生物质炭固碳作用及其对土壤温室气体排放特征的影响
本文选题：生物质炭 切入点：矿物改性 出处：《上海交通大学》2015年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：针对我国当前温室气体排放量大、固“C”减排压力任务重以及农业生物质废弃物的处理与处置不合理等问题,论文采用生物质热解碳化技术将我国主要农作物秸秆生物质热解转化为生物质炭并对固“C”潜力进行估算;通过添加矿物干预生物质热解行为以达到提高生物质炭固“C”能力的目的,并借助现代仪器分析手段揭示其影响机理;研究生物质炭输入土壤后对土壤温室气体排放特征影响,并对其影响机理进行探讨。主要研究结果如下:(1)研究了我国4大类主要粮食作物秸秆(稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆)在2种温度下(350℃和500℃)制备生物质炭的基本性质及固“C”能力的差异。500℃制备的生物质炭平均产率约30%比350℃制备生物质炭的产率低;500℃和350℃制备的生物质炭的平均含碳量分别为63.2%和58.3%。500℃和350℃制备生物质炭的“C”保留量平均值分别为47.7%和60%。500℃和350℃制备生物质炭的重铬酸钾氧化损失量平均值为15%和40%,可见,高温制备的生物质炭更加稳定。基于生命周期评价法(LCA)对我国上述4大类主要作物秸秆转化生物质炭的生产及输入土壤过程中缓解温室效应潜力进行评估,结果显示其温室效应净潜力为5.62×108 t CO_2e·y-1,相当于我国6.13%的碳排放量,可见,生物质炭固“C”潜力巨大。(2)为了提高生物质炭的固“C”能力,开展了添加矿物质对生物质炭形成过程中“C”保留量及稳定性影响的研究。与不添加矿物质制备生物质炭相比,添加高岭土和碳酸钙制备的生物质炭的“C”保留量变化较小,但添加磷酸二氢钙制备生物质炭的“C”保留量却提高了29%。尽管与不添加矿物质制备生物质炭相比,添加高岭土制备的生物质炭被过氧化氢氧化损失“C”的量略微增加,但添加碳酸钙和磷酸二氢钙制备的生物质炭被过氧化氢氧化损失“C”的量则分别降低了18.6%和58.5%;3种矿物改性后的生物质炭都降低了其重铬酸钾氧化损失“C”的量,降幅在0.3%至38.8%之间。此外,3种矿物改性后的生物质炭还降低了其微生物矿化损失“C”的量,其中,好氧条件下矿化损失“C”量的降幅在22.2%至88.7%之间,厌氧条件下矿化损失“C”量的降幅在5%至61%之间。生物质炭的FTIR和NMR分析表明,矿物质是通过改变生物质炭“C”组分的分布,提高其芳香化碳组分的比例,增强其抗化学氧化和微生物氧化的能力。可见,通过添加矿物质对生物质原材料进行前处理,达到了对生物质炭进行以固“C”为目的的改性设计效果。(3)研究了模拟水旱轮作条件下,500℃制备的稻草秸秆生物质炭对红壤温室气体排放特征的影响,发现生物质炭能够促进CH_4和CO_2的排放量且随着生物质炭的添加量的增加而增加,旱作条件下其排放量要大于淹水条件下的排放量。当土壤中添加200 mg N?kg-1和5%生物质炭时,CH_4在旱作条件下和淹水条件下的排放量分别为205μg C?kg-1和7.25μg C?kg-1;和对照相比,CO_2在旱作和淹水条件下的排放量分别增加了76.7%和42.8%。然而,生物质炭能够明显抑制土壤N_2O的排放,并且随着生物质炭的添加量增加而增加。当土壤中添加200 mg N?kg-1且添加5%生物质炭时,N_2O排放量在旱作和淹水条件下分别减少了95.0%和92.7%。综上,虽然添加5%生物质炭促进土壤CH_4和CO_2排放,但和生物质炭本身固定“C”的量相比可以忽略;此外,5%生物质炭抑制土壤N_2O排放效果最好。(4)比较研究了2种秸秆管理方式(稻草秸秆还田和稻草秸秆生物质炭还田)对我国5种典型土壤(红壤、黄绵土、黑土、稻田土及潮土)中温室气体排放特征及固碳效率的影响。与对照相比,添加5%的500℃条件下制备的稻草秸秆生物质炭减少了5种土壤中4%-40%的CO_2排放量和62%-98%的N_2O排放量,却增加了近2倍的CH_4排放量。