生物炭与土壤粘粒矿物及其复合体的耦合效应

Researching on the application of Biochar on soil is significant to improve soil fertility, ensure food security, enhance soil carbon sequestration and slow down global warming. Based on the research - biochar being applied to soil, this project aims to create biochar by non-oxygen high temperature pyrolysis of agricultural waste resources, and use the specific surface area and pore size analyzer ,IR, TEM,the elements analyzer to inspect the biochar interface's structure and features. The culture experiments between biochar and soil caly , or organic caly complex, will show biochar's impact on crysta level structure of clay minerals and stability of organo-clay complex; indicate its transforming way in the soil; and illustrate its balance role on carbon in soil caly minerals and organic caly complex. The Isothermal method tests on biochar for the N and P elements competition absorption and desorption from soil caly minerals and organic caly complex will show biochar's regulation and control on N，P and K elements in soil, which will confirm biochar's coupling effect on soil caly minerals and organic caly complex. All of these aims to reasonably use the agricultural waste resources and to provide theoretical foundation and scientific proof on soil quality improvement and soil carbon sequestration.

将生物炭（Biochar）应用于土壤的研究，对于改善土壤肥力、保障粮食安全、提高土壤固碳增汇能力和减缓全球温室效应的意义重大。本项目以人们倍受关注的生物炭应用于土壤的研究为线索，拟利用农业废弃资源进行高温缺氧裂解的方式获得生物炭，应用比表面积孔径仪、红外、扫描电镜、元素分析仪等对生物炭界面结构进行检测，来探究其界面结构和性质特征；通过生物炭与土壤粘粒矿物和有机粘粒复合体进行培养试验，分析生物炭对粘粒矿物组成及其复合体中的碳稳定性的影响，探索生物炭在土壤中的转化途径，进而明确生物炭对土壤有机粘粒复合体中碳的平衡作用机理；通过生物炭对粘粒矿物和有机粘粒复合体的N、P元素竞争吸附和解吸等温平衡实验，探讨生物炭对土壤中N、P、K元素再分配的调控作用，进而明确生物炭对土壤粘粒矿物和有机粘粒复合体的耦合效应。以期为农业废弃资源合理利用，改良土壤和土壤固碳增汇提供理论基础和科学依据。

生物炭（Biochar）应用于土壤，对于改善土壤肥力、保障粮食安全、提高土壤固碳增汇能力和减缓全球温室效应的意义重大。本项目以人们倍受关注的生物炭应用于土壤的研究为线索，利用农业废弃资源进行不同高温缺氧裂解的方式获取生物炭，研究发现容器大小对生物炭的产率影响较大，较大的炭化容器可提高生物炭产率。应用红外、扫描电镜、元素分析仪等对生物炭界面结构分析，不同物料和炭化方式，其界面结构和性质特征有显著变化。通过生物炭与土壤粘粒矿物和有机粘粒复合体进行培养试验,发现生物炭的老化后，从其边缘开始含氧基团和氢键增多，结晶程度会下降；其内部盐类物质增多，并会有小块状的生物炭粘附在粘土矿物的表面，而土壤粘粒复合体中的部分物质分解，进入粘土矿物晶层，其晶体间距变大，晶程变大，保持水分能力增强。通过生物炭对粘粒矿物和有机粘粒复合体的N、P、K元素竞争吸附和解吸等温平衡实验，发现吸附后生物炭的-OH被氨和钾占据，分子内-OH中的氢键作用力减小，可见离子交换模式在BC300的氨和钾吸附中占有重要地位。粘粒矿物中随添加生物炭量对氨的吸附和解吸依次争强，在粘粒中伊利石的含量高，则有利于硝态氮的释放，蒙脱石的含量高则有利于硝态氮的固定，对粘粒复合有机质来说，其对硝态氮的固定减少，但能增加硝态氮的释放量，在粘粒中伊利石的含量高，则有利于磷的释放，蒙脱石的含量高则有利于磷的固定，粘粒复合有机质后，其对磷的固定减少，并能增加磷的释放量。综合上述结果，本研究为探讨生物炭应用于土壤后结构变化及耦合效应，对土壤肥力机制奠定了坚实的工作基础。同时对于认识生物炭与土壤微粒之间的作用关系提供了重要的启示性线索。项目资助发表SCI论文2篇，会议论文1篇，待发表多篇，申请发明专利3项，获批发明专利1项，实用新型3项，培养本科毕业26名。项目投入经费26万元，支出23.6337 万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费2.3663万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。