生物质炭(Bc)进入土壤对腐殖质碳(HC)组成和结构特征的影响

生物质炭（Bc）与腐殖质碳（HC）同为土壤有机碳慢库的组成部分，对土壤固碳和肥力有重要作用。能否利用生物质农业废弃物转化为Bc储存于土壤中达到固碳减排、培肥地力之目的是当前研究的热点。但目前多限于Bc对土壤性质和植物生长影响的研究，没有把Bc与HC（胡敏酸、胡敏素）进行对比研究，也没有研究添加Bc对土壤HC数量、组成和结构特征影响的报道。但Bc进入土壤通过被微生物利用或影响微生物活动或与HC混杂结合可能影响到HC，因此本项目拟采用化学氧化、核磁共振、热解质谱、同位素标记等多种现代分析手段，把土壤Bc和HC研究结合起来，系统比较Bc和HC的结构特征；研究标记Bc进入土壤后在HC各组分中的分配及对HC数量和结构特征的影响；研究Bc长期自然积累和人为施入对土壤HC组成和结构特征的影响；推测土壤Bc与HC可能存在的转化关系，为阐明农业废弃物炭化利用的土壤化学与生物化学机制提供新的资料。

生物质炭Bc（biochar）与腐殖质碳HC（humus carbon）同为土壤有机碳（SOC）慢库的组成部分。近年来围绕土壤中Bc的性质、Bc对污染物的吸附、Bc对土壤和植物生长的影响研究较多，但关于施用Bc对HC的影响，特别是添加Bc对土壤HC数量、组成和结构特征影响未见报道。本项目主要是通过培养试验、埋置试验、盆栽试验和田间试验及森林火灾自然输入样地，用元素组成、差热分析（DTA）、红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）和碳稳定性同位素（δ13C）等技术手段，研究了人为施入和天然输入Bc对土壤HC组成及结构特征和土壤 Bc数量、结构特征的影响，以及施入Bc在土壤HC和土壤Bc的分布。主要进展总结如下：.1）HCl-HF+ K2Cr2O7热化学氧化法是测定土壤生物质炭（Bc）含量最适合方法，同时能将Bc 样品从土壤中提取出来用于其结构表征。.2）土壤施入玉米秸秆Bc后，富里酸（FA）、胡敏酸（HA）减少，腐殖化系数（PQ）提高，这使土壤腐殖质碳（HC）稳定性增加，对土壤固碳有利。Bc与HC存在发上学上的联系，主要是为胡敏素提供原料。.3）森林火灾和人为添加Bc使土壤HA的芳香度和缩合度提高，脂族链烃减少，氧化度降低，稳定性提高。.4）与从土壤提取的Bc相比，制备的玉米秸秆Bc有机C含量和H/C摩尔比高，而O/C摩尔比低，含有更多的芳香结构和疏水结构，热稳定性较高，成分较为单一。.5）玉米秸秆Bc进入土壤，分子结构中脂族链烃增加，单一芳香性C比例减少，结构多元化，但稳定性下降；森林火灾新形成的Bc比土壤中原有的Bc更为疏水和更具芳香性，进入土壤会逐渐变得亲水和脂族链烃化。.6）施用玉米秸秆Bc，土壤原有Bc会受此影响，脂族链烃减少，单一芳香性C比例加大，疏水性提高，稳定性增强，对土壤固碳有利。.7）玉米秸秆Bc进入土壤，来源C4植物的土壤Bc的更新速度比土壤有机碳（SOC）快；而来源C3植物的土壤Bc的更新速度比SOC慢。.上述研究结果，基本上回答了“生物质炭(Bc)进入土壤对腐殖质碳(HC)组成和结构特征的影响”这一题目。对推测土壤Bc与HC可能存在的转化关系，阐明农业废弃物炭化利用的土壤化学与生物化学机制有重要科学意义。