論文開題：樹皮生物炭施用對植物吸收重金屬影響的研究

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：化工學(xué)院　　　　　　　　　　　專業(yè)班級：環(huán)境科學(xué)

課題名稱 樹皮生物炭施用對植物吸收重金屬影響的研究

1、本課題的研究目的和意義：
1.1生物炭簡介
生物質(zhì)作為綠色可再生能源，其開發(fā)和利用對環(huán)境具有重大意義。生物炭則是生物質(zhì)通過熱裂解的方法在缺氧或少氧條件下制備的一種具有空隙結(jié)構(gòu)、含碳量高的碳化物質(zhì)【1】。生物炭的組分復(fù)雜，含有C、H、O、N、P、K、Ca、Na、Mg等多種元素。不同生物質(zhì)及或不同溫度下炭化后，其生物炭所含元素的比例，物理化學(xué)性質(zhì)都不盡相同【2】。
生物質(zhì)炭化后與木炭相似，耐降解，可作為空氣中CO2儲藏在土壤中的炭庫，減少溫室氣體排放[3]。隨著溫室氣體排放的增加，自然氣候變化異常等環(huán)境形勢日益嚴(yán)峻，以CO2為代表的溫室氣體減排已成為應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的一個重要議題，文獻(xiàn)表明，由于土地利用而引起的土壤碳匯損失是大氣碳素含量不斷升高的主要驅(qū)動力，生物炭作為一種具有高度穩(wěn)定性的富碳物質(zhì)，在其生產(chǎn)和儲存的過程中都能起到將生物質(zhì)中的碳素鎖定而避免經(jīng)微生物分解等途徑進(jìn)入大氣的功效，從而有效發(fā)揮土壤碳匯的作用，起到增匯減排，影響氣候變化和全球熱輻射平衡的積極作用[4]。
生物炭具有很強(qiáng)的持水性和吸附性，可以減少土壤養(yǎng)分和污染物的淋洗[5]。從微觀結(jié)構(gòu)上看，生物炭表
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3課題研究的目的和意義
由于重金屬污染的普遍性、不可逆性和表聚性，單一的處理方法很難將其去除干凈。傳統(tǒng)的土壤化學(xué)修復(fù)雖然效率高、時間短，但只是暫時性的改變金屬的化學(xué)形態(tài)，在一定條件下會再度活化，甚至影響到土壤基本理化性質(zhì)。由于生物炭的耐降解性，對土壤修復(fù)研究一旦成功將會是高度穩(wěn)定修復(fù)，并且其本身對土壤性質(zhì)也有所改良。此外，生物炭施用于土壤后對植物也有不同程度的修復(fù)。目前研究結(jié)果還不成熟，生物炭對土壤和植物的修復(fù)還不能完全應(yīng)用，但前景是有重大意義的，還需進(jìn)一步深入研究。

