全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 1 期摇 摇 2012 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
局域种群的 Allee效应和集合种群的同步性 刘志广,赵摇 雪,张丰盘,等 ( 1 )………………………………
叶片毛尖对齿肋赤藓结皮凝结水形成及蒸发的影响 陶摇 冶,张元明 ( 7 )……………………………………
长江口锋面附近咸淡水混合对浮游植物生长影响的现场培养 王摇 奎,陈建芳,李宏亮,等 ( 17 )……………
河流流量对流域下垫面特性的响应 田摇 迪,李叙勇,Donald E. Weller ( 27 )…………………………………
中国中东部平原亚热带湿润区湖泊营养物生态分区 柯新利, 刘摇 曼, 邓祥征 ( 38 )…………………………
基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略 聂泽宇,梁新强,邢摇 波,等 ( 48 )………………………
滇池外海蓝藻水华爆发反演及规律探讨 盛摇 虎,郭怀成,刘摇 慧,等 ( 56 )……………………………………
采伐干扰对华北落叶松细根生物量空间异质性的影响 杨秀云,韩有志,张芸香,等 ( 64 )……………………
松嫩草原榆树疏林对不同干扰的响应 刘摇 利,王摇 赫,林长存,等 ( 74 )………………………………………
天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应
周德成,罗格平,韩其飞,等 ( 81 )
………………………
………………………………………………………………………………
草原化荒漠草本植物对人工施加磷素的响应 苏洁琼,李新荣,冯摇 丽,等 ( 93 )………………………………
自然和人工管理驱动下盐城海滨湿地景观格局演变特征与空间差异 张华兵,刘红玉,郝敬锋,等 (101)……
晋、陕、宁、蒙柠条锦鸡儿群落物种多样性对放牧干扰和气象因子的响应
周摇 伶,上官铁梁,郭东罡,等 (111)
………………………………………
……………………………………………………………………………
华南地区 6 种阔叶幼苗叶片形态特征的季节变化 薛摇 立,张摇 柔,奚如春,等 (123)…………………………
河西走廊不同红砂天然群体种子活性相关性 苏世平,李摇 毅,种培芳 (135)……………………………………
江西中南部红壤丘陵区主要造林树种碳固定估算 吴摇 丹,邵全琴,李摇 佳,等 (142)…………………………
酸雨和采食模拟胁迫下克隆整合对空心莲子草生长的影响 郭摇 伟,李钧敏,胡正华 (151)……………………
棉铃虫在 4 个辣椒品种上的寄主适合度 贾月丽,程晓东,蔡永萍,等 (159)……………………………………
烟草叶面积指数的高光谱估算模型 张正杨,马新明,贾方方,等 (168)…………………………………………
不同作物田烟粉虱发生的时空动态 崔洪莹,戈摇 峰 (176)………………………………………………………
长期施肥对稻田土壤固碳功能菌群落结构和数量的影响 袁红朝,秦红灵,刘守龙,等 (183)…………………
新银合欢篱对紫色土坡地土壤有机碳固持的作用 郭摇 甜,何丙辉,蒋先军,等 (190)…………………………
一株产漆酶土壤真菌 F鄄5 的分离及土壤修复潜力 茆摇 婷,潘摇 澄,徐婷婷,等 (198)…………………………
木论喀斯特自然保护区土壤微生物生物量的空间格局 刘摇 璐,宋同清,彭晚霞,等 (207)……………………
岷江干旱河谷 25 种植物一年生植株根系功能性状及相互关系 徐摇 琨,李芳兰,苟水燕,等 (215)……………
黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征 程积民,程摇 杰,杨晓梅,等 (226)…………………………………
棉铃发育期棉花源库活性对棉铃对位叶氮浓度的响应 高相彬,王友华,陈兵林,等 (238)……………………
耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响 李摇 辉,张军科,江长胜,等 (247)…………………
外源钙对黑藻抗镉胁迫能力的影响 闵海丽,蔡三娟,徐勤松,等 (256)…………………………………………
强筋与弱筋小麦籽粒蛋白质组分与加工品质对灌浆期弱光的响应 李文阳,闫素辉,王振林 (265)……………
专论与综述
蛋白质组学研究揭示的植物根盐胁迫响应机制 赵摇 琪,戴绍军 (274)…………………………………………
流域生态风险评价研究进展 许摇 妍,高俊峰,赵家虎,等 (284)…………………………………………………
土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 汪摇 青 (293)…………………………………………………
研究简报
青藏高原紫穗槐主要形态特征变异分析 梁坤伦,姜文清,周志宇,等 (311)……………………………………
菊属与蒿属植物苗期抗蚜虫性鉴定 孙摇 娅,管志勇,陈素梅,等 (319)…………………………………………
滨海泥质盐碱地衬膜造林技术 景摇 峰,朱金兆,张学培,等 (326)………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*332*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄01
封面图说: 白鹭展翅为梳妆,玉树临风巧打扮———这是大白鹭繁殖期时的美丽体态。 大白鹭体羽全白,身长 94—104cm,寿命
20 多年。 是白鹭中体型最大的。 繁殖期的大白鹭常常在湿地附近的大树上筑巢,翩翩飞舞吸引异性,其繁殖期背部
披有蓑羽,脸颊皮肤从黄色变成兰绿色、嘴由黄色变成绿黑色。 大白鹭是一个全世界都有它踪迹的广布种,一般单
独或成小群,在湿地觅食,以小鱼、虾、软体动物、甲壳动物、水生昆虫为主,也食蛙、蝌蚪等。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 1 期
2012 年 1 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 1
Jan. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41101502, 41001369); 安徽省高等学校优秀青年人才基金项目(2011SQRL028ZD); 自然地理学省级重点学
科和安徽师范大学国土资源与旅游学院科研团队资助项目(Asdgl104,Asdgl0903)
收稿日期:2010鄄11鄄09; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄03
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: ahnuwq@ mail. ahnu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201011091604
汪青.土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展.生态学报,2012,32(1):0293鄄0310.
Wang Q. A review of the environmental behavior and effects of black carbon in soils and sediments. Acta Ecologica Sinica,2012,32(1):0293鄄0310.
土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展
汪摇 青*
(安徽师范大学国土资源与旅游学院, 芜湖摇 241003)
摘要:土壤和沉积物是全球黑碳排放的主要归宿,土壤和沉积物中黑碳具有复杂的环境行为和环境效应。 分析了黑碳的概念,
指出应以环境意义为出发点去理解黑碳概念的丰富内涵;描述了黑碳形成过程及其对黑碳理化性质的影响,以及基于此的黑碳
分类;总结了黑碳来源辨析的若干种常用方法;讨论了黑碳在土壤 /沉积物与其他环境介质之间的迁移循环过程,以及在土壤和
沉积物内部的迁移行为;探讨了土壤和沉积物中黑碳的降解行为与稳定性,及其与地鄄气碳氮温室气体通量、土壤稳定碳库的关
系,以及在土壤碳循环模型中的作用;综述了土壤和沉积物中黑碳对有机物、重金属和营养盐的吸附行为及主要机制;提出了今
后研究的主要方向,以供相关研究者参考。
关键词:黑碳;分类;来源辨析;分布迁移;降解;吸附机制
A review of the environmental behavior and effects of black carbon in soils
and sediments
WANG Qing*
College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China
Abstract: Soils and sediments are major global sinks of black carbon ( BC). BC in soils and sediments has complex
environmental behaviors and effects. Because of its ability to resist decomposition, BC captures and sequesters carbon from
the bio鄄atmospheric cycle, which, in the long term, reduces greenhouse gas emissions and thus mitigates the greenhouse
effect. Meanwhile, resistant BC adds organic matter to soils, thus enhancing soil fertility. Because of its high adsorption
capacity, BC adsorbs organic pollutants, heavy metals, and nutrients thus decreasing pollution risks and further enhancing
soil fertility. Based on analysis of the concept of BC, it is concluded that BC should be studied in the context of its
environmental effects. Variation in the formation of BC leads to its varied properties and classification. Several frequently
used methods for identifying sources of BC are summarized. 驻14 C and stratigraphic analysis can be used to identify BC
sources (biomass, fossil fuel or rock); 啄13C analysis can distinguish between C3 and C4 plant sources, and fresh water and
ocean organisms; particle size analysis can identify local and exotic sources; while analysis of the ratio of polycyclic
aromatic hydrocarbon (PAH) isomers, the ratio of BC to total organic carbon, the ratio of benzene polycarboxylic acids,
and morphological properties can identify biomass and fossil fuel sources. Transfers of BC between soils / sediments and other
pools as well as those within soil and sediment pools are discussed. Global BC reserves in pools and the fluxes between
pools are estimated, and it is noted that dissolved BC eroded from soils and transferred by rivers is an important part of the
BC global cycle. Decomposition and stability of BC in soils and sediments are discussed in relation to fluxes of greenhouse
gases between the land surface and atmosphere, the stable carbon pool in soils, and carbon cycle models in soil.
http: / / www. ecologica. cn
Especially, coupled mineralization between BC and native or added labile organic carbon in soil is introduced, and
adsorption and related mechanisms of organic matter, heavy metal and nutrient retention by BC in soils and sediments are
also summarized. Three adsorption mechanisms of PAHs by BC are described: adsorption on surfaces, capture in
micropores, and occlusion inside the BC structure. Correlations between BC and PAH concentrations should not be simply
explained as a result of adsorption, since environmental adsorption of PAHs by BC is affected by complex factors. Finally,
some future directions in BC research are recommended. More fundamental surveys of BC concentrations and its distribution
in different kinds of soils / sediments in different areas are needed. More studies should concentrate on key processes related
to the stability of BC in soils / sediments such as coupled mineralization between BC and labile organic carbon, losses of
particulate and dissolved soil BC, and transformations between BC and other forms of stable carbon in soil. More studies are
also needed on BC忆s specific surface area, porosity, functional groups, and surface morphology, and their roles in the
environmental behavior of BC, with a change from concentration measurements or correlation analysis to mechanistic
analysis. More application studies should focus on the possibility of applying manufactured BC as part of agricultural
management.