和稻草秸秆生物质炭还田结果相反,稻草秸秆直接还田减少土壤22%-69%的CH_4排放量,但却增加了4-34倍CO_2排放量。此外,稻草秸秆还田减少了红壤和黑土超过80%的N_2O排放量,却增加了黄绵土、水稻土和潮土近14倍的N_2O排放量。当3种温室气体全部标准化为CO_2,不同处理之间全球增温潜势(GWP)最大为秸秆,其次为350℃下制备的稻草生物质炭,相反,在500℃下制备的稻草生物质炭减少了土壤温室气体排放、促进了土壤的碳固定。可见,稻草秸秆转化生物质炭后还田是一种有效并且能够减缓气候变暖的固体废弃物管理新方式。(5)研究了稻草秸秆生物质炭和牛粪生物质炭对红壤和稻田土壤硝化作用、反硝化作用及N_2O排放的影响。生物质炭对土壤硝化作用及N_2O排放的影响取决于土壤类型和生物质炭类型;但2种生物质炭对2种土壤的反硝化作用及N_2O排放量之间变化趋势一致,即生物质炭促进了土壤的反硝化作用却都降低了N_2O的排放。稻草秸秆生物质炭和牛粪生物质炭添加红壤14 d后,其反硝化速率分别提高了116%和105%,而N_2O的排放量则分别降低了65.0%和99.1%;但其促进稻田土壤反硝化速率效果不明显并且对N_2O排放影响也无明显差异,排放量均在0.2μg N?kg-1?d-1左右。可见,生物质炭并不是通过抑制土壤反硝化作用来抑制N_2O的排放。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S156.2;X712;X144
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 宋洪涛;崔丽娟;栾军伟;李胜男;马琼芳;;湿地固碳功能与潜力[J];世界林业研究;2011年06期
2 肖厚军;秦松;何佳芳;范成五;;贵州主要作物固碳现状和潜力估算[J];农业环境与发展;2012年02期
3 孔东升;张灏;;张掖黑河湿地国家级自然保护区固碳价值评估[J];湿地科学;2014年01期
4 白晓辉;张晶;杨胜天;李顺江;李巍;李茜;盛浩然;;酸沉降对森林生长固碳和土壤盐基保持功能的影响[J];环境科学学报;2010年01期
5 胡章;李思东;;生物固碳途径及其进化[J];广东化工;2010年10期
6 夏斌;马绍赛;陈聚法;赵俊;陈碧鹃;王芳;;2008年南黄海西部浒苔暴发区有机碳的分布特征及浮游植物的固碳强度[J];环境科学;2010年06期
7 彭巨光;麦荣军;张岍;袁佳佳;赵柯;;生物固碳技术在丁山河河道低碳治理项目中的应用[J];建筑经济;2014年02期
8 方磊;刘健;陈锦辉;吴建辉;徐嘉楠;张饮江;沈和定;;贝类生态修复作用及固碳效果研究进展[J];江苏农业科学;2011年03期
9 黄永梅;龚吉蕊;张新时;;我国开展生物固碳研究的关键科学问题及其研究进展与展望[J];中国科学基金;2008年05期
10 陈婷婷;贾卫国;陈大胜;;固碳林生态效益补偿的税收政策研究[J];生态经济;2012年07期
相关会议论文 前9条
1 闫德仁;;内蒙古森林固碳动态变化[A];第二届中国林业学术大会——S10 林业与气候变化论文集[C];2009年
2 王丽勉;秦俊;高凯;黄娟;胡永红;;室内植物的固碳放氧研究[A];2007年中国园艺学会观赏园艺专业委员会年会论文集[C];2007年
3 刘建军;康永祥;马长欣;姚正阳;;陕西省森林固碳增汇功能评估[A];低碳陕西学术研讨会论文集[C];2010年
4 芮雯奕;李玉娥;路明;张卫建;;保护性耕作下我国农田土壤的固碳效应估算及其政府补贴策略[A];中国农作制度研究进展2008[C];2008年
5 ;第11章 森林的固碳功能与全球温暖化[A];中国可持续发展林业战略研究·森林问题卷[C];2002年
6 徐明岗;张文菊;张会民;段英华;丛日环;;长期不同施肥下我国农田土壤固碳与增产协同效应[A];面向未来的土壤科学（下册）——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年
7 史军辉;史彦江;刘茂秀;王新英;;新疆“三北”防护林工程固碳效益评价——以疏附县为例[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第一卷）[C];2010年
