[發明專利]一種原位生物炭-土壤礦物復合樣品采集方法

有效

• 申請號: 202010908006.4
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112051384B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 嚴金龍;全桂香;王慧;崔立強
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N19/04;G01N1/28;G01N1/12;G01N1/04;C12Q1/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 楊文晰

本發明公開了一種原位生物炭?土壤礦物復合樣品采集方法，涉及農業土壤改良與修復技術領域，針對現有生物炭農田施用土壤質量原位跟蹤和解析的不方便，以及生物炭?土壤礦物復合物異位分離困難等技術問題，制備石墨紙載生物炭膜并置于土壤中，自然土壤生態系統中實現生物炭與土壤礦物的復合，短期或長期時間后取出并卸下生物炭膜，無需任何處理而得到原位樣品，即可用于后續表征。本發明方法簡單，能夠快速和準確模擬田間環境生物炭效應，并為直觀展示其空間異質性提供便利。

技術領域

本申請涉及生物炭領域，特別是一種原位生物炭-土壤礦物復合樣品采集方法。

背景技術

當前，我國土壤環境總體狀況堪憂，特別是農田土壤污染問題已經引起社會各界的廣泛關注，部分地區的農田污染已十分嚴重，學者與研究人員提出多種土壤修復與治理方案，如原位修復，異位修復，熱修復，施加土壤改良劑等。其中生物質炭是由生物質在高溫低氧或無氧條件下裂解而成的固體物質，具有發達的孔隙結構，表面積比較大，具有親水和疏水雙重特性，表面有多種官能團，帶有大量的正負電荷，具有吸附極性和非極性分子及陰陽離子的能力，生物質炭富含芳香碳，化學性質十分穩定，由于生物質炭這一特性，故作為土壤改良劑廣泛應用于修復土壤中的重金屬與有機污染物。但目前有關生物質炭對土壤物理性質的影響及其機理的研究尚不充分。實踐中多選擇一種或幾種生物質炭，一個或幾個用量，施用到某一個或幾個不同類型的土壤，再定期檢測土壤相關性質的變化，從而說明生物質炭對土壤某些物理性質的影響，這些研究僅關注土壤變化，而忽略了與土壤相關物理參數之間的定量關系的研究，不能為生物質炭安全的使用提供全面的指導；同時現有研究以短期研究為主，缺乏長期定位試驗研究。

生物質炭十分穩定，在土壤可保存數百甚至上千年，施入土壤后，生物質炭必然發生很多變化，與土壤礦物質、有機質的相互作用也可能改變，短期實驗難以研究生物質炭對土壤性質的影響；目前僅集中在室內研究為主，也有學者采用大田實驗，但大田實驗中主要觀察土壤的相關性質的變化，很少研究生物質炭在土壤環境中引起的本身變化，對土壤有機無機組分與生物質炭復合作用、田間生物質炭表面微生物群落結構效應等更難涉及，究其原因主要是生物質炭施加到土壤后與土壤混合，難以分離，試驗難度增大。目前將生物質炭與土壤分離的方法有三種：人工挑選、化學分離法和密度分離法。人工分離法需人工篩選，生物炭與土壤均顆粒小，故該方法效率低且工作量大；化學分離法步驟復雜繁瑣，特別是某些化學物質可能會殺死部分微生物，改變生物質炭的某些性能，影響實驗結果的準確性，比如采用化學分離方法分離會用酸進行預處理，對土壤中的碳酸鹽形成破壞，影響實驗結果。目前常用的密度分離介質有四溴乙烷、三乙基正磷酸鹽稀釋的二碘甲烷和聚鎢酸鈉等，前者有毒且有難聞氣味，操作對設備要求非常高，聚鎢酸鈉則需要配置不同密度溶液，Basile-Doelsch等采用密度分離法(配制1700-2600kg/m³等10個不同密度等級的聚鎢酸鈉以實現精確分離)提取火山附近土壤中密度大于1900kg/m³的重物質，據此證明了礦物質對火山附近土壤中碳的固定的影響；Kramer等研究了聚鎢酸鈉中偏高含量的C和N對土壤密度分離的化學性質影響，結果表明：當聚鎢酸鈉中C、N的含量低于0.06mg/g時不會對土壤密度分離產生污染；當高于0.06mg/g時，則推薦使用傳統測試手段以檢測可能存在的污染效應；當C/N含量大于0.5mg/g時不得使用；聚鎢酸鈉同樣有其局限性：1)需要配置多種不同高濃度濃度溶液，工作量大，成本高；2)實驗過程易產生污染，結果準確性不夠。因此如何快速簡便的分離生物炭與土壤，已成為生物炭修復技術研究的關鍵。

發明內容

基于以上問題，本申請提出一種原位生物炭-土壤礦物復合樣品采集方法從而從土壤中分離出用于修復土壤的生物質炭，其方法方便快捷，操作簡便。

具體而言，本申請是通過如下技術方案實現的：

一種原位生物炭-土壤礦物復合樣品采集方法，其具體步驟如下：

1)制備炭膜：將炭粉中加入PVDF(聚偏氟乙烯)及N-甲基吡咯烷酮，研磨成粘稠狀均勻地涂抹在石墨紙表面，在石墨紙表面形成涂層；120℃干燥3h，取出冷卻至室溫即獲得；