Key Words: black carbon; classification; source identification; transference; decomposition; adsorption mechanism
全球每年产生的黑碳中,有 80%—90%进入到土壤和沉积物[1],并广泛分布于大气、冰雪、水体等环境介
质中[2鄄4]。 黑碳在不同环境介质中具有不同的环境行为,表现出不同的环境效应。 大气中的黑碳能通过吸热
增温[5]和改变云量[6]影响气候和天气,通过形成光化学烟雾和臭氧[2]影响大气质量,通过携带有害物质并进
入人体[7]危害人体健康。 冰雪中的黑碳能通过降低冰雪反射率[3]影响气候。 与这些大体消极的环境效应不
同,土壤和沉积物中黑碳往往表现出积极的环境效应。 首先,由于其超强的抗降解能力,黑碳可以将从生物鄄
大气碳循环中捕获的碳贮存起来,长期看来可减少大气中温室气体含量以减缓温室效应[8鄄9];同时增加土壤
中有机质含量以提高土壤肥力[10鄄11]。 其次,由于其超强的吸附能力,黑碳可以吸附有机污染物[12]与重金
属[13]以降低污染物的环境风险;可以吸附营养盐[14]以增加土壤肥力。 此外,土壤与沉积物中的黑碳被认为
是全球碳循环中“丢失的碳库冶 [15];并被用来指示历史火事件[16]。 本文首先阐述黑碳的概念、形成与分类、来
源与辨析,并在此基础上综述土壤和沉积物中黑碳的迁移、降解和吸附等环境行为及环境效应等方面近年来
国内外研究所取得的认识,最后探讨了今后进一步努力的方向。
1摇 黑碳的概念
黑碳是生物质或化石燃料不完全燃烧[17]或者岩石风化[18]的产物。 生物质不完全燃烧产生的黑碳包括
一系列物质,如轻微炭化的生物质、炭化物质、木炭、烟炱、石墨态黑碳[19鄄21]。 其中烟炱也可能由化石燃料不
完全燃烧产生[17];石墨态黑碳也可能由含石墨岩石风化产生[18]。
尽管这些不同形式的黑碳具有一些共性,如富含碳元素、以芳香结构为主[19]等,但是黑碳的理化性质往
往表现出很明显的异质性,如粒径在数毫米到数十纳米之间[19],比表面积在每克数平方米到数百平方米之
间[22鄄23],H / C、O / C和 N / C比值的变异也很大[24鄄25]。 由于黑碳的异质性,在不同研究领域中其被关注的侧重
点亦不同,有时候被关注的是黑碳的整体,但大多数时候是其中的某一组分或属性,文献中所使用的名称也因
此而各异。 如大气科学关注其吸光性[26],把它叫做元素碳(元素碳可能包括一些来自类腐殖质、生物气溶胶
或焦油的非黑碳物质[27]);生物地球科学关注其火成因,称之为火成碳[28];全球有机碳循环研究关注其抗氧
化性,称它为稳定的碳[29],而污染物环境科学关注其吸附性,称它为活跃的碳[30]。 土壤和沉积物中的相关研
究则倾向于使用黑碳一词,但主要是指木炭和烟炱[31]。 工程材料科学中[32]的炭黑指的是碳含量更多、杂质
更少、理化性质更确定的一种工业产品,不同于烟炱[33],但是按照 Goldberg 的黑碳定义[17],也可归属于黑碳;
另一种常见工业产品活性炭从本质上说是经活化处理的黑碳;近年来备受关注的生物质炭也属于黑碳的一种
类型[8,34]。
492 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
造成概念和术语不统一的另一个原因在于,许多研究实际上是基于分析方法来定义黑碳的。 不同的方法
所得到的物质不一样,其环境意义也不一样,如化学高温氧化法[35]、重铬酸盐氧化法[36]及次氯酸钠氧化
法[37]、紫外光氧化法[38]所得黑碳分别指的是样品中能抵抗高温氧化、化学氧化、光氧化的物质;显微镜法[39]
所得黑碳指的是样品中粒径较大、在光学显微镜下可识别的黑色木炭部分;苯多羧酸(benzene polycarboxylic
acid, BPCA)法[40]所得黑碳指的是样品中能被硝酸氧化为苯多羧酸的具芳香结构的物质;热光透射 /反射
法[41]所得黑碳指的是样品中能吸光的物质。 对于氧化法和显微镜法分离所得黑碳的含量测定也有不同方
法,如元素分析法测定的是黑碳样品中的碳元素含量;13C核磁共振波谱法[42]和中红外光谱法[43]测定的是黑
碳样品中的稠环芳香烃含量。
为消除这种认识上的不统一,有人开始对黑碳分析方法进行综合对比以寻求标准化方法[44],但后来人们
意识到或许并不存在一个万能的、通用的黑碳分析方法[45]。 本文认为,此问题的解决可以从黑碳的环境意义
入手,黑碳的某些特定环境效应源于黑碳某种特定组分或性质,而不同的分析方法正是针对黑碳的特定组分
或性质而设计的,如黑碳的热辐射效应源于其吸光吸热性,相应地就应当用热光透射 /反射法;黑碳指示局地
历史火事件的依据是粗颗粒的木炭,就应当用显微镜法;黑碳的生物地球化学循环与其稳定性有关,就应当用
氧化法或者是能揭示芳香结构含量的 BPCA法;黑碳的吸附性取决于其表面物理化学性质,就应当结合其比
表面积、孔隙度、官能团密度等性质进行研究,而不仅仅是量的多少。 这样,在黑碳的大框架之下,根据不同的
研究目的选择不同的方法,从不同角度来研究黑碳,有利于研究的深入。 当然,为了便于交流,研究者应当明
确其所使用的黑碳概念的范畴并加以说明。
2摇 黑碳的形成与分类
2. 1摇 黑碳的形成
黑碳的形成过程决定了黑碳的理化性质,主要因素有热解过程中最高温度和原料性质。
最大热解温度(highest treat temperature,HTT)是影响黑碳性质的重要因素。 Antal 等[46]和 Paris 等[47]揭
示了以生物质为原料的黑碳形成的化学过程,热解温度在 120 益到 300 益之间,羧基及羧基功能团形成并分
裂成 CO2和 CO,同时发生脱水反应,产生的黑碳主要是炭化物质;300 益到 600 益之间,焦油形成并挥发,产生
的黑碳主要是多孔的木炭;600 益以上发生碳化,表现为非碳原子去除,芳香的石墨烯连成整体,这时产生的
黑碳以烟炱为主;超过 1000 益,位于石墨烯边缘的阻碍石墨烯规则排列的含氧功能团有可能被彻底去除,就
形成了石墨态黑碳[48]。
原料性质能影响火焰中烟炱的形成途径,对于脂族化合物,烟炱的前体物质是乙炔和多炔。 而对于芳香
族化合物,还有另外一种途径,即芳香环直接浓缩聚合成多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)直
至烟炱:小的芳香环交叉连接,形成石墨烯,石墨烯无秩序排列形成烟炱[49]。 但是最新研究发现构成烟炱的
不单是六环的石墨烯,还有五环和七环的富勒烯[50],考虑了富勒烯的模型能更好地模拟烟炱的多孔性和强吸
附性。
一般认为,随着 HTT升高,黑碳的碳含量、芳香程度、吸附能力也相应增加[51鄄52],但是表面积的变化较为
复杂,Pulido鄄Novicio等[53]发现,加热生物质产生的焦油会堵塞一部分已经形成的微孔,随着温度升高,焦油挥
发掉,这些微孔得以清空,所以表面积升高之前有一个小的低值。 Lua 等[54]实验表明,热解温度从 250 益增
加到 500 益,表面积增大,微孔直径增大,但是随着温度进一步升高,黑碳的表面积反而降低[55],其原因可能
是高温下相邻微孔的壁被破坏,合并成更大的孔,造成微孔直径增大而表面积下降[56]。
2. 2摇 黑碳的分类
由于成因上的不同,可将纷繁复杂的黑碳分成两大类:残渣态黑碳和浓缩态黑碳[45],前者包括炭化物质
和木炭(统称为 CBC),后者包括烟炱和石墨态黑碳(统称为 GBC) [57]。 也有学者把烟炱和石墨态黑碳再分
开,共分成 3 类[20]。 有的文献中 GBC专指石墨态黑碳[58],并认为其包括烟炱和石墨。 本文认为将烟炱归属
于石墨态黑碳是不妥的,因为烟炱由石墨烯不规则排列组成,与石墨的规则排列不同,因而属于非石墨态碳。
592摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
Joseph等[59]提出了一种基于黑碳理化性质的分类方法,考虑的因素依次是碳含量、易降解碳含量、表面
积和孔隙度、阳离子交换量和官能团。
表 1摇 残渣态黑碳和浓缩态黑碳的成因及理化性质差异
Table 1摇 Formation, physical and chemical properties of residual and condensate black carbons
残渣态黑碳
Residual black carbon
浓缩态黑碳
Condensate black carbon
参考文献
References
形成过程
Formation 成因
固体燃烧物质热解残留
而成
燃烧生成气体中的碳浓
缩聚合而成 [45,57]
形成温度 低(<600 益) 高(>600 益) [47鄄48]
物理性质 粒径 大(cm至 滋m) 小(滋m至 nm) [19]
Physical properties BET比表面积a 大(1. 3—776 m2 / g) 小(3. 6—127 m2 / g) [60鄄61]
平均孔隙直径b 小(2. 8 nm) 大(9. 9—19. 5 nm) [56,60]
化学性质
Chemical properties 元素组成
H / C:0. 16—1. 52
O / C:0. 11—0. 72
N / C:0. 0016—0. 14
H / C:0. 1—0. 69
O / C:0. 08—0. 33
N / C:0. 016—0. 07
[25,62鄄63]
官能团 多(0. 26—3. 02 mmol / g) 少 [61],[63]
芳香程度 低 高 [51]
摇 摇 a:有研究发现使用氮气的标准 BET法不能检测孔径小于 2 nm的微孔表面积,但是用二氧化碳法则能检测出浓缩态黑碳如烟炱有很大的微
孔表面积[22,64] ; b:不包含<2 nm的孔隙
3摇 黑碳的来源与辨析
3. 1摇 黑碳的来源
黑碳的来源一般从 3 个方面讨论。 一是类型来源:可分为天然源(包括岩石风化、生物质燃烧)和人为源
(包括生物质燃烧、化石燃料燃烧);生物质源又可分为浮游生物、C3 植物、C4 植物等。 二是时间来源:可分为
现代源、历史源。 三是空间来源:可分为陆源、海源;或者是本地源、外来源。
3. 2摇 黑碳来源辨析方法
3. 2. 1摇 驻14C分析结合地层年代分析,可辨析生物质源、化石燃料源、岩石源。 现代生物质燃烧产生的黑碳中
的14C浓度与现代大气中的值相当,驻14C 相应较大,近于 0译;化石燃料源和岩石源的黑碳中几乎不含14C,
驻14C相应较小,近于-1000译[18,65鄄66]。 工业化之前的地层中若出现 驻14C 很小的黑碳,则可认为是来源于岩石
风化[58,67]。 利用同位素质量平衡模型可进一步计算出生物质源和化石燃料源各自所占百分比[68]。
3. 2. 2摇 啄13C分析,可辨析陆地 C3 植物源、C4 植物源以及淡水生物源、海洋生物源。 已有的研究表明,C3 和
C4 植物的 啄13 C 的变化范围分别在-22译—-34译和-9译—-19译之间[69],淡水藻与海水藻 啄13 C 分别在
-27译—32译和-17译—-28译之间。 基于生物的13C丰度在死后保持不变这一假设,通过测定黑碳的 啄13C,可
以区分其来源于哪一类生物[18,70]。
3. 2. 3摇 粒径分析,可辨析本地源、外来源;粒径分析结合密度分析,可辨析 GBC的燃烧源、岩石源。 由于不同
粒径的搬运能力有差异,一般来说,较大粒径如毫米级的黑碳基本源自百米范围之内[71],而更小粒径的黑碳
反映的是区域范围内大气背景值。 Dickens等[58]把细而轻(<3 滋m、<2 g / cm3)的 GBC 归于燃烧产生的烟炱,
把粗而重(3—63 滋m、>2 g / cm3)的归于岩石风化产生的石墨。
3. 2. 4摇 多环芳烃(PAHs)分析,可辨析生物质源、化石燃料源。 这是基于 PAHs与黑碳的同源性(二者都与不
完全燃烧紧密联系)和共生性(黑碳大量吸附同源的 PAHs),所以 PAHs来源辨析的结论可应用到黑碳尤其是
浓缩态黑碳的来源分析上[24]。 Mitra等[72]使用 b[a]a / chry、b[b]f / b[k]f、b[a]p / b[e]p等几种 PAHs异构体
比率,分析得出密西西比河口颗粒黑碳中的 27%来自化石燃料的使用。
3. 2. 5摇 形态特征分析,可辨析生物质源、化石燃料源。 Fernandes 等[73]和 Brodowski 等[74]分析了镜下黑碳颗
粒的形态和表面纹理,认为燃油黑碳呈球形,质地均匀;燃煤黑碳呈多孔的球形或者不规则形状;生物质黑碳
692 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
呈长形或不规则形状,有细胞和纤维等结构残留,表面光滑,边缘棱角清晰。
3. 2. 6摇 黑碳 /有机碳(BC / OC)比值分析,可辨析生物质源、化石燃料源。 大气气溶胶中 BC / OC 比值可以反
映黑碳来源,比值在 0. 1 左右反映生物质燃烧,比值在 0. 5 左右为化石燃料燃烧[75鄄76]。 在城市土壤和杉木林
土壤中也存在这种区分[77鄄78]。
3. 2. 7摇 BPCA比值分析,可辨析生物质源和化石燃料源的比例大小。 Brodowski等[79]假设化石燃料源黑碳的
芳香程度高于生物质源的,并且被 HNO3氧化后的 BPCAs 中羧酸团数量也更多,先计算只有生物质源黑碳土
壤的 B4CAs / B6CA和 B5CAs / B6CA比值,再将比值乘以混合源黑碳土壤中的 B4CAs 和 B5CAs 含量,即可得
到生物质源黑碳在混合源中的比例。
运用上述方法时,需考虑黑碳的新鲜程度和运输方式,因为氧化过程和累积过程可能会影响来源辨析的
准确性,如进入到土壤中的黑碳可能与矿物结合,形态变得更加复杂,而 BC / OC 比值偏高有可能是黑碳稳定
性的反映[80]。 为了得到可靠的结论,往往需要综合运用几种方法。
4摇 土壤和沉积物中黑碳的循环与迁移行为
4. 1摇 土壤 /沉积物与其他环境介质之间的全球循环
黑碳每年产生量约为 50—270 Tg,其中化石燃料燃烧产生的约 12—24 Tg 黑碳几乎全部排入到大气
中[81];生物燃烧产生的黑碳也有 5—6 Tg[49]进入大气,而进入土壤中的则有 40—241 Tg[81]。 大气和土壤中的
黑碳有可能通过干湿沉降或扬尘等途径再次分配。 大气和土壤中的黑碳按各自方式被输送到海洋中,最后沉
积于海底并进入成岩过程。 大气中的黑碳颗粒主要是烟炱,每年有约 7 Tg 黑碳通过干湿沉降(以湿沉降为
主,占 73%—95% )进入海洋颗粒有机物(POM) [82],其中近海沉降 1. 35—5. 38 Tg,远海沉降 2. 40—4. 74 Tg。
外流河流域内土壤黑碳颗粒可经河流输入到海洋中,年输送量约 12—20 Tg黑碳[1,82],其中 10 Tg黑碳进入海
洋沉积物,这其中的 90%沉积在近海,10%沉积在远海[82]。 沉积变质岩石抬升出露地表接受风化产生的黑碳
还会重新进入上述循环,但这个过程相当漫长,几乎可以忽略。
以上海陆气之间的黑碳交换量都是基于颗粒态的,近年来,溶解有机物(DOM)中的黑碳越来越受到重
视,被认为是黑碳全球循环中的重要一环,可能是进入最终沉积过程前的一个重要中间库。 大气中的黑碳颗
粒是河流中 DOM的重要来源之一[83],大气中烟炱可经臭氧氧化而具有水可溶性[84],通过降水进入水体
