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论文开题:树皮生物炭施用对植物吸收重金属影响的研究

发表时间:2013/8/12 18:26:48


大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院:化工学院           专业班级:环境科学

课题名称 树皮生物炭施用对植物吸收重金属影响的研究

1、本课题的研究目的和意义:
1.1生物炭简介
生物质作为绿色可再生能源,其开发和利用对环境具有重大意义。生物炭则是生物质通过热裂解的方法在缺氧或少氧条件下制备的一种具有空隙结构、含碳量高的碳化物质【1】。生物炭的组分复杂,含有C、H、O、N、P、K、Ca、Na、Mg等多种元素。不同生物质及或不同温度下炭化后,其生物炭所含元素的比例,物理化学性质都不尽相同【2】。
生物质炭化后与木炭相似,耐降解,可作为空气中CO2储藏在土壤中的炭库,减少温室气体排放[3]。随着温室气体排放的增加,自然气候变化异常等环境形势日益严峻,以CO2为代表的温室气体减排已成为应对气候变化挑战的一个重要议题,文献表明,由于土地利用而引起的土壤碳汇损失是大气碳素含量不断升高的主要驱动力,生物炭作为一种具有高度稳定性的富碳物质,在其生产和储存的过程中都能起到将生物质中的碳素锁定而避免经微生物分解等途径进入大气的功效,从而有效发挥土壤碳汇的作用,起到增汇减排,影响气候变化和全球热辐射平衡的积极作用[4]。
生物炭具有很强的持水性和吸附性,可以减少土壤养分和污染物的淋洗[5]。从微观结构上看,生物炭表
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3课题研究的目的和意义
由于重金属污染的普遍性、不可逆性和表聚性,单一的处理方法很难将其去除干净。传统的土壤化学修复虽然效率高、时间短,但只是暂时性的改变金属的化学形态,在一定条件下会再度活化,甚至影响到土壤基本理化性质。由于生物炭的耐降解性,对土壤修复研究一旦成功将会是高度稳定修复,并且其本身对土壤性质也有所改良。此外,生物炭施用于土壤后对植物也有不同程度的修复。目前研究结果还不成熟,生物炭对土壤和植物的修复还不能完全应用,但前景是有重大意义的,还需进一步深入研究。

2、文献综述(国内外研究情况及其发展):
近年来对生物炭利用的研究主要集中在其增汇减排作用、用作土壤改良剂、对环境质量的修复这三方面,都与工业、农业等诸多领域息息相关。
1生物炭的增汇减排作用
生物碳增汇减排的效应最早可以追溯到关于亚马逊流域黑土terr preta 对炭平衡和气候影响的研究中[10]。目前对生物碳增汇减排作用的与研究主要集中在对其作用的的机理、微观实验上生物炭的生成和固碳速率以及增汇减排与环境的关系上来进行研究和解释。生物炭增汇减排的机理在于:(1)生物碳具有极高的化学稳定性、热稳定性及微生物稳定性;(2)通过降低土壤中有机碳的矿化作用的强度实现的。除CO2外,生物炭还能对土壤中释放其它温室气体如NO、CH等进行调节[4]。
另外生物炭具有良好的耐降解性。Kuzyakov等人利用14C标记法分析了多年生黑麦草制备的生物炭的滞留时间,结果显示,在理想条件下,生物炭每年可以降解0.5%,但是在自然条件下,生物炭平均滞留时间大约是2000a,半衰期是1400a[11]。因此,生物炭可作为空气中CO2储藏在土壤中的炭库,以减少温室气体的排放,对环境系统具有重大意义。
2生物炭用作土壤改良剂
生物炭施用在土壤中可以改变土壤的理化性质,增加土壤肥力,普遍提高作物生物量和产量[8]。侯艳伟等人的研究表明,生物炭施用后提高了土壤的PH值和有机质含量[12]。因生物碳中含有丰富的游记大分子和空隙结构,施入土壤中后又较易形成大团聚体,因而可能增进土壤的养分离子的吸附和保持,特别是对铵根离子有很强的吸附作用,同时生物碳也有很强的持水能力,对保持土壤肥力有重大意义[13]。
土壤性质的改变间接影响植物的生物量。一方面是土壤的调节剂,使土壤肥力增加,使作物普遍增产。唐光木等人在将生物黑炭施用于_灰漠土研究后表明:生物黑炭施用后,增加了玉米单穗重、千粒重和产量,玉米产量比不施肥和单施氮分别增加了273.23 kg•hm-2和132.41 kg•hm-2,提高了2.75%和1.31%[14],这可能也与_特殊的环境地质条件有关系。另一方面生物炭也可以作为生物菌剂肥料的载体,支撑其在土壤中的生长和释放[6];自身起肥料的作用,如在施炭情况下大豆生物固氮量增加,固氮量增加只要原因是有效的硼和钼的增加 [15]。生物炭的孔隙结构及水肥吸附作用使其成为土壤微生物的良好栖息环境,为土壤有益微生物提供保护,特别是菌根真菌,促进有益微生物繁殖及活性,增强泡囊丛枝菌根菌(vesicular-arbuscular mycorrhizae,VAM)对植物的浸染[16]
施用生物炭对土壤肥力水平的提高与土壤本身的肥力水平及施用量也有关系。黄超等人对黑麦草的研究表明施用生物质炭对红壤性质的改善作用在肥力水平较低的土壤上明显高于肥力水平较高的土壤;在肥力水平较低的土壤中,改善效果岁生物质炭用量的增加而增加,而在肥力水平较高的土壤中,高量施用生物质炭可导致土壤微生物生物量的下降,对黑麦草生长产生轻微抑制作用[17]。
3生物碳对环境污染物的修复作用
生物炭具有较大的比表面积和较高的表面能,表面极性官能团较少,构成了生物炭良好的吸附特性[6],无论是有机污染物还是重金属都有良好的吸附作用。
生物炭添加到土壤中之后可以固持土壤中的N、P等农业面源污染物,减少土壤渗漏和地表流失,降低水体的富营养化风险[9]。生物炭对土壤/沉积物中有机污染物的吸附具有以下特点:吸附容量大;存在明显的竞争作用;吸附机理取决于生物炭的成分和组成;动力学过程存在明显的快阶段和慢阶段,有机污染物在生物炭上的吸附由多个过程控制[4]。生物碳对有机污染物吸附的机理复杂多变,目前还在积极研究中。
土壤的重金属污染日益严重,生物碳施用对土壤中重金属的吸附作用具有非常重大的意义。
生物碳比起其他有机质对阳离子有更强的吸附能力。侯艳伟等人的研究表明,生物炭施用后提高了土壤的PH值和有机质含量,改变了土壤中重金属的化学形态及生物有效性 [12]。黄宗义的研究,将骨炭施入土壤后导致土壤碳酸情根离子含量的升高,其 ……(未完,全文共7248字,当前仅显示2545字,请阅读下面提示信息。收藏《论文开题:树皮生物炭施用对植物吸收重金属影响的研究》