稻田土壤水稻秸秆生物质炭稳定性研究

【摘要】：生物质炭具有高度的化学和生物稳定性,能在环境中存在几百甚至几千年,并对土壤改良起到积极作用。因此,生物质炭化还田有望成为一种极具应用前景的固碳减排技术。本研究以水稻秸秆生物质炭为试材,通过应用稳定碳同位素标记与分析技术,研究了实验室模拟条件下水稻秸秆生物质炭在淹水稻田土壤中的矿化特性及其入土初期的稳定性,并通过元素分析、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)等表征技术,初步探索了淹水稻田土壤中秸秆生物质炭的稳定机理。研究结果可为我国基于秸秆生物质炭化还田的农田生态系统碳固持与储存新技术开发提供基础理论依据。主要研究结果如下： 1、以13C标记水稻秸秆炭为研究对象,研究温室条件下水稻秸秆生物质炭在淹水稻田土壤中的矿化特性及水稻栽培对其降解的影响。结果发现,秸秆生物质炭输入淹水稻田土壤后以极低的速率矿化,在预培养第12天炭的矿化速率为5.9×10-5%d-1；而在水稻种植条件下,水稻和微生物可以通过一定途径利用微量秸秆生物质炭,利用率分别为0.047%和0.0016%。实验结果表明水稻秸秆生物质炭在稻田土壤中生物和非生物降解速率低,具有较高的稳定性。 2、针对稻田土壤水稻秸秆生物质炭矿化特性,应用元素分析、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)等化学表征手段初步探讨了稻田土壤秸秆生物质炭的稳定机理。结果表明,秸秆生物质炭主要组成元素为碳,含量高于60%；秸秆生物质炭在1000℃内热稳定性较高,失重率小于26%,表明秸秆生物质炭中的碳元素具有良好的热稳定性。水稻秸秆生物质炭中的碳主要以不饱和烷烃类(烯烃中的C-H)、脂肪族类(脂肪醚键C-O-C)和芳香化官能团(C=C, C-H)形式存在,培养209天未发现生物和非生物氧化作用对秸秆生物质炭官能团组成和结构具有显著性的影响,表明水稻秸秆生物质炭在淹水稻田中具有良好的化学稳定性。但颗粒态秸秆生物质炭的表面氧化作用相对比较明显,水稻种植可以显著促进秸秆生物质炭表面的氧化反应。此外,土壤矿物质Si、Ca等在秸秆生物质炭表面的附着可能对秸秆生物质炭起到保护作用,从而增强了其在淹水稻田中的稳定性。 【关键词】：水稻秸秆 生物质炭 稻田土壤 矿化特性 稳定性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X131.3
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 土壤生态系统生物质炭稳定性研究背景12-15
• 1.1.1 全球变暖与应对方案12-13
• 1.1.2 土壤生态系统固碳减排潜力13-14
• 1.1.3 农田秸秆利用现状14-15
• 1.2 生物质炭及其基本特性15-17
• 1.3 生物质炭稳定性研究进展17-19
• 1.3.1 生物质炭稳定性基础17
• 1.3.2 生物质炭降解机理17-19
• 1.3.3 生物质炭稳定性影响因素19
• 1.4 生物质炭对土壤理化特性的研究进展19-22
• 1.4.1 生物质炭对土壤基本理化性质的影响19-20
• 1.4.2 生物质炭对土壤养分的影响20-21
• 1.4.3 生物质炭对土壤有机质的影响21-22
• 1.5 本研究的意义、目标与研究内容22-24
• 1.5.1 研究意义22
• 1.5.2 研究目标22
• 1.5.3 研究内容22-24
• 第二章 稻田土壤水稻秸秆生物质炭降解特性24-37
• 2.1 引言24-25
• 2.2 材料与方法25-29
• 2.2.1 试验材料25-26
• 2.2.2 试验设计26-27
• 2.2.3 样品采集27-28
• 2.2.4 测定指标与方法28-29
• 2.2.5 数据处理29
• 2.3 结果与讨论29-35
• 2.3.1 秸秆生物质炭在淹水稻田土壤中的矿化特性30-33
• 2.3.2 水稻种植对稻田土壤秸秆生物质炭降解的影响33
• 2.3.3 土壤微生物对秸秆生物质炭降解的影响33-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 稻田土壤水稻秸秆生物质炭性态变化特性37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 材料与方法37-39
• 3.2.1 采样方法37-38
• 3.2.2 测试指标与方法38
• 3.2.3 数据处理38-39
• 3.3 结果与讨论39-50
• 3.3.1 稻田土壤秸秆生物质炭元素组成变化特性39-40
• 3.3.2 稻田土壤秸秆生物质炭热重分析40-42
• 3.3.3 稻田土壤秸秆生物质炭扫描电镜分析42-45
• 3.3.4 稻田土壤秸秆生物质炭傅立叶红外光谱分析45-47
• 3.3.5 稻田土壤秸秆生物质炭X射线光电子能谱分析47-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 结论与展望52-54
• 4.1 研究结论52
• 4.2 主要创新点52-53
• 4.3 研究展望53-54
• 参考文献54-60
• 攻读硕士期间发表的文章、专利及奖励60