DOM。 土壤中的黑碳也能够进入河流 DOM中,Kim等[85]发现河水中的贫氢分子,证明 DOM 中存在黑碳,含
有黑碳的土壤渗滤液是水体 DOM的重要来源[80]。 全球河流通过 DOM 形式向海洋每年输送的黑碳总量,若
根据有机碳总量和黑碳浓度估算,其数值约为 10 Tg(表 2),而颗粒态与溶解态黑碳之间的转换通量目前还不
清楚。
表 2摇 黑碳全球循环通量
Table 2摇 Global cycle and fluxes of black carbon
输送途径
Fluxes between pools
年通量 / (Tg / a)
Annual fluxes
参考文献
References
化石燃料燃烧至大气 Emission from fossil fuel burning to atmosphere 12—24 [81]
生物质燃烧至大气 Emission from biomass burning to atmosphere 5—6 [49]
大气沉降至海洋 Deposition from atmosphere to ocean 7依3 [82]
大气沉降至陆地 Deposition from atmosphere to land 3 根据[82],以海陆面积比例推算
生物质燃烧至土壤 Residue of biomass burning into soil 40—241 [81]
土壤经河流至海洋 12. 2—20(颗粒态) [1,82]
Transportation from soil to ocean by river 10(溶解态) [1,4]
海洋颗粒物至沉积物 Deposition from ocean particle matter to sediment 9(近海),1(远海) [82]
792摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
摇 摇 用两种方法估算主要库的储量,一是库净通量乘以滞留时间,二是库中有机碳储量乘以黑碳浓度。 由表
3 可知,土壤、大气、海洋等 3 个黑碳库的储量在两种估算方法中比较吻合,而沉积物储量的两个估算结果之
间相差较大。
表 3摇 黑碳主要库储量的估算
Table 3摇 Estimation of major pools of black carbon
库
Pools
估算方法一 Method A
库净通量 / (Tg / a)
Net flux
滞留时间 / a
Residence time
库储量 / PgA
Reserve
估算方法二 Method B
库中有机
碳储量 / Pg
Organic carbon
reserve
黑碳浓度
/ (BC / TOC)
Black carbon
concentration
库储量
/ Pg
Reserve
土壤 Soil 20—200 500—5000[86] 10—1000 1580[1] 10%—40% [86] 160—600
50—270[66] 7000[66] 350—1900[66]
大气 Atmosphere 7—20 0. 02[87] 0. 14—0. 4 Tg 5. 1伊108 * 0. 31依0. 10[89]** (0. 16依0. 05) Tg
海洋 Ocean 10(颗粒态) 25[83] 10% [86] 2. 5
10(溶解态) <14000[83] <140 700[1] 4%—22% [83] 28—154
表层沉积物 9(近海) 10000—20000[86] 90—180 150[1] 20% [1] 30
Surface sediment 1(远海) 10000—20000[86] 10—20
沉积物 Sediment 30000[88](近海) 5%—38% [68] 1500—10000
1500[66](远海) 12%—31% [83] 180—450
摇 摇 *: 全球表面积,单位是 km2;**: 单位面积大气柱中的黑碳浓度,单位是 mg / m2
4. 2摇 区域 /流域迁移
Mitra等[72]认为密西西比河在 1999 年以总悬浮颗粒物的形式向海洋输出了 0. 5 Tg 黑碳。 Wang 等[68]在
长江口和东海陆架的研究表明该区域的黑碳主要来自长江输送,有 60%—80%来自化石燃料燃烧。 Mannino
等[4]发现特拉华河以 DOM的形式每年向大西洋输送至少 0. 024 Tg 黑碳。 Masiello 等[90]研究表明流域面积
小于 1 hm2的山区小河圣克莱拉河年输送 5. 9伊10-6Tg 黑碳,而全球小型河流在运输黑碳的总量上不亚于大型
河流;该河中黑碳主要来自古老岩石和土壤的侵蚀而非化石燃料燃烧,有别于大型河流。
4. 3摇 剖面 /坡面迁移
Leifeld等[91]研究得出瑞士 Witzwil泥炭沼泽土壤由于孔隙度大(可高达 92% ),黑碳在垂直方向上迁移
速度达每年 0. 63—1. 16 cm。 Major等[92]在热带沙质氧化土的研究发现,添加混合到 0. 1 m 深的黑碳在 2 a
内有 0. 45%移动到 0. 15—0. 3 m深度之间,有 0. 02%移动到 0. 3 m深度以下,并认为土壤水分流动和土壤动
物扰动是黑碳向深层土壤迁移的动力。 Carcaillet[93]发现在亚高山草甸土壤中,冻融和动物掘穴是使木炭碎
化并进入矿物层的重要机制。 Gavin[94]利用模型研究森林灰化土中木炭如何从有机质层移动到矿物层,认为
斜坡崩塌、融冻泥流、生物扰动和树木倒根都是可能的动力。
章明奎等[95]在红壤坡耕地的侵蚀研究表明,与土壤其他有机质相比,黑碳较轻,易被侵蚀。 Rumpel等[96]
研究表明在东南亚刀耕火种的热带土壤中的黑碳会沿坡面发生迁移。 被侵蚀的黑碳大多会就近堆积,比如在
坡面和谷底等地[97,98],但是 Guggenberger等[99]在苔原永冻土流域发现,黑碳成份更易被河水搬运流失。
5摇 土壤和沉积物中黑碳的降解行为及环境意义
5. 1摇 黑碳的降解过程
早期黑碳被认为是几乎不可降解的[17],但是近来有许多证据表明黑碳是可以降解的[84],一般认为降解
的时间尺度约为数千年[100],也有研究表明其尺度可短至数十年[101]。 黑碳降解速率随着时间而显著降低。
Major等添加已知13C值的黑碳到土壤中培养 2 a时间,有 2. 2%的黑碳转化为 CO2排放,其中的 75%发生在第
1 年[92]。 Brodowski将农作物秸杆黑碳与土壤和石英混合培养半年后,发现黑碳损失 5%—50% ,但在接下来
的 1 年半时间内不再有损失[102]。 Smith 等用13C 示踪法确认添加到土壤中的黑碳在 6 d 以内产生了 CO2排
892 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
放,但之后停止[103]。 这些研究表明,黑碳中的一小部分碳是以易降解的形式存在的。 土壤和沉积物中黑碳
降解的机制主要包括化学降解[104]和微生物降解[62,105]。 物理碎化[93]会造成黑碳粒度变小,从而更易于发生
化学氧化。
黑碳初始性质、温度、水分和再次火烧对黑碳降解有重要影响。 有的黑碳形成之初就有很多的官能
团[106],稳定性相对较低。 对于低温制备的松木黑碳,120d之内降解率为 2%—13% [62],而对于中等温度制备
的农作物秸杆黑碳在 6 个月内降解率为 5%—50% [28]。 玉米黑碳在水分不饱和的情况下培养 1 a,降解率达
16% ,橡树黑碳则在干湿交替情况下矿化率最高,约 12% [107]。 Nguyen等对温度的影响做了研究,随着培养温
度从 4 益增加到 60 益,玉米黑碳降解率从 4%—10%增加到 20% ,但是温度系数(温度每增加 1 益黑碳降解
率的增加量)随着温度的增加而降低[108]。 再次火烧会造成黑碳的损失[109],有研究发现在西伯利亚森林土壤
中黑碳含量随着火频率的增加而减少[110]。
近年来易降解有机碳在黑碳降解过程中的促进作用正受到越来越多的关注。 Brodowski通过培养实验证
实了添加易降解有机物能促进土壤黑碳的生物降解[102]。 Hamer 等将玉米黑碳与沙混合培养,并添加14C 标
记的易降解有机物葡萄糖,经 60 d的对比培养实验研究发现,对照组玉米黑碳矿化率为 0. 8% ,添加葡萄糖组
提高到 1. 2% [105]。 Cheng等对黑碳和黑碳鄄土壤混合物分别进行培养,并添加粪肥,结果表明,添加粪肥使黑
碳的碳含量比对照组降低、氢和氧含量增加,促进了黑碳的降解[111]。 Hilscher 等在培养黑麦草黑碳过程中添
加新鲜黑麦草作为共基质,结果表明共基质添加在 3 d内促使黑碳矿化速率提高 22. 8%—31. 9% ,但在第 48
天培养实验结束时,添加组的黑碳总矿化率增加没有达到显著水平[112]。 Kuzyakov 等用14C 标记黑麦草黑碳,
与土壤和黄土分别混合培养长达 3. 2 a,期间添加葡萄糖作为共代谢基质,结果显示添加葡萄糖在数周内显著
增加了黑碳分解速率,他们指出葡萄糖促使微生物酶大量产生,进而影响黑碳降解[113]。
5. 2摇 黑碳与地鄄气碳氮温室气体通量
由于黑碳的稳定性和相对漫长的降解过程,以黑碳形式存在的碳和氮(主要表现为芳香环结构[19,62]和杂
环氮结构[114])得以长期保存,从而退出地鄄气快速循环。 因此,长期看来,黑碳能从地-气碳氮循环中捕获并
固定碳氮,减少大气中温室气体含量[8,83]。 有人甚至据此提出,可通过人为制造黑碳的途径来实现碳捕获与
储存(carbon capture and storage, CCS)以应对全球气候变化[115鄄116]。
黑碳影响土壤微生物活性与碳氮的生物地球化学循环[117],进而影响温室气体排放。 有研究表明黑碳能
促进土壤中有机碳降解,前述 Hamer等实验同时表明黑碳较高的比表面积和较多的孔隙为微生物生长提供
场所,促进了易降解有机物产生 CO2 [105]。 Wardle 等发现黑碳会造成土壤腐殖质的质量损失[118]。 Rogovska
等亦发现添加黑碳会增加土壤呼吸,但黑碳本身并没有矿化[119]。 Novak 等将黑碳和柳枝稷添加到土壤中培
养 67 d,结果表明黑碳能促进柳枝稷的矿化[120]。 Major 等研究发现黑碳添加导致土壤有机碳呼吸量在培养
的第 1 年和第 2 年分别提高 40%和 6% ,土壤总呼吸量分别提高 41%和 18% [92]。 但是另一方面,也有研究发
现黑碳能抑制有机碳降解,Spokas等通过添加不同比例黑碳到土壤中培养 100 d,结果表明黑碳抑制了土壤
CO2的排放[121]。 Liang等向土壤中添加有机质培养,结果表明黑碳含量丰富的土壤总矿化率比黑碳含量少的
土壤低 25. 5% ,他们将此解释为黑碳增加了土壤团聚体结构,保护土壤有机质避免矿化[122]。 究竟促进作用
和抑制作用哪一种占据主导,目前还存在争议。
Lehmann等[123]发现黑碳添加到土壤中后减少了氮的淋失。 DeLuca 等[124]和 Berglund 等[125]研究发现黑
碳增加了土壤硝化速率和有机氮矿化速率。 Novak 等[120]研究认为黑碳能固定土壤中的氮,从而可能会造成
NO-3 鄄N的暂时性短缺。 Yanai等[126]的培养实验发现黑碳减少了土壤中 85%的 N2O排放。 Rondon等[127]研究
发现黑碳减少了土壤中 50%的 N2O排放和几乎全部的 CH4排放。 Spokas 等[121]也发现黑碳抑制了土壤 N2O
的排放。 Knoblauch等[128]则认为将秸秆制成黑碳还田能比秸秆直接还田减少约 80%的 CH4排放。
5. 3摇 黑碳与土壤稳定碳库
有机质稳定性的机制有 3 种:内在稳定性;与土壤与沉积物中的矿物相互作用;缺乏微生物[129],其中第
992摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
一种机制主要适用于黑碳和化石碳[130],因此,黑碳在土壤稳定碳库中具有非常重要的地位。
腐殖质也被认为具有内在稳定性,是土壤稳定碳库的重要成份,其结构模型包括杂聚物和聚合体两
种[131],前者指单核或多核的芳香环上的羟基和羰基结合了醚、酯、脂族等成分,具有大分子量[132];后者指处
于不同降解阶段的小分子的生物聚合物在氢键结合和弱色散力作用下形成超分子结构[133]。 二者都认为芳
香结构是腐殖质的重要成份[134鄄135]。 Haumaier等[136]研究发现黑碳氧化后的腐殖酸和土壤中高芳香性的腐殖
酸在光谱特征和化学组成上有显著的相似性,认为黑碳是土壤腐殖质可能来源之一。 Chiou 等[137]根据胡敏
素的高表面积,认为黑碳是胡敏素的组成之一。 Poirier等[138]利用高分辨率透射电子显微镜对法国一处森林
土壤中胡敏素结构进行研究,发现了黑碳成份。
5. 4摇 黑碳与土壤碳循环模型
土壤碳循环模型大多包含有一个惰性有机质(inert organic matter, IOM)库[139]。 RothC 模型中的 IOM 滞
留时间长达 50000 a,完全不参与降解过程。 CENTURY 模型中的 IOM 滞留时间在 1000 a 以上,参与降解。
IOM库的大小确定有 4 种方法:人为给定;根据土壤有机碳(SOC)换算;根据14 C 年龄换算;用黑碳代替。
Lehmann等[140]指出根据 SOC换算的方法在黑碳含量较高的地区可能会得到不正确的结果。 Leifeld[141]指出
普遍使用的基于14C质量平衡方程计算土壤 IOM的方法,其准确性受到黑碳的影响,如现代木炭具有高的14C
值但是却属于稳定碳。 Skjemstad等[142]通过测定木炭含量来确定 IOM的大小,并据此成功利用 RothC模型模
拟了长期实验的结果。 Rethemeyer等[143]将 BPCA法所得黑碳作为 IOM的代表,利用 RothC 模型模拟土壤有
机碳变化,结果表明,对于以近期有机质为主要碳源的土壤有较好的模拟效果,但是对含有以褐煤为源碳的土
壤则效果不佳。
6摇 土壤和沉积物中黑碳的吸附与解吸行为及环境意义
6. 1摇 黑碳对有机物的吸附与解吸
黑碳可强力吸附憎水性有机物(hydrophobic organic compounds, HOCs)和持久性有机污染物(persistent
organic pollutants, POPs),具体包括多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)、多氯二苯
并-对-二恶英(polychlorinated dibenzodioxins, PCDDs)等[23],其中以 PAHs 的研究最多。 在很多土壤和沉积
物样品中,黑碳和 PAHs具有显著的相关性[144鄄146],这种相关性多数被解释为是黑碳对 PAHs 的吸附,其理由
是基于黑碳对 PAHs吸附能力的室内实验[12,60],这些实验表明黑碳对 PAHs 的吸附能力要比一般有机质对
PAHs的吸附能力强几十到几千倍。 而且被黑碳吸附的 PAHs很难解吸[147鄄148]。 因此黑碳的存在能影响 PAHs
在环境中的分配行为和被生物利用累积的状况[23,149]。
黑碳吸附 PAHs的机制包括吸附于黑碳表面、捕获于黑碳微孔中,对于火成 PAHs 来说,还包括锢囚于黑
