土壤/沉積物中黑碳的老化模擬研究進展

胡昕怡，徐偉健，施珂珂，樓莉萍,2*

1.浙江大學環(huán)境與資源學院 2.浙江省水體污染控制與環(huán)境安全技術重點實驗室

黑碳(black carbons，BCs)是由化石燃料和生物質的不完全燃燒產(chǎn)生[1-2]、多種碳質組成的連續(xù)體，具有高度芳香化結構，碳含量達60%以上。BCs的來源主要有3種，即生物炭(主要源自植物)、煙炱(主要源自化石燃料)和粉煤灰(主要源自工廠)[1]。依據(jù)形成溫度分類，BCs包括微焦化植物體、焦炭、木炭、煙炱和石墨態(tài)黑碳(graphite black carbon，GBC)等形態(tài)。當溫度高于600 ℃時，燃料燃燒的揮發(fā)物重新濃縮成高度石墨化的濃縮態(tài)黑碳(soot-BC)，包括煙炱和GBC；當溫度低于600 ℃時，BCs主要有微焦化植物體、焦炭、木炭，這些組分與燃燒形成的固體殘留物統(tǒng)稱為殘渣態(tài)黑碳(char-BC)[3-6]。不同形態(tài)的BCs粒徑、結構、反應活性各有差異，其主要的儲庫、搬運距離也有所不同(圖1)[7-9]。

圖1 環(huán)境中BCs的組成、性質及分布[7-9,11,13-20]Fig.1 Composition,properties and distribution of BCs in environment[7-9,11,13-20]

全球每年都有相當可觀的環(huán)境BCs積累，其年產(chǎn)量約為120～300 Tg[10]。其中，化石燃料燃燒產(chǎn)生的BCs約15～25 Tg，幾乎全部排入大氣；生物質燃燒產(chǎn)生的BCs有5 Tg排入大氣[11]，40～240 Tg進入土壤[12]；大氣中的BCs約有29%回到土壤，其余進入海洋[13]。各環(huán)境介質中的BCs以殘渣態(tài)黑碳為主：如大氣顆粒物的BCs中，殘渣態(tài)黑碳含量占74%[14]，土壤中殘渣態(tài)黑碳占71%(52%～91%)[15-17]，沉積物中為66%(41%～91%)[18-20]。可見，BCs廣泛分布于大氣、水、土壤之中，沉積物和土壤中BCs含量分別占其有機碳的9%(5%～18%)和4%(2%～13%)，在受火災影響的土壤中，該值高達20%～45%[21]

土壤/沉積物BCs具有多方面環(huán)境效應，不僅可以提高肥力[22]，實現(xiàn)碳中和[23-24]，應對全球氣候變化，超強的吸附功能及微生物載體功能還使其在生源要素的地球化學循環(huán)以及污染物的遷移轉化過程中起到了重要作用[25]。……