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电力观察
环境中生物质炭稳定性研究进展
生物质炭在环境中的稳定性决定了其环境效应的稳定性,是评价生物质炭环境功能及环境意义的重要方面。本文主要论述了生物质炭在环境中可能经历的物理、化学和生物分解三大作用过程及其影响因素,指出物理破碎作用、物理迁移作用、化学溶解作用、化学氧化作用、生物分解代谢作用、以及生物质炭自身性质共同影响了生物质炭在环境中的稳定性,并提出未来值得关注的研究方向。
 
生物质炭在土壤中的物理分解主要包括物理侵蚀和物理迁移作用,造成一定的C流失,其主要作用途径及影响因素总结如图1所示。物理侵蚀主要是使得生物质炭碎片化,由大颗粒向小颗粒转变。这一过程生物质炭主要受到研磨、冻融、膨胀以及水流冲击等环境作用,并产生一些生物质炭微粒。物理迁移主要是生物质炭微粒在土壤中的移动过程,主要有横向迁移与纵向迁移两种形式。其迁移过程中受到热解温度、pH、离子强度、环境介质组分等因素的影响。
 
图1环境中生物质炭的物理分解与迁移过程
 
生物质炭的化学分解主要包括溶解作用和化学氧化作用,其主要作用途径和影响因素总结如图2所示。生物质炭通过溶解作用,会产生可溶性生物质炭和可溶性有机碳的释放,而其释放量的大小与生物质炭的热解温度以及生物质种类有关。氧化作用能够促进生物质炭表面含氧官能团的形成,增加其反应活性。其在环境中的氧化作用主要受到湿度、暴露时间、温度、土壤矿物及有机质、热解温度、生物质来源等因素的影响。
 
 
图2环境中生物质炭的化学分解过程及影响因素
 
生物质炭的生物分解过程主要包括土壤生物利用、新陈代谢以及酶的催化降解过程,其作用途径和影响因素总结如图3所示。在土壤和沉积物中,微生物降解是生物质炭分解的重要途径之一。目前生物质炭的生物代谢作用主要通过生物质炭的生物利用率来衡量。生物质炭的生物稳定性受到自身性质与环境条件两方面的影响。生物质炭能通过与环境组分间的作用,增强生物稳定性。同时,生物质炭也会对微生物组成和活性产生一定的影响,从而影响微生物对生物质炭的降解。
 
 
图3环境中生物质炭的生物分解过程
 
鉴于上述分析,提出了以下几点值得关注的研究方向:(1)水流作用下生物质炭微粒的释放、迁移行为及其影响因素,(2)生物质炭自身的氧化还原活性与其在环境中的化学氧化作用之间的关系,(3)植物根际圈内生物质炭的物理、化学和微生物分解作用。系统而深入地研究生物质炭在环境中的作用过程有利于完善人们对生物质炭流失过程的认识,从而更全面地了解生物质炭在环境中的稳定性。
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