碳结构内部[60,150鄄151]。
黑碳吸附 PAHs的一个非常重要的机制是表面吸附,因为黑碳的比表面积(specific surface area, SSA)很
大,可以提供很多的吸着点。 因此,面对某些研究发现的不同类型黑碳以及不同方法测定的黑碳对 PAHs 的
吸附能力有很大不同这一问题[149],有人提出把黑碳标准化到 SSA 可以明显消除这种变异性[152鄄153]。 而在分
析黑碳的 SSA时,样品是否磨细代表了不同的环境意义,磨细的样品代表潜在有效的表面积和吸附能力,不
磨的样品代表实际有效的表面积和吸附能力。
微孔捕获机制也很重要。 根据 Rouquerol等[154]的分类方法,微孔是指直径小于 2 nm 的孔隙,相当于烟
炱结构中的石墨烯层间距大小[155 ],与许多 POPs分子厚度亦相当[156]。 Rockne 等[22]发现烟炱中微孔的孔隙
容积占颗粒内部总容积(微孔加中孔,<50 nm)的 10%—20% ,并指出这些微孔可能是烟炱吸附 HOCs的重要
场所。 Jonker等[60]进而发现烟炱的平均孔径对 PAHs的烟炱鄄水分配系数有很大的影响,表现为负相关关系。
Karanfil等[157]亦研究表明活性炭吸附 HOCs过程中,孔隙大小比 SSA更重要,并且随着微孔数量增加,吸附能
力增强。 关于其具体机制,Mastral等[158]和 Jonker等[60]认为主要是平面的 PAH分子嵌入黑碳颗粒中的微孔
和分子层间空隙,从而接触更多的黑碳表面吸附点,本质上还是表面吸附作用在起作用。
003 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
在生物质不完全燃烧的过程中,会同时生成黑碳和 PAHs,而且 PAHs是烟炱形成的一种前体物质[159],在
烟炱颗粒不断增大的过程中会锢囚一部分 PAHs 在其结构内部[160],另一部分 PAHs 则被吸附在黑碳的表面
上和微孔中。 这些与黑碳同源的 PAHs 往往被称为“原生的冶 PAHs(native PAHs),与“添加的冶 PAHs(added
PAHs)相对。 锢囚的 PAHs 不能释放到水中但是可以被 PAHs 测定时使用的化学试剂提取,因此,锢囚的
PAHs会导致黑碳鄄水分配系数表象性地增加[60]。 黑碳对原生 PAHs的吸附系数与 PAH的分子体积呈负相关
关系,这也与锢囚机制有关:PAH分子体积越大就越难从黑碳结构内部逃脱。
环境中黑碳对 PAHs的吸附能力要小于理论上的由分配系数实验得到的新鲜黑碳对 PAHs 的吸附能力,
原因主要是(1)原生 PAHs会降低黑碳对添加 PAHs 的吸附能力,因为它优先占据了黑碳表面的高能吸着点
和微孔。 (2)环境中有竞争吸附剂吸附 PAHs;(3)环境中有竞争吸着物占据黑碳表面的微孔和吸着点;(4)环
境中粗粒的黑碳真正起作用的比表面积小于实验中磨细的黑碳的比表面积。 实验表明,新生成的黑碳中含有
高浓度的 PAHs,而环境中 PAHs 与黑碳之比要小得多(表 4)。 该表暗示黑碳在环境中可能会解吸一部分原
生的 PAHs(由于吸附竞争)。 综上所述,黑碳吸附 PAHs的过程受诸多因素影响,其与 PAHs含量的相关性不
能简单地解释为黑碳对 PAHs的吸附。
表 4摇 环境黑碳和新鲜黑碳中多环芳烃浓度对比
Table 4摇 PAHs concentrations in fresh and environmental black carbons
采样地点 /物质类型
Sampling sites and sample types
PAHs
PAHs
/ (ng / g)
黑碳
Black carbon
/ (mg / g)
PAHs /黑碳
PAHs / BC
/ (ng / mg)
环境样品
数量
n
黑碳测定方法
BC analyzing
method
PAHs种
类*
PAHs type
参考
文献
Reference
环境样品 Samples from soils and sediments
渤海湾沉积物
Bohai bay sediment 946. 77依1007. 18 2. 18依0. 21 421. 83依433. 01 12 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [161]
北黄海沉积物
North Huanghai sediment 224. 55依346. 41 0. 37依0. 28 907. 38依1542. 38 9 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [161]
珠江口沉积物
Pearl river estuary sediment 712. 14依877. 50 0. 47依0. 45 2126. 77依2756. 55 15 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [161]
上海市水稻田表层土壤
Top soil of paddy field in Shanghai 3092. 39依3641. 23 2. 68依1. 53 1221. 63依1165. 45 17 1M HCl+375益 / 24h 16 种 [147]
上海边滩沉积物
Shanghai foreshore sediment 498. 28依543. 97 0. 62依0. 15 798. 35依885. 07 10 1M HCl+375益 / 24h 16 种 [147]
汕头红树林湿地沉积物
Shantou mangrove wetland sediment 136. 75依55. 15 6. 01依3. 63 28. 66依16. 57 14 文献[36] 16 种 [146]
澳门河口远岸沉积物
Macao estuarine offshore sediment 1909. 29依409. 77 1. 29依0. 20 1466. 58依102. 63 7 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [162]
澳门河口近岸沉积物
Macao estuarine inshore sediment 2069. 67依715. 06 1. 27依0. 26 1593. 52依370. 71 9 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [162]
澳门城市近岸沉积物
Macao urban inshore sediment 6490. 78依2806. 78 1. 48依0. 47 4715. 73依2125. 60 9 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [162]
澳门郊区近岸沉积物
Macao suburban inshore sediment 2003. 83依678. 77 1. 27依0. 37 1568. 70依144. 40 6 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [162]
澳门乡村近岸沉积物
Macao rural inshore sediment 2026. 93依923. 29 1. 31依0. 49 1509. 54依426. 79 14 10%HCl+375益 / 24h 16 种 [162]
波士顿港沉积物
Boston harbor sediment 7733. 33依4051. 34 6. 00依0. 70 1288. 89 3 文献[163] 3 种 [164]
纽约港沉积物
New York harbor sediment 516. 67依215. 48 3. 40依0. 20 151. 96 3 文献[163] 3 种 [164]
103摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
摇 摇 续表
采样地点 /物质类型
Sampling sites and sample types
PAHs
PAHs
/ (ng / g)
黑碳
Black carbon
/ (mg / g)
PAHs /黑碳
PAHs / BC
/ (ng / mg)
环境样品
数量
n
黑碳测定方法
BC analyzing
method
PAHs种
类*
PAHs type
参考
文献
Reference
新鲜黑碳 Fresh black carbon
乙烯燃烧产物
Ethylene soot 51441. 00 16 种 [151]
煤油燃烧产物
kerosene soot 23155. 00 17 种 [165]
燃油烟囱内物质
Oil soot 59400. 00 1. 2 49500. 00 文献[163] 11 种 [60]
燃木材烟囱内物质
Wood soot 112600. 00 2. 6 43307. 69 文献[163] 11 种 [60]
燃煤烟囱内物质
Coal soot 799200. 00 67. 5 11840. 00 文献[163] 11 种 [60]
树皮燃烧所得木炭
Charcoal 43200. 00 41. 8 1033. 49 文献[163] 11 种 [60]
汽车排气管内物质
Traffic soot 124300. 00 0. 38 327105. 26 文献[163] 11 种 [60]
柴油机烟炱
Diesel soot 232600. 00 361 644. 32 文献[163] 11 种 [60]
摇 摇 *16 种:美国环保署(EPA)16 种(萘、苊稀、二氢苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[ b]荧蒽、苯并[ k]荧蒽、苯并[ a]芘、二苯并
[a,h]蒽、茚并[1,2,3—cd]芘、苯并[g,h,i]苝);17 种:EPA16 种+2鄄甲基萘;11 种:菲、蒽、芴、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[e]芘、苯并[b]荧蒽、苯并
[k]荧蒽、苯并[a]芘、苯并[g,h,i]苝;3 种:菲、芘、苯并[a]芘
6. 2摇 黑碳对重金属的吸附与解吸
Corapcioglu等[166]很早就研究过活性碳对 Cu(域)、Pb(域)、Ni(域)和 Zn(域)的吸附,认为吸附过程可由
配位化合物形成模型解释。 现在一般认为,黑碳吸附重金属的机制主要有两种,一是黑碳表面吸附[167],吴成
等[168]研究了玉米秸杆黑碳对 Hg(域)、As(芋)、Pb(域)和 Cd(域)的吸附,发现用 Langmiur 方程拟合黑碳等
温吸附过程最佳,表明其主要是吸附位有限的非线性表面吸附,以这种方式被吸附的重金属极易解吸,30 min
内洗脱率均在 85%以上。 二是黑碳上的官能团与重金属之间的静电相互作用,包括离子交换[169]和部分配位
反应[170],Qiu等[171]研究认为稻草黑碳和麦秆黑碳对 Pb(域)的吸附属于静电相互作用机制,被吸附的重金属
相对较稳定。 黑碳阳离子交换量(cation exchange capacity, CEC)与其吸附重金属能力成正相关关系[172],表
明第 2 种机制是黑碳吸附重金属的主要机制。 尽管吴成等[168]认为黑碳的 CEC比土壤 /沉积物环境中其他吸
附剂如腐殖酸和粘土的较小,其对重金属离子吸附量相对不大,但是 Liang等[173]研究认为黑碳可通过自身氧
化或吸附其他有机质提高土壤的 CEC。
土壤中存在的低分子有机酸会影响黑碳对重金属的吸附[174]。 张文标等[175]研究了不同炭化温度的竹黑
碳对 Pb(域)、Hg(域)、Cr(遇)和 Cd(域)的吸附,结果表明黑碳的比表面积、孔径及 pH等均影响到吸附重金
属能力,溶液中同时存在的多种重金属离子之间存在着协同和阻碍两方面的效应。
6. 3摇 黑碳对营养盐的吸附
黑碳可吸附土壤溶液中的 NH+4 鄄N[125,176]和 NH3 鄄N[8]。 Novak 等[120]研究认为由于电荷正负性的原因,黑
碳对 NH+鄄 N的吸附能力要强于对 NO-3 鄄N的吸附能力。 添加到土壤中的木炭增加土壤对氮和磷的吸附能力,
减少了总氮流失量的 11%和总可溶磷流失量的 69% [177],还能增加土壤对钾的吸附能力[123]。 黑碳可通过间
接方式影响对营养盐的吸附,如 Lee 等[178]研究表明氧化了的黑碳表面官能团增多,可以增加对 NH+4 鄄N 和
NH3 鄄N的吸附。
203 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
7摇 研究展望
目前研究者已对我国部分城市、森林和农业土壤和近海沉积物中的黑碳含量及分布做了一些研究,但是
还远不清楚黑碳在各种类型和不同区域土壤和沉积物中的含量,仍需开展大量基础性工作以摸清黑碳的环境
本底值及分布特征。
目前对涉及到土壤和沉积物中黑碳稳定性的一些关键过程还不是很清楚,比如黑碳与易降解有机碳的耦
合矿化降解过程、土壤黑碳以颗粒态和溶解态的流失过程、黑碳与土壤其他稳定有机碳的转化过程等,这些过
程决定了黑碳全球循环的途径和速率、黑碳作为土壤保碳和抑制全球变暖手段的有效性等重大理论与实践问
题,亟待进一步深入研究。
土壤和沉积物中黑碳的迁移、降解、吸附等主要环境行为都取决于其理化性质,因此在今后的相关研究
中,需要更加重视从微观层次研究黑碳的表面特征如比表面积、孔隙度、官能团、表面形貌特征等在黑碳环境
行为中的作用,这有助于将研究水平从含量分析或相关性分析提升到较为深入的机理分析。
为了提高黑碳测定数据的准确性和对比性,需要建立一套标准物质和规范方法,而另一方面,为了提高数
据的解释性和针对性,则需要以具体的环境意义为导向选择合适的分析测定方法。
鉴于黑碳在土壤固碳和保肥方面的重要作用,有必要深入研究施用人工制备黑碳在农田管理中的可行
性,重新考虑农作物秸秆直接还田方式和焚烧还田方式对土壤固碳的长期、综合影响,开展黑碳在农业领域的
应用研究。
References:
[ 1 ]摇 Druffel E R M. Comments on the importance of black carbon in the global carbon cycle. Marine Chemistry, 2004, 92(1 / 4): 197鄄200.
[ 2 ] 摇 Cochrane M A. Fire science for rainforests. Nature, 2003, 421: 913鄄919.
[ 3 ] 摇 Hansen J, Nazarenko L. Soot climate forcing via snow and ice albedos. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of
America, 2004, 101(2): 423鄄428.
[ 4 ] 摇 Mannino A, Harvey H R. Black carbon in estuarine and coastal ocean dissolved organic matter. Limnology and Oceanography, 2004, 49(3): 735鄄
740.
