“…(2) 螯合作用机理 有研究表明微生物降解煤炭的过程中,一些真菌会产生螯合剂,它可以与煤炭中的金属离子形成金属螯 合物,通过脱除煤炭中的金属,使煤炭结构解体,转化为水可溶物 [30] 。 大量研究表明生物质炭的可利用态金 属离子 K、Ca、Mg 等含量较为丰富 [31] ,微生物产生的螯合剂有可能与金属离子形成金属螯合物从而促进生物 [38] 。 Bruun 等开展了不同热解条件下小麦秸秆制备的生物质炭的实验室短期培养实验,结果发现,随着 热解温度的升高生物质炭中的纤维素和半纤维素含量逐渐降低,生物质炭的矿化率也随之减小 [39] 。 Nguyen 等利用定量核磁共振分析了 350-600 益 条件下制得的玉米秸秆生物质炭的稳定性,结果发现,随着温度上升 生物质炭的芳香化程度从 83%上升到 90%,炭层的发展和排列变得更为有序 [40] 。 Zimmerman 等的室内模拟 试验也发现,与 250 益 制备的木炭相比,400、525 益 和 650 益 条件下制备的木炭在 1a 时间内的矿化率分别降 低了 27%、43%和 44% [19] 。 以上研究都从不同角度说明炭化温度的提高有助于提升生物质炭的稳定性,并增 加其碳汇作用。 尽管炭化温度的上升导致炭芳香化程度的增强被普遍认为是生物质炭稳定性提高的主要原因 [13] ,但是 [43] 。 土壤粒子的团聚体物理保护作用可使生物质炭免于生物与非生物氧化。 Skjemstad 等研究 了粘粒级和粉砂级团聚体对有机碳的保护作用,结果发现,粘粒级团聚体中 23% 的有机碳能够抵抗紫外氧 化,而粉砂级团聚体中 36%的有机碳能够抵抗紫外氧化 [44] 。 Brodowsiki 等研究了团聚结构对土壤黑碳含量的 影响,结果发现,粒径<53 滋m 的微团聚体中的黑碳含量最高,粒径>2 mm 的大团聚体中的黑碳含量最低,表 明黑碳能够更稳定地存在于土壤微团聚结构中 [45] 。 土壤氧气和水分条件也会影响生物质炭的稳定性。 Masiello 等的研究发现黑碳可以在海洋沉积物中保存 2400-13900a [9] ,而通气条件较好的热带土壤中的黑碳只能稳定存在数十年至上百年 [46] ,表明土壤氧气和水 分条件对生物质炭降解发挥着重要的作用。 章明奎等的研究发现土壤生物质炭在淹水条件下比非淹水条件 下具有更高的稳定性 [47] 。 Nguyen 等考察了淹水、不淹水和两者交替作用三种水分管理方式对生物质炭降解 特性的影响,结果发现,玉米芯生物质炭在不淹水条件下的矿化速率最大,矿化速率与土壤中氧气的可利用性 有关 [32] ,而橡木生物质炭在干湿交替条件下的矿化速率相对较大,土壤团聚结构的破坏 [11] 。 随后,他们调查了不同气候和土壤条件下自然存在的 11 种不同的生物质炭,结果发 现,年平均温度对生物质炭在自然条件下的氧化作用比土壤 pH 值、黏土含量等土壤因素对于炭的氧化影响 更加显著 [51] 。 随着外界温度的上升,生物质炭的表面负电荷显著上升,生物质炭的非生物氧化很大程度上是 由氧的化学吸附启动,随后导致羧基官能团的形成 [52] ,这种反应会在温度上升时迅速加快 类型生物质炭,结果发现将挥发性物质含量与无机碳修正过的 H 颐 C 比值相结合能够有效地评估生物质炭的 稳定性 [56] 。 而 Spokas 则认为 O 颐C 不仅体现了生物质炭的制备温度,而且考虑了原料和后期其它制备条件的 影响,因而相对制备参数和挥发性物质含量能够更加准确评估生物质炭的稳定性 [57] 。 Singh 等人通过核磁共 振分析发现,非芳香化碳的比例和芳香化碳的聚集程度-驻啄 值与生物质炭的稳定性有良好的非线性相关关 系 [58] ,Bruun 等人则发现生物质炭的矿化率与其纤维素和半纤维素含量成线性正相关关系,因而可以利用它 们的含量来评价生物质炭的稳定性 [39] 。 最近,英国生物质炭研究中心的 Cross 和 Sohi 通过利用双氧水加速 老化实验模拟生物质炭的自然氧化过程,提出了一种新型生物质炭稳定性评价方法,并认为利用这种方法能 够有效预测温带气候条件下 100a 内的生物质炭自然氧化过程 [59] 化为主 [11,35] 。 生物质炭两种不同组分中易分解组分的估算是利用双指数模型预测其稳定性的关键。 Cross 等人设计了生物质炭和惰性介质的两周培养实验,利用碱石灰吸收法测定培养过程中产生的二氧化碳量进而…”