8 史军辉;史彦江;刘茂秀;王新英;;新疆“三北”防护林工程固碳效益评价——以疏附县为例[A];2010中国科协年会第五分会场全球气候变化与碳汇林业学术研讨会优秀论文集[C];2010年
9 吴南;王雪岚;;城市规划中的减碳和固碳策略研究[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）[C];2013年
相关重要报纸文章 前10条
1 记者 李长青;近50年森林固碳量呈增加趋势[N];中国气象报;2009年
2 刘飞 郭鹏;我国探索土壤固碳途径[N];中国国土资源报;2012年
3 铁铮 吴江梅;固碳：加拿大林业的新目标[N];中国绿色时报;2006年
4 战金成 宁振国;棕壤固碳机制试验研究助力碳减排[N];中国矿业报;2010年
5 首席记者 乔雪峰;我区森林固碳功能 全国排名第三[N];内蒙古日报(汉);2010年
6 本报记者 甘勃 付丽丽 实习生 吴琼;在危机中寻找契机[N];大众科技报;2009年
7 记者 晓勇 实习生 韩嘉;我区固碳资源价值超300亿[N];西藏日报(汉);2013年
8 通讯员 贾庆宇 何军;沈阳大气所科研项目获自然基金资助[N];中国气象报;2010年
9 记者 吴清泉;我省生物固碳项目获法国开发署贷款[N];云南日报;2010年
10 记者 赵侠;陕西植被固碳量10年增长15%[N];中国绿色时报;2012年
相关博士学位论文 前10条
1 杨博;普通小球藻稳定遗传体系的建立及基因改造其光合固碳效率的研究[D];华南理工大学;2016年
2 李飞跃;生物质炭固碳作用及其对土壤温室气体排放特征的影响[D];上海交通大学;2015年
3 吕铭志;中V锏湫驼釉笫赝寥烙谢己坑牍烫妓俾时冉涎芯縖D];东北师范大学;2016年
4 芮雯奕;长三角农田土壤固碳技术的固碳潜力及激励机制研究[D];南京农业大学;2009年
5 刘延惠;六盘山香水河小流域典型植被生长固碳及耗水特征[D];中国林业科学研究院;2011年
6 郑国侠;南黄海浮游植物的固碳强度与污染物胁迫下海水碳源/汇格局的变化[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2007年
7 张治军;广西造林再造林固碳成本效益研究[D];中国林业科学研究院;2009年
8 李刚;中国南海浮游植物光合固碳与阳光紫外辐射关系的研究[D];汕头大学;2009年
9 于洋;高寒沙地不同林龄乌柳人工防护林固碳功能[D];中国林业科学研究院;2013年
10 孙文娟;中国农田土壤碳氮变化及氮素对稻麦作物固碳效益的影响[D];南京农业大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 丁蕾;黄河口湿地芦苇生物量与固碳量高分辨率遥感估算研究[D];内蒙古大学;2015年
2 党珍珍;黄土高原人工与天然植被恢复下土壤固碳特征及其影响机理[D];陕西师范大学;2015年
3 宋超;陕西省典型森林生态系统固碳速率及潜力研究[D];中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）;2015年
4 高小龙;有机物料对黄土高原旱作农田土壤固碳特征的影响[D];甘肃农业大学;2015年
5 张金梦;基于系统动力学和物联网技术构建有机蔬菜病害预测模型及固碳量估算模型[D];浙江农林大学;2015年
6 郑中华;上海绿化树种固碳耗水特性研究[D];南京林业大学;2011年
7 张娇;浙北地区平原绿化30个树种光合固碳特征分析[D];浙江农林大学;2013年
8 董延梅;杭州花港观鱼公园57种园林树木固碳效益测算及应用研究[D];浙江农林大学;2013年
9 于海春;内蒙古退化土地人工林固碳增汇技术研究[D];内蒙古农业大学;2014年
10 王伟峰;基于FORECAST模型的楠木人工林固碳量研究[D];江西农业大学;2011年
，本文编号：1623309
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/1623309.html
