生物炭对红黏土饱和持水量及植物生长的影响

doi:10.11988/ckyyb.20240096

raybet体育在线院报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (5): 97-103.DOI: 10.11988/ckyyb.20240096

生物炭对红黏土饱和持水量及植物生长的影响

李源涛¹(), 刘之葵¹(), 陶国钲¹, 韦海霞¹, 蒋仕清², 姜大伟²

¹ 桂林理工大学土木工程学院,广西桂林 541004
² 建材桂林地质工程勘察院有限公司,广西桂林 541002

收稿日期:2024-01-25 修回日期:2024-04-23 出版日期:2025-05-01 发布日期:2025-05-01
通信作者:
刘之葵(1968-),男,江西兴国人,教授,博士,博士生导师,主要从事地质工程、岩土工程专业的教学与科研工作。E-mail:liuzhikui@126.com
作者简介:
李源涛(1999-),男,广西南宁人,硕士研究生,研究方向为环境岩土工程。E-mail:1020210641@glut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41867039); 广西岩土力学与工程重点试验室项目(桂科能20-Y-XT-03); 南方石山地区矿山地质环境修复工程技术创新中心项目(CXZX2020002)

Effects of Biochar on Saturated Water Holding Capacity of Red Clay and Plant Growth

LI Yuan-tao¹(), LIU Zhi-kui¹(), TAO Guo-zheng¹, WEI Hai-xia¹, JIANG Shi-qing², JIANG Da-wei²

¹ School of Civil Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China
² Guilin Geological Engineering Investigation Institute of China Building Materials Group Limited Company, Guilin 541002, China

Received:2024-01-25 Revised:2024-04-23 Published:2025-05-01 Online:2025-05-01

摘要/Abstract

摘要：

生物炭具有疏松多孔、高比表面积的性质,是一种环境友好型的土壤改良剂。为研究生物炭对红黏土的持水能力及常用护坡草种生长的影响,以桂林红黏土为研究对象,将不同原料类型和掺量的生物炭掺入红黏土中,进行了持水量试验、盆栽种植试验、酸碱度试验,结合扫描电镜(SEM)阐释生物炭对红黏土持水能力的影响机制。试验结果表明:红黏土的饱和持水量和pH值均随4种生物炭掺量的增加而增大,生物炭的掺入有效地改善了植物生长环境条件;掺入生物炭后草种的发芽数和株高都得到提高,但掺量>5%后会抑制草种生长;通过微观测试发现,生物炭充填于红黏土团聚体之间的孔隙中,因其多孔性和亲水性,使红黏土的饱和持水量提高。研究成果有助于生物炭在红黏土地区生态护坡工程中的应用。

关键词: 生物炭, 红黏土, 持水能力, 植物生长, 微观结构

Abstract:

Biochar is an environmentally friendly soil modifier due to its porous and high specific surface area. To investigate its impact on the water-holding capacity of red clay and the growth of common slope grass species, we selected red clay from Guilin as the research subject. Different types and dosages of biochar were incorporated into the red clay. Subsequently, water-holding capacity tests, pot-planting tests, and pH tests were conducted. Scanning electron microscopy (SEM) was employed to elucidate the mechanism by which biochar affects the water-holding capacity of red clay. Results revealed that the saturated water-holding capacity and pH value of red clay increased with the rising content of four types of biochar, effectively improving the environmental conditions for plant growth. Specifically, adding biochar increased the germination number and plant height of grass seeds. However, a biochar content exceeding 5% negatively affected the growth of grass seeds. Microscopic tests indicated that biochar filled the pores between red clay aggregates, thereby enhancing the saturated water-holding capacity of red clay thanks to its porosity and hydrophilicity.

Key words: biochar, red clay, water-holding capacity, plant growth, microstructure

中图分类号:

TU446红粘土与地基

李源涛, 刘之葵, 陶国钲, 韦海霞, 蒋仕清, 姜大伟. 生物炭对红黏土饱和持水量及植物生长的影响[J]. raybet体育在线院报, 2025, 42(5): 97-103.

LI Yuan-tao, LIU Zhi-kui, TAO Guo-zheng, WEI Hai-xia, JIANG Shi-qing, JIANG Da-wei. Effects of Biochar on Saturated Water Holding Capacity of Red Clay and Plant Growth[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(5): 97-103.

