去離子水淋洗對化學氧化法提取土壤黑碳的影響

楊翔宇+++王迪+++孫二軍+++李天嬌+++王楠

摘 要：文章研究了去離子水淋洗對化學氧化法提取土壤黑碳的影響。實驗表明，去離子水淋洗過程顯著影響土壤黑碳的提取率；而對所提取出的黑碳的元素分析影響不大。由于HCl淋洗過程也可以將土壤中可溶性鹽類去除，因此，不建議在土壤黑碳提取過程中使用去離子水淋洗。

關鍵詞：黑碳；化學氧化法；提取

黑碳是指化石燃料、動、植物組織等不完全燃燒產生的熱解產物。它與腐殖質碳同是土壤有機碳穩定性碳庫的組成部分[1]。生物質炭屬于黑碳的范疇，且在農業生產中應用較廣。目前關于生物質炭的研究主要是從兩個方面開展，一是生物質炭的制備，要研究不同材料、不同溫度等不同制備條件等對生物質炭性質的影響；二是添加生物質炭后對土壤基本理化性質和作物產量的影響[2-5]。而關于土壤黑碳數量和結構特征影響的研究甚少，特別是在黑碳提取方法方面的研究鮮有突破，化學氧化法是能夠滿足黑碳定性和定量研究的有效提取方法，本文即使對化學氧化法中去離子水淋洗這一步驟對黑碳提取的影響進行探討。

1 實驗試劑與儀器

1.1 實驗試劑

重鉻酸鉀（AR，天津市科密歐化學試劑有限公司）； 濃硫酸（AR，98%，北京化學試劑三廠）；氫氟酸（AR，≥40%，天津市科密歐化學試劑有限公司）；濃鹽酸（AR，北京化學試劑三廠）

1.2 實驗儀器

元素分析儀（VARICELⅢ，德國VARICEL）；分析天平（FA1604，上海雷韻試驗儀器制造有限公司）。

2 實驗方法

2.1 土壤樣品的采集

2.2 實驗設計

用化學氧化法對六個土壤樣品中的黑碳進行提取，將經去離子水淋洗和未經去離子水淋洗所提取后的樣品進行比對，具體設計如表2。

3 實驗結果與討論

3.1 去離子水淋洗對土壤黑碳提取率的影響

去離子水淋洗這一步驟的目的在于除去水中可溶性鹽類，但是有研究表明黑碳在中性溶液中呈現膠體態，容易損失。

由表3可知去離子水淋洗對于黑碳提取率有重要影響，不管是土壤樣品還是土壤與生物質炭的混合樣品，6個樣品在經過去離子水淋洗后，黑碳提取率均顯著下降。特別是砂土與生物質炭的混合樣品，由于二者之間僅僅是機械混合在一起，并沒有硅酸鹽、碳酸鹽以及黑碳之間的夾雜關系，因此，直接使用去離子水對其進行淋洗，使得土壤樣品完全曝露在中性溶液中，進而可能呈現膠體狀態而隨著上清液的傾倒而損失。砂土與生物質炭混合物樣品在經過去離子水淋洗后，黑碳提取率由42.35%下降到20.16%。公路旁灰土在經去離子水淋洗后，黑碳提取率下降也十分明顯，由3.58%降至2.26%，這是由于公路旁灰土中黑碳主要來源是汽車尾氣中不完全燃燒的含碳顆粒物，與公路旁灰土也沒有晶格夾雜的關系，因此，以去離子水淋洗也會帶來黑碳的大量損失。其余土壤樣品由于去離子水的淋洗，黑碳也有所損失，但相比公路旁灰土、砂土和生物質炭混合物，不是十分明顯。

3.2 去離子水淋洗對黑碳元素分析的影響

通過元素分析發現，是否淋洗處理土壤樣品，對所提取出的黑碳組分沒有明顯影響，對比發現，經過淋洗處理和沒有經過淋洗處理的黑碳組分含碳量差異很小，這說明，對于土壤樣品黑碳的提取過程中，淋洗能夠顯著影響定量測定，而對定性測定的影響并不十分明顯。但是通過淋洗而損失掉的組分與沒有損失掉的組分之間是否存在其他化學結構上的差異還有待進一步考證。

4 結束語

去離子水淋洗過程顯著影響土壤黑碳的提取率；而對所提取出的黑碳的元素分析影響不大，由于HCl淋洗過程也可以將土壤中可溶性鹽類去除，因此，不建議在土壤黑碳提取過程中使用去離子水淋洗。

參考文獻

[1]竇森，周桂玉，楊翔宇，等.生物質炭及其與土壤腐殖質碳的關系[J].土壤學報，2012，49（4）：796-802.

[2]Kishimoto S， Sugiura G. Charcoal as a soil conditioner[J]. Int Achieve Future，1985，5：12-23.

[3]Iswaran V， Jauhri K S， Sen A. Effect of charcoal， coal and peat on the yield of moong， soybean and pea[J]. Soil Biology and Biochemistry，1980，12（2）：191-192.

[4]曲晶晶，鄭金偉，鄭聚鋒，等.小麥秸稈生物質炭對水稻產量及晚稻氮素利用率的影響[J].生態與農村環境學報，2012，28（3）：288-293.

[5]Major J， Rondon M， Molina D， et al. Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol[J].Plant and soil， 2010，333（1-2）：117-128.