修剪废弃物及其生物炭对土壤GHGs排放的影响

文献综述

1 研究目的与意义

随着我国城市绿化的快速发展，绿化维护所产生的剩余物量逐年攀升。目前在城市管理中，绿化剩余物主要作为城市固体垃圾进行处理，浪费严重，也给环境带来了巨大压力，因此，绿化废弃物的高效、经济、资源化利用成为现代城市发展的重点关注内容。

修剪废弃物作为一种有机物料，将其加工成生物质炭并用于城市绿地土壤改良是其资源化利用的有效方式，同时生成的生物炭由于其碳的形态稳定，在一定程度上还可以起到碳汇的效应。然而，植物材料在进行生物质炭制备的过程中，其理化性状和养分特征等方面均发生了显著的变化，与原始的植物材料相比，其所制成的生物炭在土壤改良以及碳汇效应方面的效果如何，目前尚不清楚。土壤CO₂、CH₄、N₂O等温室气体的排放是土壤碳汇和温室效应评价的重要环节，与土壤的养分转化过程和供应水平息息相关。在这一转化和排放过程中，土壤微生物起着至关重要的作用。不同的修剪废弃物及其制备的生物炭施入土壤后，必然会改变土壤微生物的生存环节及碳源和养分源的供应，影响到土壤微生物的分解过程，并对土壤CO₂、CH₄、N₂O等温室气体的生成和排放也将具有不同效应。

因此，本论文以研究不同的修剪废弃物及其生物炭的添加后培养过程中土壤温室气体的释放动态，从而探讨修剪废弃物及其制备的生物质炭对土壤温室气体排放的不同影响，以期为城市绿化剩余物的资源化利用提供有效支撑。

2国内外研究现状

2.1生物炭的性质及其土壤改良效应

2.1.1生物炭及其性质

生物炭是指富含碳的生物质在低氧或者缺氧条件下，经过高温处理，分解炭化形成的一种碳质化的粉状物材料，普遍具有比面积大、细粒度和多孔性的物理特性。

制作生物炭的原材料主要有木材、农作物秸秆、禽畜粪便以及草本植物等。一般情况下，禽畜粪便类生物炭中含矿物质最多，其次是草本植物类生物炭，木本植物类生物炭最少，而含碳量多少这三者则相反。当处理温度升高时，原生物质中的有机物分解速度加快，所以原生物质中含有的含碳物质、含氮物质以及低分子有机化合物在生产出来的生物炭中残留量就减少。当处理温度升高时，原生物质中易被热解的含碳化合物残留量降低，制造出的生物炭中难以热解的含碳物质所含比例就相应增加，所以生物炭的稳定性增强；温度升高时，有机物分解量大，灰分在生物炭中比例相应增加，由于灰分是碱性的，所以生物炭的pH值就相应变大。

生物炭主要由C和P组成，且含有少量的O、S、H等。生物炭主要含有一些碱性的官能团，随着裂解温度的上升，官能团的数量和密度都会减少。生物炭具有比较大的阳离子交换量（CEC）[1]。

2.1.2生物炭的土壤改良效应

生物炭本身所含矿质养分含量较低，所以其直接养分作用是比较有限的。在大部分情况上，生物炭对作物生长与产量的促进作用很少与其直接养分有关，而大多是生物炭对土壤理化性质及微生物活性的改善的间接作用及对降低土壤肥料养分淋失作用有关[2]。