BPCA分子标志物法对土壤体系中生物炭性质的描述

作者：吴敏; 吴丹萍; 常兆峰; 许燕^*; 潘波

来源：材料导报, 2019, 33(03): 536-540.

• BPCA分子标志物法
• 炭黑
• 老化
• 稳定同位素
• 热源有机质

生物炭因具有特殊的理化性质,在碳封存、土壤改良和污染控制领域的应用已成为全球性的热点问题。然而,不同来源、不同温度下形成的生物炭理化性质存在较大差异,且生物炭在进入土壤环境后,在生物和非生物的作用下,其数量和性质也会发生变化,这都将影响生物炭在环境系统中的迁移、转化和生物地球化学循环过程。显而易见,通过生物炭的初始状态预测其长期环境效应并不可行,但大部分的研究中都将生物炭视为一个静态组分,这不利于对生物炭施用安全和环境效应的客观评估。为系统理解生物炭施用后的环境功效,客观上需要监控并动态描述其性质变化。遗憾的是,目前没有很好的方法将生物炭从土壤中分离出来,从而测定其含量和性质。如何在复杂混合体系中描述生物炭的性质,成为动态理解生物炭环境功效的主要技术难题。BPCA分子标志物法常用于描述土壤中炭黑或高缩合度有机质的含量并推演其燃烧历史,由于生物炭具有与其相似的高度芳香化结构单元,BPCA分子标志物法也适用于描述土壤体系中生物炭性质。研究发现,BPCA分子标志物单体可以用于分析复杂体系中生物炭的相对含量,其单体比值(如B5CA/B6CA和B6CA/B4CA)不仅可用于描述生物炭及其老化后的性质(尤其是芳香缩合度)并辨析其来源,还能描述生物炭老化前后对有机污染物的吸附特性。而且BPCA分子标志物法可以促进研究者们对生物炭与土壤无机矿物之间相互作用机制的理解。此外,同位素技术还可作为BPCA分子标志物技术的一个重要补充,其中,针对BPCA单体的稳定同位素技术(如13C)能更准确地描述生物炭的迁移和转化。本文归纳了BPCA分子标志物法在生物炭领域的研究进展,以及该法对复杂土壤体系中生物炭的定量、定性描述,分析了BPCA分子标志物法的优缺点并展望了其前景。BPCA分子标志物法有望成为生物炭环境行为和功能评估的重要技术手段,且该技术的发展和成熟,将大大推动生物炭研究的进展。

• 单位
  环境科学与工程学院; 云南省疾病预防控制中心; 昆明理工大学