我國(guó)有些地區(qū)的土壤通常是沙質(zhì)的，有機(jī)質(zhì)含量低。水容量低，經(jīng)常受到嚴(yán)重干旱的影響。在本期內(nèi)容中，我們使用廢棄生物質(zhì)材料產(chǎn)生了活性炭進(jìn)行了測(cè)試，以改善這些土壤。有幾項(xiàng)研究已經(jīng)表明，活性炭可以減少肥料需求，溫室氣體排放，養(yǎng)分流失和土壤侵蝕�？梢詼p少干旱地區(qū)的負(fù)面影響，改善土壤持水能力。

　　添加活性炭的效果

　　向土壤中添加活性炭會(huì)對(duì)土壤中水的保留產(chǎn)生直接和間接的影響，這可能是持續(xù)時(shí)間短或持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。直接影響與其大的內(nèi)表面積和大量的殘留孔有關(guān)，其中水被活性炭?jī)?nèi)的孔隙作用所存儲(chǔ)。這改善了整體土壤孔隙并增加了土壤含水量，降低了水的流動(dòng)性并減少了植物的水分脅迫。間接作用是土壤聚集和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，從而影響了土壤的保水能力。

　　鑒于其活性炭在土壤中的行為非常復(fù)雜，有必要在相對(duì)較低的溫度下表征從不同原料獲得的活性炭表面特性和孔隙率，建立這些特性與孔隙率變化之間的關(guān)系。目前的研究目的是調(diào)查不同活性炭的持水能力，確定影響這一特性的主要因素。首先了解不同活性炭樣品的孔隙率和表面積，然后將討論陽(yáng)離子交換容量和zeta電位。最后，將確定活性炭表面的表觀自由能。所有這些結(jié)果將相互關(guān)聯(lián)，以便確定影響材料持水能力的重要因素。圖1顯示了不同放大倍數(shù)下活性炭樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

　　圖1：不同生物質(zhì)材料制成的活性炭掃描電子顯微鏡圖像。

　　活性炭的那些參數(shù)能影響持水能力

　　不同生物質(zhì)制成的活性炭樣品呈現(xiàn)出不同的孔徑，所用的生物質(zhì)類型和熱解條件影響活性炭的表面形態(tài)和物理性質(zhì)。在所有情況下，大多數(shù)孔隙可歸類為能夠保持植物可用水的儲(chǔ)存孔(0.5至50μm)，活性炭的高表面積能在土壤中具有更大的持水能力。水通常占據(jù)直徑在0.5和50μm之間的孔，并改善土壤中的養(yǎng)分。

　　活性炭表面的氧化或較低的熱解溫度可導(dǎo)致附著于表面的官能團(tuán)，主要由氧，氫和碳組成。這些官能團(tuán)可與營(yíng)養(yǎng)物和礦物質(zhì)結(jié)合，而稠合碳環(huán)支持氧化還原反應(yīng)，并在附著于活性炭表面的微生物群落周圍穿梭電子，可能增強(qiáng)微生物代謝和土壤中養(yǎng)分的循環(huán)。大多數(shù)活性炭樣品顯示羧酸和酚的典型pKa值，范圍為3.74至11.40。這些pKa值可以暫時(shí)歸因于形成氫鍵各種弱酸性基團(tuán)。土壤的保水率較高是由于粘土和碳的組成，盡管孔隙率對(duì)保水性有影響，但zeta電位可能與負(fù)電荷的存在有關(guān)，通過(guò)該負(fù)電荷，水合陽(yáng)離子抗衡離子被吸附并保留在活性炭或土壤的表面上。

　　基于上面給出的所有結(jié)果，所以證明活性炭的持水能力歸因于任何一個(gè)參數(shù)。孔隙率和表面積顯然是一級(jí)因子，與土壤中的水分保持直接相關(guān)。但是，還應(yīng)考慮次要方面，電位是一個(gè)重要參數(shù)與孔隙率和表面積協(xié)同作用的效應(yīng)。固體表面能及其極性和分散成分也可能與保水有關(guān)。

　　使用顯微鏡和BET等溫線表征的孔隙率是活性炭影響保水性的重要因素。然而，其他次要參數(shù)也能影響活性炭的持水能力，包括zeta電位和陽(yáng)離子交換容量。這兩個(gè)重要因素與水合離子在活性炭表面的吸附有關(guān)，并與保水性有關(guān)。所有活性炭都是疏水性的，只有很小的極性組分。該組分似乎也有助于保水能力，因?yàn)榫哂休^大極性組分的活性炭顯示出更高的保水效率。

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