[ 5 ] 摇 Jacobson M Z. Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols. Nature, 2001, 409: 695鄄697.
[ 6 ] 摇 Ackerman A S, Toon O B, Stevens D E, Heymsfield A J, Ramanathan V, Welton E J. Reduction of tropical cloudiness by soot. Science, 2000,
288(5468): 1042鄄1047.
[ 7 ] 摇 Armstrong B, Hutchinson E, Unwin J, Fletcher T. Lung cancer risk after exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons: a review and meta鄄
analysis. Environmental Health Perspectives, 2004, 112(9): 970鄄978.
[ 8 ] 摇 Lehmann J, Gaunt J, Rondon M. Bio鄄char sequestration in terrestrial ecosystems – a review. Mitigation and Adaptation Strategies for Global
Change, 2006, 11: 403鄄427.
[ 9 ] 摇 Gaunt J L, Lehmann J. Energy balance and emissions associated with biochar sequestration and pyrolysis bioenergy production. Environmental
Science and Technology, 2008, 42(11): 4152鄄4158.
[10] 摇 Steiner C, Teixeira W G, Lehmann J, Nehls T, de Mac俸do J L V, Blum W E H, Zech W. Long term effects of manure, charcoal and mineral
fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil. Plant and Soil, 2007, 291(1 / 2): 275鄄290.
[11] 摇 DeLuca T H, MacKenzie M D, Gundale M J. Biochar effects on soil nutrient transformation 椅 Lehmann J, Joseph S, eds. Biochar for
Environmental Management: Science and Technology. London: Earthscan, 2009.
[12] 摇 Cornelissen G, Gustafsson 魻. Prediction of large variation in biota to sediment accumulation factors due to concentration鄄dependent black carbon
adsorption of planar hydrophobic organic compounds. Environmental Toxicology and Chemistry, 2005, 24(3): 495鄄498.
[13] 摇 He Y, Zhang G L. Historical record of black carbon in urban soils and its environmental implications. Environmental Pollution, 2009, 157(10):
2684鄄2688.
[14] 摇 Glaser B, Haumaier L, Guggenberger G, Zech W. The “ Terra Preta冶 phenomenon: a model for sustainable agriculture in the humid tropics.
Naturwissenschaften, 2001, 88(1): 37鄄41.
[15] 摇 Kuhlbusch T A J. Black carbon and the carbon cycle. Science, 1998, 280(5371): 1903鄄1904.
[16] 摇 Sanborn P, Geertsema M, Jull A J T, Hawkes B. Soil and sedimentary charcoal evidence for Holocene forest fires in an inland temperate rainforest,
303摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
east鄄central British Columbia, Canada. The Holocene, 2006, 16(3): 415鄄427.
[17] 摇 Goldberg E D. Black Carbon in the Environment: Properties and Distribution. New York: John Wiley, 1985.
[18] 摇 Dickens A F, G佴linas Y, Masiello C A, Wakeham S G, Hedges J I. Reburial of fossil organic carbon in marine sediments. Nature, 2004, 427:
336鄄339.
[19] 摇 Masiello C A. New directions in black carbon organic geochemistry. Marine Chemistry, 2004, 92(1 / 4): 201鄄213.
[20] 摇 Han Y M, Cao J J. Black carbon in the environments and its global biogeochemical cycle. Marine Geology and Quaternary Geology, 2005, 25(1):
125鄄132.
[21] 摇 G佴linas Y, Prentice K M, Baldock J A, Hedges J I. An improved thermal oxidation method for the quantification of soot / graphitic black carbon in
sediments and soils. Environmental Science and Technology, 2001, 35(17): 3519鄄3525.
[22] 摇 Rockne K J, Taghon G L, Kosson D S. Pore structure of soot deposits from several combustion sources. Chemosphere, 2000, 41(8): 1125鄄1135.
[23] 摇 Koelmans A A, Jonker M T O, Cornelissen G, Bucheli T D, Van Noort P C M, Gustafsson 魻. Black carbon: the reverse of its dark side.
Chemosphere, 2006, 63(3): 365鄄377.
[24] 摇 Shrestha G, Traina S J, Swanston C W. Black carbon忆s properties and role in the environment: a comprehensive review. Sustainability, 2010, 2
(1): 294鄄320.
[25] 摇 Knicker H, Hilscher A, Gonz佗lez鄄Vila F J, Almendros G. A new conceptual model for the structural properties of char produced during vegetation
fires. Organic Geochemistry, 2008, 39(8): 935鄄939.
[26] 摇 Watson J G, Chow J C, Chen L W A. Summary of organic and elemental carbon / black carbon analysis methods and intercomparisons. Aerosol and
Air Quality Research, 2005, 5(1): 65鄄102.
[27] 摇 Andreae M O, Gelencs佴r A. Black carbon or brown carbon? The nature of light鄄absorbing carbonaceous aerosols. Atmospheric Chemistry and
Physics Discussions, 2006, 6: 3131鄄3148.
[28] 摇 Preston C M, Schmidt M W I. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal
regions. Biogeosciences, 2006, 3: 397鄄420.
[29] 摇 Kiem R, Knicker H, K觟gel鄄Knabner I. Refractory organic carbon in particle鄄size fractions of arable soils I: distribution of refractory carbon between
the size fractions. Organic Geochemistry, 2002, 33(12): 1683鄄1697.
[30] 摇 Grossman A, Ghosh U. Measurement of activated carbon and other black carbons in sediments. Chemosphere, 2009, 75(4): 469鄄475.
[31] 摇 Czimczik C I, Masiello C A. Controls on black carbon storage in soils. Global Biogeochemical Cycles, 2007, 21(3): 1029鄄1036.
[32] 摇 Hall鄄Roberts V J, Hayhurst A N, Knight D E, Taylor S G. The origin of soot in flames: is the nucleus an ion?. Combustion and Flame, 2000, 120
(4): 578鄄584.
[33] 摇 Watson A Y, Valberg P A. Carbon black and soot: two different substances. American Industrial Hygiene Association, 2001, 62(2): 218鄄228.
[34] 摇 Liu Y X, Liu W, Wu W X, Zhong Z K, Chen Y X. Environmental behavior and effect of biomass鄄derived black carbon in soil: a review. Chinese
Journal of Applied Ecology, 2009, 20(4): 977鄄982.
[35] 摇 Gustafsson 魻, Bucheli T D, Kukulska Z, Andersson M, Largeau C, Rouzaud J N, Reddy C M, Eglinton T I. Evaluation of a protocol for the
quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochemical Cycles, 2001, 15(4): 881鄄890.
[36] 摇 Song J Z, Peng P A, Huang W L. Black carbon and kerogen in soils and sediments. 1. Quantification and characterization. Environmental Science
and Technology, 2002, 36(18): 3960鄄3967.
[37] 摇 Simpson M J, Hatcher P G. Determination of black carbon in natural organic matter by chemical oxidation and solid鄄state 13C nuclear magnetic
resonance spectroscopy. Organic Geochemistry, 2004, 358(8): 923鄄935.
[38] 摇 Skjemstad J O, Clarke P, Taylor J A, Oades J M, McClure S G. The chemistry and nature of protected carbon in soil. Australian Journal of Soil
Research, 1996, 34(2): 251鄄271.
[39] 摇 Kaal J, Van Mourik J M. Micromorphological evidence of black carbon in colluvial soils from NW Spain. European Journal of Soil Science, 2008,
59(6): 1133鄄1140.
[40] 摇 Glaser B, Haumaier L, Guggenberger G, Zech W. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Organic
Geochemistry, 1998, 29(4): 811鄄819.
[41] 摇 Huang L, Brook J R, Zhang W, Li S M, Graham L, Ernst D, Chivulescu A, Lu G. Stable isotope measurements of carbon fractions (OC / EC) in
airborne particulate: a new dimension for source characterization and apportionment. Atmospheric Environment, 2006, 40(15): 2690鄄2705.
[42] 摇 Almendros G, Knicker H, Gonz佗lez鄄Vila F J. Rearrangement of carbon and nitrogen forms in peat after progressive thermal oxidation as determined
by solid鄄state 13C鄄 and 15N鄄NMR spectroscopy. Organic Geochemistry, 2003, 34(11): 1559鄄1568.
[43] 摇 Bornemann L, Welp G, Brodowski S, Rodionov A, Amelung W. Rapid assessment of black carbon in soil organic matter using mid鄄infrared
spectroscopy. Organic Geochemistry, 2008, 39(11): 1537鄄1544.
403 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
[44]摇 Schmidt M W I, Skjemstad J O, Czimczik C I, Glaser B, Prentice K M, G佴linas Y, Kuhlbusch T A J. Comparative analysis of black carbon in
soils. Global Biogeochemical Cycles, 2001, 15(1): 163鄄167.
[45] 摇 Hammes K, Schmidt M W I, Smernik R J, Currie L A, Ball W P, Nguyen T H, Louchouarn P, Houel S, Gustafsson 魻, Elmquist M, Cornelissen
G, Skjemstad J O, Masiello C A, Song J Z, Peng P A, Mitra S, Dunn J C, Hatcher P G, Hockaday W C, Smith D M, Hartkopf鄄Fr觟der C,
B觟hmer A, L俟er B, Huebert B J, Amelung W, Brodowski S, Huang L, Zhang W, Gschwend P M, Flores鄄Cervantes D X, Largeau C, Rouzaud J
N, Rumpel C, Guggenberger G, Kaiser K, Rodionov A, Gonzalez鄄Vila F J, Gonzalez鄄Perez J A, de la Rosa J M, Manning D A C, L佼pez鄄Cap佴l
E, Ding L Y. Comparison of quantification methods to measure fire鄄derived ( black / elemental) carbon in soils and sediments using reference
materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochemical Cycles, 2007, 21, GB3016, doi: 10. 1029 / 2006GB002914.
[46] 摇 Antal M J Jr, Gr覬nli M. The art, science, and technology of charcoal production. Industrial and and Engineering Chemistry Research, 2003, 42
(8): 1619鄄1640.
[47] 摇 Paris O, Zollfrank C, Zickler G A. Decomposition and carbonisation of wood biopolymers a microstructural study of softwood pyrolysis. Carbon,
2005, 43(1): 53鄄66.
[48] 摇 Laine J, Yunes S. Effect of the preparation method on the pore size distribution of activated carbon from coconut shell. Carbon, 1992, 30(4):
601鄄604.
[49] 摇 Schmidt M W I, Noack A G. Black carbon in soils and sediments: analysis, distribution, implications, and current challenges. Global
Biogeochemiscal Cycles, 2000, 14(3): 777鄄793.
[50] 摇 Harris P J F, Liu Z, Suenaga K. Imaging the atomic structure of activated carbon. Journal of physics: Condensed matter, 2008, 20(36): 362201鄄
362205.
[51] 摇 Brown R A, Kercher A K, Nguyen T H, Nagle D C, Ball W P. Production and characterization of synthetic wood chars for use as surrogates for
natural sorbents. Organic Geochemistry, 2006, 37(3): 321鄄333.
[52] 摇 Chen B L, Zhou D D, Zhu L Z. Transitional adsorption and partition of nonpolar and polar aromatic contaminants by biochars of pine needles with
different pyrolytic temperatures. Environmental Science and Technology, 2008, 42(): 5137鄄5143.
[53] 摇 Pulido鄄Novicio L, Hata T, Kurimoto Y, Doi S, Ishihara S, Imamura Y. Adsorption capacities and related characteristics of wood charcoals
carbonized using a one鄄step or two鄄step process. Journal of Wood Science, 2001, 47(1): 48鄄57.
[54] 摇 Lua A C, Yang T, Guo J. Effects of pyrolysis conditions on the properties of activated carbons prepared from pistachio鄄nut shells. Journal of
Analytical and Applied Pyrolysis, 2004, 72(2): 279鄄287.
[55] 摇 Guo J, Lua A C. Characterization of chars pyrolyzed from oil palm stones for the preparation of activated carbons. Journal of Analytical and Applied
Pyrolysis, 1998, 46(2): 113鄄125.
[56] 摇 Zhang T Y, Walawender W P, Fan L T, Fan M, Daugaard D, Brown R C. Preparation of activated carbon from forest and agricultural residues
through CO2 activation. Chemical Engineering Journal, 2004, 105(1 / 2): 53鄄59.
[57] 摇 Zhang X D, Liang C, Zhuge Y P, Jiang Y, Xie H T, He H B, Wang J. Roles of black carbon in the biogeochemical cycles of soil organic carbon.
Chinese Journal of Soil Science, 2003, 34(4): 349鄄355.
[58] 摇 Dickens A F, G佴linas Y, Hedges J I. Physical separation of combustion and rock sources of graphitic black carbon in sediments. Marine
Chemistry, 2004, 92(1 / 4): 215鄄223.
[59] 摇 Joseph S, Peacocke C, Lehmann J, Munroe P. Developing a biochar classification and test methods椅Lehmann J, Joseph S, eds. Biochar for
Environmental Management. London: Earthscan, 2009: 107鄄126.
[60] 摇 Jonker M T O, Koelmans A A. Sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls to soot and soot鄄like materials in the
aqueous environment: mechanistic considerations. Environmental Science and Technology, 2002, 36(17): 3725鄄3734.
[61] 摇 Chun Y, Sheng G Y, Chiou C T. Evaluation of current techniques for isolation of chars as natural adsorbents. Environmental Science and
Technology, 2004, 38(15): 4227鄄4232.
[62] 摇 Baldock J A, Smernik R J. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Organic Geochemistry,
2002, 33(9): 1093鄄1109.
