詹舒婷，宋明丹，李正鵬*

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016； 2.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與制備

本試驗(yàn)用的枸杞枝采自青海省柴達(dá)木盆地枸杞種植園。2018年春季收集修剪下來(lái)的枸杞枝,自然風(fēng)干，將其剪成12 cm長(zhǎng)的枝條放入坩堝，并在80 ℃下烘干稱重。

將裝有枸杞枝的陶瓷坩堝蓋上蓋放入馬弗爐中熱解炭化，馬弗爐升溫速率為15 ℃/min。為了防止生物質(zhì)材料在高溫條件下氧化，需提前在爐中通入氮?dú)?，排出爐中空氣。本研究設(shè)置熱解溫度為300、400、500 ℃，停留時(shí)間為30、60、90 min，共9個(gè)處理，3次重復(fù)。熱解后生成的生物炭冷卻至室溫后稱重，磨碎過(guò)0.25 mm篩，放入自封袋密封保存以備后續(xù)測(cè)定。

1.2 生物炭指標(biāo)測(cè)定

(1)炭產(chǎn)率的測(cè)定。炭產(chǎn)率=(炭化后的質(zhì)量/炭化前的質(zhì)量)×100%

(2)pH、電導(dǎo)率的測(cè)定。稱取生物炭3 g于塑料瓶中，加入30 mL去離子水，在室溫下180 r/min震蕩24 h，過(guò)濾，然后利用雷磁pH計(jì)和電導(dǎo)儀測(cè)定pH和電導(dǎo)率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析、作圖，采用SPASS18.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

相同停留時(shí)間條件下，生物炭產(chǎn)率隨熱解溫度升高而降低(圖1a)。停留時(shí)間為30、60、90 min，熱解溫度從300 ℃到500 ℃時(shí)，生物炭的炭產(chǎn)率分別降低39.2%、16.3%、24.8%，停留時(shí)間為30 min時(shí)，熱解溫度對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響最大；停留時(shí)間30 min與60、90 min之間差異顯著。熱解溫度為300、400、500 ℃，停留時(shí)間從30 min到90 min時(shí)，生物炭產(chǎn)率分別降低21.5%、1.2%、7.1%，熱解溫度為300 ℃時(shí)，停留時(shí)間對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響最大；熱解溫度對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響大于停留時(shí)間。

相同停留時(shí)間條件下，隨著熱解溫度的升高，生物炭的pH顯著升高(圖1b)。停留時(shí)間為30、60、90 min時(shí)，熱解溫度從300 ℃到500 ℃時(shí)，生物炭的pH分別升高2.38、1.99、2.56，停留時(shí)間為90 min時(shí)，熱解溫度對(duì)生物炭的pH影響最大；停留時(shí)間30 min與60、90 min之間差異顯著。熱解溫度為300、400、500 ℃，停留時(shí)間從30 min到90 min時(shí)，生物炭的pH分別升高了0.91、0.66、0.70，熱解溫度為300 ℃時(shí)，停留時(shí)間對(duì)生物炭的pH影響最大；各熱解溫度之間差異顯著。

熱解溫度為300 ℃時(shí)，生物炭電導(dǎo)率在0.74～1.10 mS/cm內(nèi)變化；熱解溫度為400、500 ℃時(shí)，停留時(shí)間為90 min的生物炭電導(dǎo)率顯著高于停留時(shí)間為30 、60 min的生物炭電導(dǎo)率(圖1c)。停留時(shí)間為30、60、90 min時(shí)，熱解溫度從300 ℃到500 ℃時(shí)，生物炭電導(dǎo)率分別升高2.61、3.08、6.66 mS/cm，停留時(shí)間為90 min時(shí)，熱解溫度對(duì)生物炭電導(dǎo)率的影響最大；停留時(shí)間為90 min，熱解溫度為400 ℃時(shí)生物炭電導(dǎo)率達(dá)到8.37 mS/cm，比熱解溫度為300 ℃時(shí)高了7.428 mS/cm；停留時(shí)間30 min與60、90 min之間差異顯著。熱解溫度為300、400、500 ℃，停留時(shí)間從30 min到90 min時(shí)，生物炭電導(dǎo)率分別升高0.207、3.66、4.24 mS/cm，熱解溫度為500 ℃時(shí)，停留時(shí)間對(duì)生物炭電導(dǎo)率影響最大；熱解溫度300 ℃與400、500 ℃之間差異顯著。

圖1 不同熱解條件下生物炭的理化性質(zhì)及對(duì)吸附的影響Fig.1 Effects of physicochemical properties of biochar on the adsorption of under different pyrolysis conditions

2.2 生物炭各指標(biāo)間的相關(guān)性

表1 生物炭各指標(biāo)間的皮爾森相關(guān)性

表2 不同熱解條件下1 t枸杞枝炭化后的總吸附量

3 討論與結(jié)論

本研究表明，熱解溫度對(duì)生物炭產(chǎn)率的影響大于停留時(shí)間，當(dāng)停留時(shí)間為30、60、90 min，熱解溫度從300 ℃到500 ℃時(shí)，生物炭產(chǎn)率分別降低39.2%、16.3%和24.8%，這與王章鴻等[10]的研究結(jié)果一致。周強(qiáng)等[11]研究發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度的升高，生物炭無(wú)機(jī)礦物會(huì)增加，生物炭pH和電導(dǎo)率逐漸增加。本研究中，停留時(shí)間為30、60、90 min，熱解溫度從300 ℃到500 ℃時(shí)，生物炭的pH分別升高了2.38、1.99和2.56；停留時(shí)間為30、60、90 min，熱解溫度從300 ℃到500 ℃時(shí)，生物炭電導(dǎo)率分別升高2.61、3.08、6.66 mS/cm。

本研究為青海省廢棄枸杞枝還田腐解困難提供了理論依據(jù)，之后可將枸杞枝生物炭施入土壤，研究其對(duì)土壤水分運(yùn)移的影響。