图/表 13

图1 试验用土和生物炭的粒径分布曲线

Fig.1 Particle size distribution curves of test soil and biochar

表1 桂林红黏土基本物理性质

Table 1 Basic physical properties of red clay

天然含水率/%	密度/ (g·cm^-3)	塑限/ %	液限/ %	塑性指数	最大干密度/ (g·cm^-3)	最优含水率/%
26.8	1.65	38.7	62.8	24.1	1.39	33.9

表2 生物炭基本性质

Table 2 Basic properties of biochar

类型	pH值	密度/ (g·cm^-3)	灰分含量/%	比表面积/ (m²·g^-1)	热解温度/℃
小麦秸秆炭	7.73	0.78	15.76	51.7	500
玉米秸秆炭	8.68	0.56	7.30	137.4	500
木炭	9.85	0.49	9.45	163.5	700
竹炭	7.78	0.38	4.69	198.2	700

表3 试验方案

Table 3 Test schemes

试验名称	生物炭类型	生物炭掺量/%	生物炭粒径/mm	红黏土粒径/mm
浸水饱和法	小麦秸秆炭、玉米秸秆炭、木炭、竹炭	0、2.5、5、7.5、10	<0.5	<2
植生试验	小麦秸秆炭	0、2.5、5、7.5、10	<0.5	<5
植生试验	玉米秸秆炭、木炭、竹炭	5	<0.5	<5
酸碱度试验	小麦秸秆炭、玉米秸秆炭、木炭、竹炭	0、2.5、5、7.5、10	<0.5	<2

图2 浸水饱和法示意图及实物

Fig.2 Schematic diagram of the immersion saturation method

图3 各草种生长情况

Fig.3 Grass growth

图4 最大持水量与掺量的关系曲线

Fig.4 Relationship between maximum water holding capacity and biochar dosage

图5 不同生物炭类型及掺量下红黏土的pH值

Fig.5 The pH value of red clay with different biochar types and content

图6 不同小麦秸秆炭掺量下各草种的生长情况

Fig.6 Growth of various grass species with different dosages of wheat straw biochar

图7 4种生物炭在5%掺量下草种的生长情况

Fig.7 Grass growth with four kinds of biochar at a dosage of 5%

图8 生物炭的扫描电镜图像

Fig.8 SEM images of biochar

图9 红黏土及5%掺炭红黏土的扫描电镜图像

Fig.9 SEM images of original red clay and red clay with 5% biochar

图10 生物炭与水作用的示意图

Fig.10 Schematic diagram of the interaction between biochar and water

[1]	张超杰, 洪瑜泽, 程泽海, 金鎏君, 凌豪俊. 高延性固化粉土的力学特性及微观结构[J]. raybet体育在线院报, 2025, 42(5): 155-164.
[2]	陈欣, 安然, 张先伟, 陈昶, 袁童. MICP固化花岗岩残积土的崩解特性[J]. raybet体育在线院报, 2025, 42(2): 138-144.
[3]	陈筠, 黄洋, 向川, 龙钰. 固定化微生物技术修复镉污染红黏土的室内试验研究[J]. raybet体育在线院报, 2024, 41(6): 106-113.
[4]	王晨霞, 王金旭, 王宇飞, 梁卫国, 苏天, 曹芙波. 硅灰对再生混凝土抗盐冻性能及微观结构的影响[J]. raybet体育在线院报, 2024, 41(6): 171-177.
[5]	蔺文博, 宁贵霞, 马丽娜, 丁小刚, 张扬, 罗伟. 非饱和重塑弱膨胀土微观孔结构特征与水力迂曲度研究[J]. raybet体育在线院报, 2024, 41(4): 124-130.
[6]	张豫川, 高旭龙, 刘东发, 黄鸿伟. 基于SEM的土体微观结构三维分析与分维计算方法[J]. raybet体育在线院报, 2024, 41(2): 91-97.
[7]	皇甫婧琪, 何强. α-半水石膏对掺铁尾砂水泥砂浆综合性能的影响[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(9): 176-180.
[8]	王重阳, 李晓丽, 赵晓泽, 杨健. 碱激发下砒砂岩钢渣粉水泥复合土强度及微观机理[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(7): 132-138.
[9]	张雪莲, 吴道勇, 叶雷, 袁滨伶. 胶体氧化物对红黏土微观结构和胀缩性的影响[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(5): 139-144.
[10]	肖桂元, 张达锦, 雷云, 朱杰茹. 氯化钙溶液对红黏土渗透系数变化的影响[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(3): 80-84.
[11]	宋佳, 白杨, 王小林. 基于深度学习的黄土干湿循环损伤分析[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(2): 87-94.
[12]	朱彦鹏, 王浩, 房光文, 刘东瑞, 吕玉宝. 强风化岩流态固化土压缩特性正交试验研究[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(12): 103-109,117.
[13]	彭光灿, 徐兴倩, 屈新, 赵熹, 王海军, 蔡波. 红黏土固结压缩过程中电阻率结构特性试验研究[J]. raybet体育在线院报, 2023, 40(11): 140-145.
[14]	赵洪星. 电渗联合化学溶液加固淤泥质软土试验研究[J]. raybet体育在线院报, 2022, 39(5): 99-105.
[15]	王连锐, 陈筠, 杨恒, 黄阳, 黄洋. 微生物对红黏土强度的改良效应及机理研究[J]. raybet体育在线院报, 2022, 39(5): 125-131.

生物炭对红黏土饱和持水量及植物生长的影响

Effects of Biochar on Saturated Water Holding Capacity of Red Clay and Plant Growth

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价