[63] 摇 Zhang M K, Wang H, Zheng S A. Effects of ground surface hardening on plant eco鄄physiological processes in urban landscapes. Journal of
Zhejiang University (Agriculture and Life Sciences), 2009, 35(3): 278鄄284.
[64] 摇 De Jonge R, Mittelmeijer鄄Hazeleger M C. Adsorption of CO2 and N2 on soil organic matter: nature of porosity, surface area, and diffusion
mechanisms. Environmental Science and Technology, 1996, 30(2): 408鄄413.
[65] 摇 Reddy C M, Pearson A, Xu L, McNichol A P, Benner B A, Wise S A, Klouda G A, Currie L A, Eglinton T I. Radiocarbon as a tool to apportion
the sources of polycyclic aromatic hydrocarbons and black carbon in environmental samples. Environmental Science and Technology, 2002, 36(8):
1774鄄1782.
503摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
[66]摇 Masiello C A, Druffel E R M. Organic and black carbon 13C and 14C through the Santa Monica Basin sediment oxic鄄anoxic transition. Geophysical
Research Letters, 2003, 30(4): 1185鄄1188.
[67] 摇 Wakeham S G, Forrest J, Masiello C A, G佴linas Y, Alexander C R, Leavitt P R. Hydrocarbons in Lake Washington sediments. A 25鄄year
retrospective in an urban lake. Environmental Science and Technology, 2004, 38(2): 431鄄439.
[68] 摇 Wang X C, Li A C. Preservation of black carbon in the shelf sediments of the East China Sea. Chinese Science Bulletin, 2007, 52 (22):
3155鄄3161.
[69] 摇 L俟 H Y, Wang Y J, Wang G A, Yang H, Li Z. Analysis of carbon isotope in phytoliths from C3 and C4 plants and modern soils. Chinese Science
Bulletin, 2000, 45(19): 1804鄄1808.
[70] 摇 Bird M I, Gr觟cke D R. Determination of the abundance and carbon isotope composition of elemental carbon in sediments. Geochimica et
Cosmochimica Acta, 1997, 61(16): 3413鄄3423.
[71] 摇 Clark J S, Patterson W A. Background and local charcoal in sediments: scales of fire evidence in the paleorecord椅Clark J S, Cachier H,
Goldammer J G, Stocks B, eds. Sediment records of biomass burning and global change. Berlin: Springer鄄Verlag, 1997: 23鄄48.
[72] 摇 Mitra S, Bianchi T S, McKee B A, Sutula M. Black carbon from the Mississippi River: quantities, sources, and potential implications for the
global carbon cycle. Environmental Science and Technology, 2002, 36(11): 2296鄄2302.
[73] 摇 Fernandes M B, Skjemstad J O, Johnson B B, Wells J D, Brooks P. Characterization of carbonaceous combustion residues. I. Morphological,
elemental and spectroscopic features. Chemosphere, 2003, 51(8): 785鄄795.
[74] 摇 Brodowski S, Amelung W, Haumaier L, Abetz C, Zech W. Morphological and chemical properties of black carbon in physical soil fractions as
revealed by scanning electron microscopy and energy鄄dispersive X鄄ray spectroscopy. Geoderma, 2005, 128(1 / 2): 116鄄129.
[75] 摇 Novakov T, Andreae M O, Gabriel R, Kirchstetter T W, Mayol鄄Bracero O L, Ramanathan V. Origin of carbonaceous aerosols over the tropical
Indian Ocean: biomass burning or fossil fuels? Geophysical Research Letters, 2000, 27(24): 4061鄄4064.
[76] 摇 Gatari M J, Boman J. Black carbon and total carbon measurements at urban and rural sites in Kenya, East Africa. Atmospheric Environment,
2003, 37(8): 1149鄄1154.
[77] 摇 He Y, Zhang G L. Concentration and sources of organic carbon and black carbon of urban soils in Nanjing. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(2):
177鄄182.
[78] 摇 Yin Y F, Yang Y S, Gao R, Chen G S, Xie J S, Qian W, Zhao Y C. Effects of slash burning on soil organic carbon and black carbon in Chinese
fir plantation. Acta Pedologica Sinica, 2009, 46(2): 352鄄355.
[79] 摇 Brodowski S, Amelung W, Haumaier L, Zech W. Black carbon contribution to stable humus in German arable soils. Geoderma, 2007, 139(1 /
2): 220鄄228.
[80] 摇 Hockaday W C, Grannas A M, Kim S, Hatcher P C. The transformation and mobility of charcoal in a fire鄄impacted watershed. Geochimica et
Cosmochimica Acta, 2007, 71(14): 3432鄄3445.
[81] 摇 Kuhlbusch T A J. Black Carbon and the Global Carbon and Oxygen Cycle. Ninth Annual V M Goldschmidt Conference. Boston MA: Harvard
University, 1999.
[82] 摇 Suman D O, Kuhlbusch T A J, Lim B. Marine sediments: a reservoir for black carbon and their use as spatial and temporal records of combustion
椅Clark J S, Cachier H, Goldammer J G, Stocks B J, eds. Sediment Records of Biomass Burning and Global Change. Berlin: Springer Verlag,
1997: 271鄄293.
[83] 摇 Masiello C A, Druffel E R M. Black carbon in deep鄄sea sediments. Science, 1998, 280(5371): 1911鄄1913.
[84] 摇 Decesari S, Facchini M C, Matta E, Mircea M, Fuzzi S, Chughtai A R, Smith D M. Water soluble organic compounds formed by oxidation of
soot. Atmospheric Environment, 2002, 36(11): 1827鄄1832.
[85] 摇 Kim S, Kaplan L A, Benner R, Hatcher P G. Hydrogen鄄deficient molecules in natural riverine water samples—evidence for the existence of black
carbon in DOM. Marine Chemistry, 2004, 92(1 / 4): 225鄄234.
[86] 摇 Forbes M S, Raison R J, Skjemstad J O. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems.
Science of the Total Environment, 2006, 370(1): 190鄄206.
[87] 摇 Cao G L, Zhang X Y, Wang Y Q, Che H Z, Chen D. Inventory of black carbon emission from China. Advances in Climate Change Research,
2006, 2(6): 259鄄264.
[88] 摇 Yin J P, Wang Y S, Xu J R, Sun S. Advances of studies on marine carbon cycle. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(2): 566鄄575.
[89] 摇 Forster P, Ramaswamy V, Artaxo P, Berntsen T, Betts R, Fahey D W, Haywood J, Lean J, Lowe D C, Myhre G, Nganga J, Prinn R, Raga G,
Schulz M, Van Dorland R. Changes in atmospheric constituents and in radiative forcing椅Solomon S, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M,
Averyt K B, Tignor M, Miller H L, eds. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth
Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
603 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
[90]摇 Masiello C A, Druffel E R M. Carbon isotope geochemistry of the Santa Clara River. Global Biogeochemical Cycles, 2001, 15(2): 407鄄416.
[91] 摇 Leifeld J, Fenner S, M俟ller M. Mobility of black carbon in drained peatland soils. Biogeosciences, 2007, 4: 425鄄432.
[92] 摇 Major J, Lehmannn J, Rondon M, Goodale C. Fate of soil鄄applied black carbon: downward migration, leaching and soil respiration. Global
Change Biology, 2010, 16(4): 1366鄄1379.
[93] 摇 Carcaillet C. Are Holocene wood鄄charcoal fragments stratified in alpine and subalpine soils? Evidence from the Alps based on AMS 14C dates.
Holocene, 2001, 11(2): 231鄄242.
[94] 摇 Gavin D G. Forest soil disturbance intervals inferred from soil charcoal radiocarbon dates. Canadian Journal of Forest Research, 2003, 33(12):
2514鄄2518.
[95] 摇 Zhang M K, Liu Z Y. Soil erosion鄄induced selective transfer of various forms of organic carbon in red soil slope field. Journal of Soil and Water
Conservation, 2009, 23(1): 45鄄49.
[96] 摇 Rumpel C, Alexis M. Chabbi A, Chaplot V, Rasse D P, Valentin C, Mariotti A. Black carbon contribution to soil organic matter composition in
tropical sloping land under slash and burn agriculture. Geoderma, 2006, 130(1 / 2): 35鄄46.
[97] 摇 Liu Z Y, Zhang M K. Black carbon occurrence and distribution in forest soils in Zhejiang Province, China. Journal of Zhejiang Forestry College,
2009, 26(3): 341鄄345.
[98] 摇 Chaplot V A M, Rumpel C, Valentin C. Water erosion impact on soil and carbon redistributions within uplands of Mekong River. Global
Biogeochemical Cycles, 2005, 19(4): 20鄄32.
[99] 摇 Guggenberger G, Rodionov A, Shibistova O, Grabe M, Kasansky O A, Fuchs H, Mikheyeva N, Zrazhevskaya G, Flessa H. Storage and mobility
of black carbon in permafrost soils of the forest tundra ecotone in Northern Siberia. Global Change Biology, 2008, 14(6): 1367鄄1381.
[100] 摇 Schmidt M W I, Skjemstad J O, J覿ger C. Carbon isotope geochemistry and nanomorphology of soil black carbon: black chernozemic soils in
central Europe originate from ancient biomass burning. Global Biogeochemical Cycles, 2002, 16(4), 1123鄄1130.
[101] 摇 Nguyen B T, Lehmann J, Kinyangi J, Smernik R, Riha S J, Engelhard M H. Long鄄term black carbon dynamics in cultivated soil.
Biogeochemistry, 2008, 89(3): 295鄄308.
[102] 摇 Brodowski S B. Origin, Function, and Reactivity of Black Carbon in the Arable Soil Environment. Bayreuth: University of Bayreuth, 2004.
[103] 摇 Smith J L, Collins H P, Bailey V L. The effect of young biochar on soil respiration. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42(12): 2345鄄2347.
[104] 摇 Hockaday W C, Grannas A M, Kim S, Hatcher P G. Direct molecular evidence for the degradation and mobility of black carbon in soils from
ultrahigh鄄resolution mass spectral analysis of dissolved organic matter from a fire鄄impacted forest soil. Organic Geochemistry, 2006, 37 (4):
501鄄510.
[105] 摇 Hamer U, Marschner B, Brodowski S, Amelung W. Interactive priming of black carbon and glucose mineralization. Organic Geochemistry, 2004,
35(7): 823鄄830.
[106] 摇 Czimczik C I, Preston C M, Schmidt M W I, Schulze E D. How surface fire in siberian scots pine forests affects soil organic carbon in the forest
floor: stocks, molecular structure, and conversion to black carbon (charcoal) . Global Biogeochemical Cycles, 2003, 17(1): 1020鄄1033.
[107] 摇 Nguyen B T, Lehmann J. Black carbon decomposition under varying water regimes. Organic Geochemistry, 2009, 40(8): 846鄄853.
[108] 摇 Nguyen B T, Lehmann J, Hockaday W C, Joseph S, Masiello C A. Temperature sensitivity of black carbon decomposition and oxidation.
Environmental Science and Technology, 2010, 44 (9): 3324鄄3331.
[109] 摇 Rovira P, Duguy B, Vallejo V R. Black carbon in wildfire鄄affected shrubland mediterranean soils. Journal of plant nutrition and soil science,
2009, 172(1): 43鄄52.
[110] 摇 Czimczik C I, Schmidt M W I, Schulze E D. Effects of increasing fire frequency on black carbon and organic matter in Podzols of Siberian Scots
pine forests. European Journal of Soil Science, 2005, 56(3): 417鄄428.
[111] 摇 Cheng C H, Lehmann J, Thies J E, Burton S D, Engelhard M H. Oxidation of black carbon by biotic and abiotic processes. Organic
Geochemistry, 2006, 37(11): 1477鄄1488.
[112] 摇 Hilscher A, Heister K, Siewert C, Knicker H. Mineralisation and structural changes during the initial phase of microbial degradation of pyrogenic
plant residues in soil. Organic Geochemistry, 2009, 40(3): 332鄄342.
[113] 摇 Kuzyakov Y, Subbotina I, Chen H Q, Bogomolova I, Xu X L. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated
by 14C labeling. Soil Biology and Biochemistry, 2009, 41(2): 210鄄219.
[114] 摇 Koutcheiko S, Monreal C M, Kodama H, McCracken T, Kotlyar L. Preparation and characterization of activated carbon derived from the thermo鄄
chemical conversion of chicken manure. Bioresource Technology, 2007, 98(13): 2459鄄2464.
[115] 摇 Pacala S, Socolow R. Stabilization wedges: solving the climate problem for the next 50 years with current technologies. Science, 2004, 305
(5686): 968鄄972.
[116] 摇 Lehmann J, Czimczik C I, Laird D, Sohi S P. Stability of biochar in soil椅Lehmann C J, Joseph S, eds. Biochar for Environmental Management:
703摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
Science and Technology. London: Earthscan, 2009.
[117] 摇 Durenkamp M, Luo Y, Brookes P C. Impact of black carbon addition to soil on the determination of soil microbial biomass by fumigation
extraction. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42(11): 2026鄄2029.
[118] 摇 Wardle D A, Nilsson M C, Zackrisson O. Fire鄄derived charcoal causes loss of forest humus. Science, 2008, 320(5876): 629鄄629.
[119] 摇 Rogovska N, Fleming P D, Cruse R, Laird D A. Greenhouse gas emissions from soils as affected by addition of biochar椅Geological Society of
America and Soil Science Society of America Meeting abstract. Houston, 2008.
[120] 摇 Novak J M, Busscher W J, Watts D W, Laird D A, Ahmedna M A, Niandou M A S. Short鄄term CO2 mineralization after additions of biochar and
switchgrass to a Typic Kandiudult. Geoderma, 2010, 154(3 / 4): 281鄄288.
