典型工业城市土壤黑碳含量、分布特征及来源分析——以黄石市为例

发布时间：2019-10-02 04:24

【摘要】：以黄石市3种不同类型土壤(红壤土、潮土、水稻土)为研究对象,采用热光反射法测定土壤中黑碳、焦炭和烟炱含量,研究有机碳、黑碳、焦炭和烟炱的空间分布特征,同时分析黑碳、焦炭、烟炱与有机碳之间的相互关系及黑碳的可能来源。结果表明:黄石市表层土壤中黑碳含量的变化范围为0.01~5.79 g/kg,平均值为1.06 g/kg。其中水稻土黑碳含量最高,潮土次之,红壤最低。黑碳在有机碳中所占比例的变化范围为0.53%~89.54%,平均值为25.29%,说明黑碳对土壤有机碳库有较大的贡献。不同土壤类型黑碳/总有机碳(BC/TOC)比值存在较大的差异,红壤BC/TOC平均值最大(36.70%),其次为水稻土(25.25%),潮土最低(18.25%),这可能与土壤质地有关。黑碳、焦炭与烟炱含量和BC/TOC比值的空间变异性与区域的产业结构及工业布局有关。黑碳、焦炭与烟炱含量之间呈显著正相关,说明它们可能有共同的来源。焦炭/烟炱比值(char/soot)分析结果表明土壤中的黑碳受人为源的影响很大,主要来源于化石燃料燃烧(工业燃煤及机动车尾气排放)。
【图文】：

分布图,采样点,分布图,土壤样品

诓杉?种不同类型(红壤、潮土和水稻土)的表层土壤(0~20cm)样品。每个土壤样品进行多点取样，混合制样。按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)的相关规定进行土壤样品的采集和保存。本研究共采集表层土壤样品60个，其中水稻土34个、红壤土16个、潮土10个。采集的土壤样品经自然风干后，磨碎过2mm尼龙筛去除植物根系和砾石等杂物。取适量风干后的土壤样品过60目(<0.25mm)筛后备用，以用于有机碳含量的测定。另取适量样品，经玛瑙研钵磨细过100目(<0.15mm)筛后备用，以用于黑碳含量的测定。采样点空间分布情况见图1。图1采样点分布图Fig.1Locationofsamplingsites1.3实验方法1.3.1总有机碳含量测定所有采集的土壤样品均进行总有机碳(totalorganiccarbon，TOC)含量分析，测定分析方法参考《土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化分光光度法》(HJ615-2011)。1.3.2黑碳含量测定土壤黑碳含量的测定采用Han等[32 33]报道的方法。其实验前处理操作步骤如下：①取0.3~0.5g土壤样品放入50ml聚乙烯试管，加入2mol/LHCl反应24h去除碳酸盐；②加氢氟酸(>45%)和6mol/LHCl混合酸反应24h去除硅酸盐以及一些难溶金属氧化物；③加2mol/LHCl反应24h去除上一步操作中可能生成的氟化物(CaF2)。每次酸处理后都要加去离子水进行水洗，经过数次离心，，去除上清液，直至pH接近中性。然后将试管中的残留物均匀过滤到47mm直径的石英滤膜(Whatman，直径47mm)上，烘箱中40℃烘干保存。

黑碳,总有机碳,烟炱,焦炭

ㄐ裕嗵曜佳夥返淖芴?totalcarbon，TC)变化范围小于5%，OC或EC变化范围小于10%。OC和EC的检测限低于0.1μg/cm2。1.4数据处理与分析采用SPSS19.0、Surfer11.0和Origin8.5进行数据处理分析及作图。2结果与讨论2.1土壤中总有机碳、黑碳、焦炭及烟炱的含量黄石市土壤总有机碳、黑碳、焦炭以及烟炱含量的统计结果见表1。从表1可以看出，土壤总有机碳含量的变化范围为0.31~14.79g/kg，平均值为3.97g/kg，中位数为3.69g/kg，变异系数为60.60%，属中等变异。其中，水稻土总有机碳平均含量最高，潮土次之，红壤最低(图2)。表1土壤总有机碳、黑碳、焦炭和烟炱含量及黑碳/总有机碳和焦炭/烟炱比值统计Table1Statisticalcharacteristicsoftotalorganiccarbon(TOC),blackcarbon(BC),char,andsootconcentrations,andtheratiosofBC/TOCandchar/soot统计值总有机碳(g/kg)黑碳(g/kg)焦炭(g/kg)烟炱(g/kg)黑碳/总有机碳(%)焦炭/烟炱范围0.31~14.790.01~4.090.01~2.700.005~2.740.53~89.540.04~11.71平均值3.971.010.600.4125.291.96中位数3.690.670.380.2817.011.21标准偏差2.410.940.630.4920.912.45变异系数(%)60.6093.36105.85118.5282.66124.82图2不同类型土壤总有机碳、黑碳、焦炭、烟炱平均含量及黑碳/总有机碳比值Fig.2AverageconcentrationsofTOC,BC,charandsootandBC/TOCratiosindifferentsoiltypes黑碳、焦炭和烟炱含量的变化范围分别为0.01~4.09、0.01~2.70、0.005~2.74g/kg，平均值分别为1.01、0.60、0.41g/kg，变异系数分别为93.36%，105.85%和118.52%(表1)。土壤黑碳、焦炭和烟炱含量变化差异都很大，最大值与最小值之间相差达两个数量级以上。水稻土中黑碳和焦炭含量与潮土相当，但都高于红壤；烟炱
【作者单位】：湖北理工学院环境科学与工程学院矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室;中国地质科学院水文地质环境地质研究所;海南热带海洋学院热带生态环境保护学院;中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(41603117)资助
【分类号】：S153.6

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