作者： 王冰玉,，馮彥房*

導(dǎo)讀： 水熱炭（hydrochar）作為一種新型的生物炭，在農(nóng)業(yè)和環(huán)境應(yīng)用中顯示出一定的優(yōu)勢,，具有良好應(yīng)用前景,。 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所面源污染團隊 在水熱炭的農(nóng)業(yè)環(huán)境應(yīng)用及效應(yīng)方面開展了系列研究工作。水熱炭作為土壤添加劑施用后,，其環(huán)境功能可能會發(fā)生改變,，其性質(zhì)的變化對土壤施用的影響不容忽視,。考慮到水熱炭和傳統(tǒng)的高溫?zé)峤馍锾浚╬yrochar）的理化性質(zhì)有顯著差異,，而自然老化對水熱炭性質(zhì)的影響仍然不明確。因此,，本研究以麥秸為原料,，分別在220℃和260℃條件下制備水熱炭并還田，在稻麥輪作體系中進行了為期16個月的自然老化試驗,，并定期采樣探究水熱炭的表面特征和可溶性有機成分在這個過程中的變化規(guī)律和趨勢。本研究將有助于從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境角度更好地理解水熱炭作為土壤添加劑使用的潛力,。以上相關(guān)結(jié)果發(fā)表在 Environmental Pollution 上。

水熱炭的穩(wěn)定性是施加進入土壤后需關(guān)注的問題,，然而目前還缺少關(guān)于水熱炭自然老化的相關(guān)研究,。稻麥輪作體系是一種關(guān)鍵的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng),，可作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的典型代表；此外,，稻麥輪作也可以模擬干濕條件,，有利于水熱炭的自然老化過程。本研究將麥秸水熱炭（標(biāo)記為WHC220和WHC260）應(yīng)用于稻麥輪作系統(tǒng),，通過對自然老化后第4個月和16個月的水熱炭進行采樣表征（分析分別標(biāo)記為WHC220-A4 /A16和WHC260-A4 /A16）,，探究了自然老化過程對水熱炭表面特征及其可溶性有機成分理化性質(zhì)的影響。

研究表明,，在16個月的老化過程中,，由于可溶性有機質(zhì)的淋濾以及與礦物和微生物等的相互作用，使得老化后的水熱炭的親水性/極性指數(shù)明顯下降,，孔隙度,、灰分和穩(wěn)定性顯著增加。此外,，老化后的水熱炭具有較少的C-OH,，較多的C=O和較高的芳香度(C-C/C=C)。

表1 原始和老化水熱炭的元素組成和原子比

圖3 原始和老化水熱炭中水提液樣品的Van Krevelen圖。(a) WHC220 原始水熱炭,；(b) WHC220-A4老化水熱炭,；(c) WHC220-A16 老化水熱炭,；(d) WHC260 原始水熱炭；(e) WHC260-A4老化水熱炭,；(f) WHC2260-A16 老化水熱炭,；(g) 七組成分的V-K區(qū)域分布圖；(h) 不同水提液樣品中7類有機組分的相對豐度,。

圖4 原始和老化水熱炭中水提液樣品中不同化合物（CHO,、CHON1和CHON2）的Van Krevelen圖。(a) WHC220 原始水熱炭,；(b) WHC220-A4老化水熱炭,；(c) WHC220-A16 老化水熱炭；(d) WHC260 原始水熱炭,；(e) WHC260-A4老化水熱炭,；(f) WHC2260-A16 老化水熱炭。  

本研究工作指出了水熱炭的理化性質(zhì)和可溶性有機成分的分子變化規(guī)律,，對于預(yù)測水熱炭作為土壤添加劑在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的長期效應(yīng)十分重要,。從環(huán)境的角度看，水熱炭理化性質(zhì)的變化將進一步影響溶解有機物的釋放或?qū)ξ廴疚锏墓潭?。因此,，研究水熱炭理化性質(zhì)變化的結(jié)果對其農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境應(yīng)用具有重要意義。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749120367269