[121] 摇 Spokas K A, Koskinen W C, Baker J M, Reicosky D C. Impacts of woodchip biochar additions on greenhouse gas production and sorption /
degradation of two herbicides in a Minnesota soil. Chemosphere, 2009, 77(4): 574鄄581.
[122] 摇 Liang B Q, Lehmann J, Sohi S P, Theis J E, O忆Neill B, Trujillo L, Gaunt J, Solomon D, Grossman J, Neves E G, Luiz觔o F J. Black carbon
affects the cycling of non鄄black carbon in soil. Organic Geochemistry, 2010, 41(2): 206鄄213.
[123] 摇 Lehmann J, da Silva J P Jr, Steiner C, Nehls T, Zech W, Glaser B. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a
Ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments. Plant and Soil, 2003, 249(2): 343鄄357.
[124] 摇 DeLuca T H, MacKenzie M D, Gundale M J, Holben W E. Wildfire鄄produced charcoal directly influences nitrogen cycling in ponderosa pine
forests. Soil Science Society of America Journal, 2006, 70(2): 448鄄453.
[125] 摇 Berglund L M, DeLuca T H, Zackrisson O. Activated carbon amendments to soil alters nitrification rates in Scots pine forests. Soil Biology and
Biochemistry, 2004, 36(12): 2067鄄2073.
[126] 摇 Yanai Y, Toyota K, Okazani M. Effects of charcoal addition on N2 O emissions from soil resulting from rewetting air鄄dried soil in short鄄term
laboratory experiments. Soil Science and Plant Nutrition, 2007, 53(2): 181鄄188.
[127] 摇 Rondon M, Ramirez J A, Lehmann J. Charcoal additions reduce net emissions of greenhouse gases to the atmosphere椅Proceedings of 3 rd USDA
Symposium on Greenhouse Gases and Carbon Sequestration. Baltimore, 2005: 208鄄208.
[128] 摇 Knoblauch C, Maarifat A A, Pfeiffer E M, Haefele S M. Degradability of black carbon and its impact on trace gas fluxes and carbon turnover in
paddy soils. Soil Biology and Biochemistry, 2010, doi: 10. 1016 / j. soilbio. 2010. 07. 012.
[129] 摇 Smernik R, Skjemstad J. Mechanisms of organic matter stabilization and destabilization in soils and sediments: conference introduction.
Biogeochemistry, 2009, 92(1 / 2): 3鄄8.
[130] 摇 Marschner B, Brodowski S, Dreves A, Gleixner G, Gude A, Grootes P M, Hamer U, Heim A, Jandl G, Ji R, Kaiser K, Kalbitz K, Kramer C,
Leinweber P, Rethemeyer J, Sch覿ffer A, Schmid M W I, Schwark L, Wiesenberg G L B. How relevant is recalcitrance for the stabilization of
organic matter in soils? Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2008, 171(1): 91鄄110.
[131] 摇 Laird D A, Chappell M A, Martens D A, Wershaw R L, Thompson M. Distinguishing black carbon from biogenic humic substances in soil clay
fractions. Geoderma, 2008, 143(1 / 2): 115鄄122.
[132] 摇 Schulten H R, Schnitzer M. A state of the art structural concept for humic substances. Naturwissenschaften, 1993, 80(1): 29鄄30.
[133] 摇 Piccolo A. The supramolecular structure of humic substances. Soil Science, 2001, 166(11): 810鄄832.
[134] 摇 Dou S, Li K, Cui J T, Guan S, Zhang J J. Advancement in the study on formation, transformation and structural characteristics of soil humic
substances. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(6): 1148鄄1158.
[135] 摇 Zhang J J, Dou S. Advances in soil humin research. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(3): 1229鄄1239.
[136] 摇 Haumaier L, Zech W. Black carbon—possible source of highly aromatic components of soil humic acids. Organic Geochemistry, 1995, 23(3):
191鄄196.
[137] 摇 Chiou C T, Kile D E, Rutherford D W, Sheng G, Boyd S A. Sorption of selected organic compounds from water to a peat soil and its humic鄄acid
and humin fractions: potential sources of the sorption nonlinearity. Environmental Science and Technology, 2000, 34(7): 1254鄄1258.
[138] 摇 Poirier N, Derenne S, Rouzaud J N, Largeau C, Mariotti A, Balesdent J, Maquet J. Chemical structure and sources of the macromolecular,
resistant, organic fraction isolated from a forest soil (Lacad佴e, south鄄west France) . Organic Geochemistry, 2000, 31(9): 813鄄827.
[139] 摇 Parshotam A. Modelling recalcitrant soil organic carbon, the “holy grail冶 in soil science椅Ghassemi F, Whetton P, Little R, Littleboy M, eds.
MODSIM 2001: International Congress of Modelling and Simulation. Canberra: Modelling and Simulation Society of Australia and New Zealand,
2001: 721鄄726.
[140] 摇 Lehmann J, Skjemstad J, Sohi S, Carter J, Barson M, Falloon P, Coleman K, Woodbury P, Krull E. Australian climate鄄carbon cycle feedback
reduced by soil black carbon. Nature Geoscience, 2008, 1: 832鄄835.
[141] 摇 Leifeld J. Biased 14C鄄derived organic carbon turnover estimates following black carbon input to soil: an exploration with RothC. Biogeochemistry,
2008, 88(3): 205鄄211.
803 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
[142] 摇 Skjemstad J O, Spouncer L R, Cowie B, Swift R S. Calibration of the Rothamsted organic carbon turnover model (RothC ver. 26. 3), using
measurable soil organic carbon pools. Australian Journal of Soil Research, 2004, 42(1): 79鄄88.
[143] 摇 Rethemeyer J, Grootes P M, Brodowski S, Ludwig B. Evaluation of soil 14C data for estimating inert organic matter in the RothC model.
Radiocarbon, 2007, 49(2): 1079鄄1091.
[144] 摇 Tang L L, Tang X Y, Zhu Y G, Zheng M H, Miao Q L. Contamination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in urban soils in Beijing,
China. Environment International, 2005, 31(6): 822鄄828.
[145] 摇 Oen A M P, Cornelissen G, Breedveld G D. Relation between PAH and black carbon contents in size fractions of norwegian harbor sediments.
Environmental Pollution, 2006, 141(2): 370鄄380.
[146] 摇 Cao Q M, Chen G Z, Miao S Y. Distribution and correlations of polycyclic aromatic hydrocarbons with organic carbon and black carbon in surface
sediments of three mangrove wetlands in the Shantou Wetland Demonstration Site, China. Acta Scientiae Circumstantiae, 2009, 29 ( 4 ):
861鄄868.
[147] 摇 Cheng S. B. Biogeochemistry Processes of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soil / Sediment鄄Organism Systems. Shanghai: East China Normal
University, 2009.
[148] 摇 Jonker M T O, Hawthorne S B, Koelmans A A. Extremely slowly desorbing polycyclic aromatic hydrocarbons from soot and soot鄄like materials:
evidence by supercritical fluid extraction. Environmental Science and Technology, 2005, 39(20): 7889鄄7895.
[149] 摇 Gustafsson 魻, Gschwend P M. Soot as a strong partition medium for polycyclic aromatic hydrocarbons in aquatic systems椅Eganhouse R P, ed.
Molecular Markers in Environmental Geochemistry. ACS Symposium Series 671, Washington DC: American Chemical Society, 1997: 365鄄381.
[150] 摇 Yang Y, Hofmann T, Pies C, Grathwohl P. Sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) to carbonaceous materials in a river floodplain
soil. Environmental Pollution, 2008, 156(3): 1357鄄1363.
[151] 摇 Kim D, Kumfer B M, Anastasio C, Kennedy I M, Young T M. Environmental aging of polycyclic aromatic hydrocarbons on soot and its effect on
source identification. Chemosphere, 2009, 76(8): 1075鄄1081.
[152] 摇 Bucheli T D, Gustafsson 魻. Quantification of the soot鄄water distribution coefficient of PAHs provides mechanistic basis for enhanced sorption
observations. Environmental Science and Technology, 2000, 34(24): 5144鄄5151.
[153] 摇 Van Noort P C M, Jonker M T O, Koelmans A A. Modeling maximum adsorption capacities of soot and soot鄄like materials for PAHs and PCBs.
Environmental Science and Technology, 2004, 38(12): 3305鄄3309.
[154] 摇 Rouquerol J, Rouquerol F, Sing K. Adsorption by Powders and Porous Solids. London: Academic Press, 1999.
[155] 摇 Cornelissen G, Gustafsson 魻, Bucheli T D, Jonker M T O, Koelmans A A, van Noort P C M. Extensive sorption of organic compounds to black
carbon, coal and kerogen in sediments and soils: mechanisms and consequences for distribution, bioaccumulation, and biodegradation.
Environmental Science and Technology, 2005, 39(18): 6881鄄6895.
[156] 摇 Van Noort P C M. A thermodynamics鄄based estimation model for adsorption of organic compounds by carbonaceous materials in environmental
sorbents. Environmental Toxicology and Chemistry, 2003, 22(6): 1179鄄1188.
[157] 摇 Karanfil T, Kilduff J E. Role of granular activated carbon surface chemistry on the adsorption of organic compounds. 1. priority pollutants.
Environmental Science and Technology, 1999, 33(18): 3217鄄3224.
[158] 摇 Mastral A M, Garcia T, Call佴n M S, L佼pez J M, Navarro M V, Murillo R, Galb佗n J. Three鄄ring PAH removal from waste hot gas by sorbents:
influence of the sorbent characteristics. Environmental Science and Technology, 2002, 36(8): 1821鄄1826.
[159] 摇 Vander Wal R L, Yezerets A, Currier N W, Kim D H, Wang C M. HRTEM Study of diesel soot collected from diesel particulate filters. Carbon,
2007, 45(1): 70鄄77.
[160] 摇 Smedley J M, Williams A, Bartle K D. A mechanism for the formation of soot particles and soot deposits. Combust and Flame, 1992, 91(1): 71鄄
82.
[161] 摇 Kang Y J. Study of Black Carbon and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Sediments of the China忆 s Marginal Seas. Qingdao: Institute of
Oceanology, Chinese Academy of Sciences, 2008.
[162] 摇 Mai B X, Qi S H, Zeng E Y, Yang Q S, Zhang G, Fu J M, Sheng G Y, Peng P A, Wang Z S. Distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons
in the coastal region off Macao, China: assessment of input sources and transport pathways using compositional analysis. Environmental Science
and Technology, 2003, 37(21): 4855鄄4863.
[163] 摇 Gustafsson 魻, Haghseta F, Chan C, Macfarlane J, Gschwend P M. Quantification of the dilute sedimentary soot phase: implications for PAH
speciation and bioavailability. Environmental Science ans Technology, 1997, 31(1): 203鄄209.
[164] 摇 Lohmann R, Macfarlane J K, Gschwend P M. Importance of black carbon to sorption of native PAHs, PCBs, and PCDDs in Boston and New York
harbor sediments. Environmental Science and Technology, 2005, 39(1): 141鄄148.
[165] 摇 Andrade鄄Eiroa A, Leroy V, Dagaut P, Bedjanian Y. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in kerosene and bio鄄kerosene soot.
903摇 1 期 摇 摇 摇 汪青:土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 摇
http: / / www. ecologica. cn
Chemosphere, 2010, 78(11): 1342鄄1349.
[166] 摇 Corapcioglu M O, Huang C P. The adsorption of heavy metals onto hydrous activated carbon. Water Research, 1987, 21(9): 1031鄄1044.
[167] 摇 Sato S, Yoshihara K, Moriyama K, Machida M, Tatsumoto H. Influence of activated carbon surface acidity on adsorption of heavy metal ions and
aromatics from aqueous solution. Applied Surface Science, 2007, 253(20): 8554 – 8559.
[168] 摇 Wu C, Zhang X L, Li G B. Sorption of Hg2+, As3+, Pb2+ and Cd2+ by black carbon. Journal of Agro鄄Environment Science, 2007, 26(2): 770鄄
774.
[169] 摇 Strelko V, Malik D J. Characterization and metal sorptive properties of oxidized active carbon. Journal of Colloid and Interface Science, 2002,
250(1): 213鄄220.
[170] 摇 Jia Y F, Xiao B, Thomas K M. Adsorption of metal ions on nitrogen surface functional groups in activated carbons. Langmuir, 2002, 18:
470鄄478.
[171] 摇 Qiu Y P, Cheng H Y, Xu C, Sheng G D. Surface characteristics of crop鄄residue鄄derived black carbon and lead(II) adsorption. Water Reseach,
2008, 42(3): 567鄄574.
[172] 摇 Wu C, Zhang X L, Li G B. Effects of pyrolytic temperature on cation exchange capacity and Pb2+ and Cd2+ sorption of black carbon. Journal of
Agro鄄Environment Science, 2007, 26(3): 1169鄄1172.
[173] 摇 Liang B, Lehmann J, Solomon D, Kinyangi J, Grossman J, O忆Neill B, Skjemstad J O, Thies J, Luiz觔o F J. Petersen J, Neves E G. Black
carbon increases cation exchange capacity in soils. Soil Science Society of America Journal, 2006, 70(5): 1719鄄1730.
[174] 摇 Wu C, Zhang X L, Li G B. Effect of low molecular weight organic acids on Pb2+ and Cd2+ adsorption of black carbon. Journal of Agro鄄
Environment Science, 2006, 25(5): 1383鄄1387.
[175] 摇 Zhang W B, Qian X B, Ma L F. Adsorption properties of bamboo charcoal under different carbonized temperatures for heavy metal ions. Journal of
Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2009, 33(6): 20鄄24.
