的沙蒿、玉米秸秆原料置于炭化炉(SGM.VB8/10 人工智能箱式电阻炉)内进行炭化. 设 置炭化温度 400℃、600℃、800℃.沙蒿和玉米秸 秆放入炭化炉后,以150 /h ℃ 的升温速度加热,达 到设定温度后炭化

90 min 后开始自然降温.待降到 室温,取出炭化好的生物炭,装入塑封袋备用.每 个处理

3 次重复. 1.3 测试项目及方法 元素分析: 全C、 N、 H 和S采用元素分析仪(德国elementar,Vario Macro) 测定[12] ;

全P和全 K 通过H2SO4-H2O2 消煮后,分别采用钒钼黄比色法和 火焰光度计法测定;

灰分采用直接灰化法测定. 速效养分:速效 N 采用碱解扩散法;

速效 P 采用0.5 mol/L NaHCO3 浸提,分光光度计法;

速效 K 采用 NH4OAc 浸提,火焰光度计法. 生物炭的形貌结构特征:采用 S-530 型扫描电 镜在

200 倍下进行扫描观察. pH:pH 计测定,v 水Um 炭=25U1. 比表面积和孔容孔径:由ASAP2020 全自动快 速比表面积及介孔/微孔分析仪进行测定, 根据 BET 吸附方程求得结果[13] . 1.4 数据分析 数据处理利用 SAS9.0 进行方差分析(ANOVA).

2 结果与分析 2.1 不同炭化温度下生物炭的结构特征 2.1.1 炭化温度对生物炭形貌结构的影响 由图

1 可以看出,未经炭化的玉米秸秆和沙蒿的孔隙结 构都比较整齐,但均为非均质物质,有致密区也有 疏松区,呈蜂窝状多孔体.相同的观察条件下,玉 米秸秆的孔隙孔径更大,沙蒿的孔隙孔径小且排列 密集.经过炭化后两种材料的形态结构出现极为 相似的变化.具体表现为,400℃时,两种生物炭 只有少量的维管束遭到破环,大部分孔隙结构保 存完整,清晰可见;

当温度升高到 600℃时,玉米 秸秆生物炭的维管束结构的破环程度较大,大部 分细胞解体,有碎屑脱落,而沙蒿生物炭的大部 分维管束结构保存完好;

800℃时,两种生物炭的 形貌结构均遭到严重的破坏,基本无法识别出其 完整孔隙结构. 图1不同炭化温度下玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的形貌特征 Fig.

1 The morphology characteristics of maize straw biochar and Artemisia ordosica biochar prepared at different carbonization temperatures

888 土壤第47 卷2.1.2 炭化温度对生物炭比表面积的影响 不同 材料对生物炭比表面积的影响很大[14] ,由表

1 可知, 同一炭化温度下玉米秸秆生物炭的比表面积比沙蒿 生物炭的比表面积大,且差异显著.两种材料生物 炭的比表面积均随炭化温度的升高而增大,差异达 到显著水平.当炭化温度在 400℃ ~ 600℃时,每升 高10℃, 玉米秸秆生物炭的比表面积增加 0.08 m2 /g, 沙蒿生物炭增加 0.01 m2 /g;