2、文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）：
近年來對生物炭利用的研究主要集中在其增匯減排作用、用作土壤改良劑、對環(huán)境質(zhì)量的修復(fù)這三方面，都與工業(yè)、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域息息相關(guān)。
1生物炭的增匯減排作用
生物碳增匯減排的效應(yīng)最早可以追溯到關(guān)于亞馬遜流域黑土terr preta 對炭平衡和氣候影響的研究中[10]。目前對生物碳增匯減排作用的與研究主要集中在對其作用的的機(jī)理、微觀實(shí)驗(yàn)上生物炭的生成和固碳速率以及增匯減排與環(huán)境的關(guān)系上來進(jìn)行研究和解釋。生物炭增匯減排的機(jī)理在于：（1）生物碳具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及微生物穩(wěn)定性；（2）通過降低土壤中有機(jī)碳的礦化作用的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。除CO2外，生物炭還能對土壤中釋放其它溫室氣體如NO、CH等進(jìn)行調(diào)節(jié)[4]。
另外生物炭具有良好的耐降解性。Kuzyakov等人利用14C標(biāo)記法分析了多年生黑麥草制備的生物炭的滯留時間，結(jié)果顯示，在理想條件下，生物炭每年可以降解0.5%，但是在自然條件下，生物炭平均滯留時間大約是2000a，半衰期是1400a[11]。因此，生物炭可作為空氣中CO2儲藏在土壤中的炭庫，以減少溫室氣體的排放，對環(huán)境系統(tǒng)具有重大意義。
2生物炭用作土壤改良劑
生物炭施用在土壤中可以改變土壤的理化性質(zhì)，增加土壤肥力，普遍提高作物生物量和產(chǎn)量[8]。侯艷偉等人的研究表明，生物炭施用后提高了土壤的PH值和有機(jī)質(zhì)含量[12]。因生物碳中含有豐富的游記大分子和空隙結(jié)構(gòu)，施入土壤中后又較易形成大團(tuán)聚體，因而可能增進(jìn)土壤的養(yǎng)分離子的吸附和保持，特別是對銨根離子有很強(qiáng)的吸附作用，同時生物碳也有很強(qiáng)的持水能力，對保持土壤肥力有重大意義[13]。
土壤性質(zhì)的改變間接影響植物的生物量。一方面是土壤的調(diào)節(jié)劑，使土壤肥力增加，使作物普遍增產(chǎn)。唐光木等人在將生物黑炭施用于新疆灰漠土研究后表明：生物黑炭施用后，增加了玉米單穗重、千粒重和產(chǎn)量，玉米產(chǎn)量比不施肥和單施氮分別增加了273.23 kg•hm-2和132.41 kg•hm-2，提高了2.75%和1.31%[14]，這可能也與新疆特殊的環(huán)境地質(zhì)條件有關(guān)系。另一方面生物炭也可以作為生物菌劑肥料的載體，支撐其在土壤中的生長和釋放[6];自身起肥料的作用，如在施炭情況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鉬的增加 [15]。生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)及水肥吸附作用使其成為土壤微生物的良好棲息環(huán)境，為土壤有益微生物提供保護(hù)，特別是菌根真菌，促進(jìn)有益微生物繁殖及活性，增強(qiáng)泡囊叢枝菌根菌（vesicular-arbuscular mycorrhizae，VAM）對植物的浸染[16]
施用生物炭對土壤肥力水平的提高與土壤本身的肥力水平及施用量也有關(guān)系。黃超等人對黑麥草的研究表明施用生物質(zhì)炭對紅壤性質(zhì)的改善作用在肥力水平較低的土壤上明顯高于肥力水平較高的土壤；在肥力水平較低的土壤中，改善效果歲生物質(zhì)炭用量的增加而增加，而在肥力水平較高的土壤中，高量施用生物質(zhì)炭可導(dǎo)致土壤微生物生物量的下降，對黑麥草生長產(chǎn)生輕微抑制作用[17]。
3生物碳對環(huán)境污染物的修復(fù)作用
生物炭具有較大的比表面積和較高的表面能，表面極性官能團(tuán)較少，構(gòu)成了生物炭良好的吸附特性[6]，無論是有機(jī)污染物還是重金屬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等農(nóng)業(yè)面源污染物，減少土壤滲漏和地表流失，降低水體的富營養(yǎng)化風(fēng)險[9]。生物炭對土壤/沉積物中有機(jī)污染物的吸附具有以下特點(diǎn)：吸附容量大；存在明顯的競爭作用；吸附機(jī)理取決于生物炭的成分和組成；動力學(xué)過程存在明顯的快階段和慢階段，有機(jī)污染物在生物炭上的吸附由多個過程控制[4]。生物碳對有機(jī)污染物吸附的機(jī)理復(fù)雜多變，目前還在積極研究中。
土壤的重金屬污染日益嚴(yán)重，生物碳施用對土壤中重金屬的吸附作用具有非常重大的意義。
生物碳比起其他有機(jī)質(zhì)對陽離子有更強(qiáng)的吸附能力。侯艷偉等人的研究表明，生物炭施用后提高了土壤的PH值和有機(jī)質(zhì)含量，改變了土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)及生物有效性 [12]。黃宗義的研究，將骨炭施入土壤后導(dǎo)致土壤碳酸情根離子含量的升高，其 ……（未完，全文共7248字，當(dāng)前僅顯示2545字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文開題：樹皮生物炭施用對植物吸收重金屬影響的研究》）