[176] 摇 Le Leuch L M, Bandosz T J. The role of water and surface acidity on the reactive adsorption of ammonia on modified activated carbons. Carbon,
2007, 45(3): 568鄄578.
[177] 摇 Laird D A, Fleming P D, Wang B Q, Horton R, Karlen D L, Biochar impact on nutrient leaching from a Midwestern agricultural soil. Geoderma,
2010, 158(3 / 4): 436鄄442.
[178] 摇 Lee D K, Cho J S, Yoon W L. Catalytic wet oxidation of ammonia: why is N2 formed preferentially against NO-3 ?. Chemosphere, 2005, 61(4):
573鄄578.
参考文献:
[20]摇 韩永明, 曹军骥. 环境中的黑碳及其全球生物地球化学循环. 海洋地质与第四纪地质, 2005, 25(1): 125鄄132.
[34] 摇 刘玉学, 刘微, 吴伟祥, 钟哲科, 陈英旭. 土壤生物质炭环境行为与环境效应. 应用生态学报, 2009, 20(4): 977鄄982.
[57] 摇 张旭东, 梁超, 诸葛玉平, 姜勇, 解宏图, 何红波, 王晶. 黑碳在土壤有机碳生物地球化学循环中的作用. 土壤通报, 2003, 34(4):
349鄄355.
[63] 摇 章明奎, 王浩, 郑顺安. 土壤中黑碳的表面化学性质及其变化研究. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2009, 35(3): 278鄄284.
[77] 摇 何跃, 张甘霖. 城市土壤有机碳和黑碳的含量特征与来源分析. 土壤学报, 2006, 43(2): 177鄄182.
[78] 摇 尹云锋, 杨玉盛, 高人, 陈光水, 谢锦升, 钱伟, 赵月彩. 皆伐火烧对杉木人工林土壤有机碳和黑碳的影响. 土壤学报, 2009, 46(2):
352鄄355.
[87] 摇 曹国良, 张小曳, 王亚强, 车惠正, 陈东. 中国大陆黑碳气溶胶排放清单. 气候变化研究进展, 2006, 2(6): 259鄄264.
[88] 摇 殷建平, 王友绍, 徐继荣, 孙松. 海洋碳循环研究进展. 生态学报, 2006, 26(2): 566鄄575.
[95] 摇 章明奎, 刘兆云. 红壤坡耕地侵蚀过程中土壤有机碳的选择性迁移. 水土保持学报, 2009, 23(1): 45鄄49.
[97] 摇 刘兆云, 章明奎. 林地土壤中黑碳的出现及分布特点. 浙江林学院学报, 2009, 26(3): 341鄄345.
[134] 摇 窦森, 李凯, 崔俊涛, 关松, 张晋京. 土壤腐殖物质形成转化与结构特征研究进展. 土壤学报, 2008. 45(6): 1148鄄1158.
[135] 摇 张晋京, 窦森. 土壤胡敏素研究进展. 生态学报, 2008, 28(3): 1229鄄1239.
[146] 摇 曹启民, 陈桂珠, 缪绅裕. 多环芳烃的分布特征及其与有机碳和黑碳的相关性研究———以汕头国际湿地示范区三种红树林湿地表层沉
积物为例. 环境科学学报, 2009, 29(4): 861鄄868.
[147] 摇 程书波. 土壤 /沉积物—生物系统多环芳烃生物地球化学过程. 华东师范大学, 2009.
[161] 摇 康延菊. 中国近海沉积物中黑碳和多环芳烃的研究. 中国科学院海洋研究所, 2008.
[168] 摇 吴成, 张晓丽, 李关宾. 黑碳吸附汞砷铅镉离子的研究. 农业环境科学学报, 2007, 26(2): 770鄄774.
[172] 摇 吴成, 张晓丽, 李关宾. 热解温度对黑碳阳离子交换量和铅镉吸附量的影响. 农业环境科学学报, 2007, 26(3): 1169鄄1172.
[174] 摇 吴成, 张晓丽, 李关宾. 低分子量有机酸对黑碳吸附 Pb Cd的影响. 农业环境科学学报, 2006, 25(5): 1383鄄1387.
[175] 摇 张文标, 钱新标, 马灵飞. 不同炭化温度的竹炭对重金属离子的吸附性能. 南京林业大学学报(自然科学版), 2009, 33(6): 20鄄24.
013 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 1 January,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Allee effects of local populations and the synchrony of metapopulation LIU Zhiguang, ZHAO Xue, ZHANG Fengpan, et al ( 1 )…
Effects of leaf hair points on dew deposition and rainfall evaporation rates in moss crusts dominated by Syntrichia caninervis,
Gurbantunggut Desert, northwestern China TAO Ye, ZHANG Yuanming ( 7 )…………………………………………………
The influence of freshwater鄄saline water mixing on phytoplankton growth in Changjiang Estuary
WANG Kui, CHEN Jianfang, LI Hongliang, et al ( 17 )
………………………………………
…………………………………………………………………………
The responses of hydrological indicators to watershed characteristics TIAN Di,LI Xuyong,Donald E. Weller ( 27 )…………………
Lake nutrient ecosystems in the east鄄central moist subtropical plain of China KE Xinli, LIU Man, DENG Xiangzheng ( 38 )………
The current water trophic status in Tiaoxi River of Taihu Lake watershed and corresponding coping strategy based on N / P ratio
analysis NIE Zeyu,LIANG Xinqiang,XING Bo,et al ( 48 )………………………………………………………………………
Reversion and analysis on cyanobacteria bloom in Waihai of Lake Dianchi SHENG Hu, GUO Huaicheng, LIU Hui, et al ( 56 )……
Effects of cutting disturbance on spatial heterogeneity of fine root biomass of Larix principis鄄rupprechtii
YANG Xiuyun,HAN Youzhi,ZHANG Yunxiang,et al ( 64 )
………………………………
………………………………………………………………………
Responses of elm (Ulmus pumila) woodland to different disturbances in northeastern China
LIU Li,WANG He,LIN Changcun,et al ( 74 )
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Impacts of grazing and climate change on the aboveground net primary productivity of mountainous grassland ecosystems along
altitudinal gradients over the Northern Tianshan Mountains, China ZHOU Decheng, LUO Geping, HAN Qifei, et al ( 81 )……
Response of herbaceous vegetation to phosphorus fertilizer in steppe desert SU Jieqiong, LI Xinrong, FENG Li, et al ( 93 )………
Spatiotemporal characteristics of landscape change in the coastal wetlands of Yancheng caused by natural processes and human
activities ZHANG Huabing, LIU Hongyu,HAO Jingfeng, et al (101)……………………………………………………………
Response of species diversity in Caragana Korshinskii communities to climate factors and grazing disturbance in Shanxi, Shaanxi,
Ningxia and Inner Mongolia ZHOU Ling, SHANGGUAN Tieliang, GUO Donggang, et al (111)…………………………………
Seasonal change of leaf morphological traits of six broadleaf seedlings in South China
XUE Li,ZHANG Rou,XI Ruchun,GUO Shuhong,et al (123)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Correlation analysis on Reaumuria soongorica seed traits of different natural populations in Gansu Corridor
SU Shiping, LI Yi, CHONG Peifang (135)
……………………………
…………………………………………………………………………………………
Carbon fixation estimation for the main plantation forest species in the red soil hilly region of southern鄄central Jiangxi Province,
China WU Dan, SHAO Quanqin, LI Jia, et al (142)……………………………………………………………………………
Effects of clonal integration on growth of Alternanthera philoxeroides under simulated acid rain and herbivory
GUO Wei, LI Junmin, HU Zhenghua (151)
…………………………
…………………………………………………………………………………………
Difference of the fitness of Helicoverpa armigera (H俟bner) fed with different pepper varieties
JIA Yueli, CHENG Xiaodong, CAI Yongping, et al (159)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Hyperspectral estimating models of tobacco leaf area index ZHANG Zhengyang, MA Xinming, JIA Fangfang, et al (168)…………
Temporal and spatial distribution of Bemisia tabaci on different host plants CUI Hongying, GE Feng (176)…………………………
Abundance and composition of CO2 fixating bacteria in relation to long鄄term fertilization of paddy soils
YUAN Hongzhao, QIN Hongling, LIU Shoulong, et al (183)
………………………………
………………………………………………………………………
Effect of Leucaena leucocephala on soil organic carbon conservation on slope in the purple soil area
GUO Tian,HE Binghui,JIANG Xianjun,et al (190)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Isolation and the remediation potential of a Laccase鄄producing Soil Fungus F鄄5
MAO Ting, PAN Cheng, XU Tingting, et al (198)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of soil microbial biomass in Mulun National Nature Reserve in Karst area
LIU Lu, SONG Tongqing, PENG Wanxia, et al (207)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Root functional traits and trade鄄offs in one鄄year鄄old plants of 25 species from the arid valley of Minjiang River
XU Kun, LI Fanglan, GOU Shuiyan, et al (215)
………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial distribution of carbon density in grassland vegetation of the Loess Plateau of China
CHENG Jimin, CHENG Jie,YANG Xiaomei, et al (226)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of nitrogen concentration in the subtending leaves of cotton bolls on the strength of source and sink during boll development
GAO Xiangbin, WANG Youhua, CHEN Binglin, et al (238)
…
………………………………………………………………………
Long鄄term tillage effects on soil organic carbon and microbial biomass carbon in a purple paddy soil
LI Hui, ZHANG Junke, JIANG Changsheng,et al (247)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of exogenous calcium on resistance of Hydrilla verticillata (L. f. ) Royle to cadmium stress
MIN Haili, CAI Sanjuan, XU Qinsong, et al (256)
…………………………………
………………………………………………………………………………
Comparison of grain protein components and processing quality in responses to dim light during grain filling between strong and weak
gluten wheat cultivars LI Wenyang, YAN Suhui, WANG Zhenlin (265)…………………………………………………………
Review and Monograph
Salt鄄responsive mechanisms in the plant root revealed by proteomic analyses ZHAO Qi, DAI Shaojun (274)…………………………
The research progress and prospect of watershed ecological risk assessment XU Yan, GAO Junfeng, ZHAO Jiahu, et al (284)……
A review of the environmental behavior and effects of black carbon in soils and sediments WANG Qing (293)………………………
Scientific Note
Variation in main morphological characteristics of Amorpha fruticosa plants in the Qinghai鄄Tibet Plateau
LIANG Kunlun, JIANG Wenqing, ZHOU Zhiyu, et al (311)
………………………………
………………………………………………………………………
Identification of aphid resistance in eleven species from Dendranthema and Artemisia at seedling stage
SUN Ya, GUAN Zhiyong, CHEN Sumei, et al (319)
………………………………
………………………………………………………………………………
Research of padded film for afforestation in coastal argillaceous saline鄄alkali land
JING Feng, ZHU Jinzhao, ZHANG Xuepei, et al (326)
………………………………………………
………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
国内邮发代号:82鄄7摇 国外邮发代号:M670摇 标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 CN 11鄄2031 / Q
全国各地邮局均可订阅,也可直接与编辑部联系购买。 欢迎广大科技工作者、科研单位、高等院校、图书
馆等订阅。
通讯地址: 100085 北京海淀区双清路 18 号摇 电摇 摇 话: (010)62941099; 62843362
E鄄mail: shengtaixuebao@ rcees. ac. cn摇 网摇 摇 址: www. ecologica. cn
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 1 期摇 (2012 年 1 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 1摇 2012
编摇 摇 辑摇 《生态学报》编辑部
地址:北京海淀区双清路 18 号
邮政编码:100085
电话:(010)62941099
www. ecologica. cn
shengtaixuebao@ rcees. ac. cn
主摇 摇 编摇 冯宗炜
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
中国科学院生态环境研究中心
地址:北京海淀区双清路 18 号
邮政编码:100085
出摇 摇 版摇
摇 摇 摇 摇 摇 地址:北京东黄城根北街 16 号
邮政编码:100717
印摇 摇 刷摇 北京北林印刷厂
发 行摇
地址:东黄城根北街 16 号
邮政编码:100717
电话:(010)64034563
E鄄mail:journal@ cspg. net
订摇 摇 购摇 全国各地邮局
国外发行摇 中国国际图书贸易总公司
地址:北京 399 信箱
邮政编码:100044
广告经营
许 可 证摇 京海工商广字第 8013 号
Edited by摇 Editorial board of
ACTA ECOLOGICA SINICA
Add:18,Shuangqing Street,Haidian,Beijing 100085,China
Tel:(010)62941099
www. ecologica. cn
Shengtaixuebao@ rcees. ac. cn
Editor鄄in鄄chief摇 FENG Zong鄄Wei
Supervised by摇 China Association for Science and Technology
Sponsored by摇 Ecological Society of China
Research Center for Eco鄄environmental Sciences, CAS
Add:18,Shuangqing Street,Haidian,Beijing 100085,China
Published by摇 Science Press
Add:16 Donghuangchenggen North Street,
Beijing摇 100717,China
Printed by摇 Beijing Bei Lin Printing House,
Beijing 100083,China
Distributed by摇 Science Press
Add:16 Donghuangchenggen North
Street,Beijing 100717,China
Tel:(010)64034563
E鄄mail:journal@ cspg. net
Domestic 摇 摇 All Local Post Offices in China
Foreign 摇 摇 China International Book Trading
Corporation
Add:P. O. Box 399 Beijing 100044,China
摇 ISSN 1000鄄0933CN 11鄄2031 / Q 国内外公开发行 国内邮发代号 82鄄7 国外发行代号 M670 定价 70郾 00 元摇