生物质炭形成的"降解层"对生物质炭稳定性及吸附性能的影响机制

Biochar has been of concern in global carbon cycle and eco-remediation of contaminated soil due to environmental issues, disposal urgency of agricultural wastes, and decrease in soil loading capacity of pollutants caused by excessive emission of carbon. However, the stabilization mechanism of biochar in soil and the influence of change in biochar surface during decomposing on its interaction with pollutants are still unclear. .In this investigation, we hypothesize that decomposition layer occur on biochar surface. Morphology, chemical structure, composition and dynamic change in surface chemical properties of surface layer of biochar will be studied through formation of decomposition layer by incubation, re-incubation thereafter, CO2 emission during incubation, change in easily oxidized biochar, and analysis by element analyzer, FTIR, XPS and NMR. Effect of characterization of decomposition layer on stabilization of biochar will also be investigated. Based on elucidation of composition and structure of decomposition layer, the adsorption of pollutants onto biochar will be measured, further displaying the sustained efficiency of fixation of environmental pollutants by biochar. The obtained results will be helpful for assessing increase in soil carbon pool reserve and stabilization of soil environment due to application of biochar

碳过量排放引起的环境问题、农业废弃物处置压力、土壤污染物承载力降低等因素，使得生物质炭在全球碳循环、土壤生态修复等方面备受关注。但生物质炭在土壤中的稳定机制，以及降解过程中因表面变化可能造成与污染物相互作用影响的研究尚有待完善。为此，本项目在提出生物质炭通过形成"降解层"影响其在土壤中稳定性与环境效应的假说；为了验证该假说，我们拟将生物质炭通过培养形成降解层、氧化除去降解层后再培养等处理方式，分析培养过程中CO2释放、易氧化生物质炭的生成量（降解层）的变化规律；探讨"降解层"形成特征对生物质炭稳定性的影响。并运用XPS、NMR等现代分析手段，表征不同处理方式下的生物质炭表层形貌、化学结构、组成及表面化学性质的动态变化，在此基础上，分析生物质炭对污染物质的吸附行为，借以探讨生物质炭对环境污染物质固定功能的持续效果。研究结果可望为评估生物质炭对于增加土壤碳库储量、维系土壤环境稳定提供科学依据。

为了解质炭在土壤中的稳定机制，以及降解过程中因表面变化可能造成与污染物相互作用的影响；本项目提出以下关于生物质炭“降解层”功能与环境效应的假说：“生物质炭在环境中通过形成与周围环境相适应的 “降解层”，延缓降解趋势向内部蔓延，从而增加其稳定性；如果环境条件发生改变，或者 “降解层”被剥蚀，则可能加快生物质炭的降解速率”，为此本课题通过室内、外培养试验，分析生物质炭降解过程中其表面形成的“降解层”的组成与性质；进而探讨“降解层”对生物质炭稳定性的作用，以及对污染物质的吸附行为影响。在项目的实施过程中，我们明确了生物质炭的前处理方式，并建立了生物质炭“降解层”的定量方法；在此基础上探讨了生物质炭降解层对生物质炭的保护作用、对重金属等污染物的吸附行为等影响机制。探讨生物质炭在降解过程中形成的“降解层”是研究生物质炭的环境效应的一个新思路，对探讨土壤生物质炭稳定机制和环境行为有重要的科学意义。