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

生物质在超临界水中热解行为的初步研究    曲先锋,彭辉,毕继诚,王锦风,孙东凯

煤与生物质的热解    马林转,何屏,王华

生物质热压成型温度场数值模拟    高名旺,董玉平

生物质燃料的利用现状与展望    魏学锋,刘建平

泰格林纸-华南理工“生物质化工联合实验室”挂牌    李望南;

竹纤维生物质提取技术取得突破    北斗;

生物质精细化学品崭露头角    

生物质压缩成型技术的节能分析    马孝琴,杨世关,孔书轩

生物质在流化床中的气化实验    肖艳京,马隆龙

SQL-I型生物质燃气炉具的研制    刘圣勇

生物质热解制炭制气系统研究    李在峰;雷廷宙;丁鸣;崔峻贞;胡建军;

马褂木群体的生物质变异及早期预测研究    李斌;顾万春;

毛竹原生生物质中各组分的溶剂热分步热解转化    胡立斌;许勇;解思卓;胡常伟;

组合工艺处理高COD生物质废水    刘伟杰;袁红莉;杨金水;

生物质催化裂解实验研究    吕鹏梅;常杰;付严;吴创之;

生物质中热值气化技术实验研究    张晓东;郑接林;周劲松;许明;方梦祥;骆仲泱;岑可法;

生物质催化制氢机理研究    常杰;吕鹏梅;王铁军;付严;

生物质催化气化制取合成气的研究    王铁军;常杰;崔小勤;张琦;付严;

生物质气化需走综合利用之路    田晓东;陆军;

生物质热解动力学研究    张晓东;许敏;孙荣峰;孙立;

生物质制气炉 把秸秆变成优质燃气    本报记者　　蒋建科

武城“生物煤”畅销日韩    董志强　尹元渤

蚌埠生物质产业将成新亮点    记者　陈敬农

云南打造林木生物质能源林基地    杨云锦

我区开展生物质压缩成型燃料试点工作    记者 周明江

九三学社中央考察生物质能源开发利用    戴红

省柴火 升温快 功能多    记者 韩倩

对农村使用生物质燃气炉的几点建议    州委政研室 曲应华

生物质能源替代传统能源在广西形成产业    记者 齐芳

看我怎样把太阳能装入油箱    记者　 顾钢

水稻秸秆降解放线菌的分离鉴定及其降解机理研究    徐杰

生物质热化学转化行为特性和工程化研究    蒋剑春

生物质热解动力学建模及锥式闪速热解装置设计理论研究    王述洋

    张晓东

生物质（秸秆）成型燃料燃烧设备研制及试验研究    刘圣勇

超滤及电化学技术在冶金及生物质降解中的应用    杨富国

煤热解和煤与生物质共热解过程中硫的变迁    李世光

农作物秸秆的热解及在水中的液化研究    宋春财

水稻秸秆纤维素发酵转化燃料乙醇的研究    杨涛

生物质流化床气化机理与工业应用研究    陈平

生物质热解实验及转锥式生物质热解反应器设计理论研究    李滨

生物质中热值热解制气技术试验与应用研究    许明

稻田土壤水稻秸秆生物质炭稳定性研究    冯琪波

生物质气化烤烟系统的研制    何鸿玉

生物质热解释氢过程的实验研究    王天岗

生物质热裂解实验研究及热裂解产物利用    王栋

以蒸汽为气化剂的生物质热解和完全气化技术研究    钟浩

农作物废弃物液化的实验研究    于树峰

生物质热解特性及热解动力学研究    陈森

生物质热裂解制取生物油试验装置的研制    李玉柱