1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
本课题的意义
生物质炭是指在限氧条件下，通过250-750℃高温裂解将植物生物质碳化产生的一类物质。生物质炭性质受碳化温度、升温过程等因素影响。同时，作物秸秆经热裂解炭化后可增加其在土壤中生物、化学稳定性，降低重金属溶出并有效吸附、钝化土壤重金属离子，从而影响重金属在土壤中的化学行为和作物吸收。
现有研究表明，生物质炭在减缓气候变化，增加土壤碳库，改善土壤肥力，降低土壤污染及促进作物增产等方面均有十分显著的作用。随着我国工业化和城镇化的发展，农田重金属污染严重程度逐渐显现。据报道，我国耕地土壤超标率为19.4%，主要以中轻度重金属污染为主，但多数遭受污染耕地上的农业生产活动并未停止。然而，如何有效处理和安全利用重金属污染农田作物秸秆问题却鲜有研究或报道。农作物秸秆还田是增加土壤有机质和提高土壤生产力的重要途径和措施，但秸秆还田的同时也将作物所吸收的重金属归还了农田，因此在重金属污染农田进行秸秆还田显得弊大于利。本实验选取重金属污染与未污染地农田小麦秸秆作为研究对象，研究不同炭化温度（350、450和550 ℃）对小麦秸秆生物质炭的物理、化学性质及重金属形态组成的影响，为生物质炭的热裂解过程优化提供一定的参考，同时为探索出重金属污染农田作物秸秆离田后处理提供理论基础。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标
1、明确不同热裂解炭化温度对小麦秸秆生物质炭理化性质及重金属形态组成的影响；
2、明确污染和未污染农田小麦秸秆炭化后理化性质、重金属形态的不同；
3. 研究的方法与方案
研究方法
于试验地块均匀布点对小麦秸秆样品进行采集，小麦秸秆热裂解炭化过程中对炭化温度进行控制变量，秸秆热裂解炭化后生物质炭中各组分的测定使用化学分析法，受污染与未受污染小麦秸秆生物质炭组分分析进行对照试验，通过对实验数据的统计分析，进行小麦秸秆热裂解炭化温度的适宜度评价。
技术路线
重金属污染、未污染小麦田 |
小麦秸秆 |
不同温度下热裂解炭化 (300-700℃) |
小麦秸秆生物质炭样品分析 （测定炭化产物重金属全量和不同形态组分含量、有机碳、水溶性有机碳、养分含量、表面空隙和官能团含量、阳离子交换量、pH等） |
分析热裂解温度对生物质炭理化性质和重金属含量的影响 |
确定更为合理的热裂解炭化温度，明确炭化过程对重金属离子在各产物中分配及赋存形态的影响 |
实验方案
1、试验材料准备
本研究选取江苏省宜兴市某重金属污染稻田作为实验材料获取地。该污染稻田处于由上世纪60年代发展起来的金属冶炼和加工产业区的下风向约500米处（长180m, 宽100m），受工厂排放的污水及废渣而引的Cd、Pb污染。我们已于前期全面分析了该田块的重金属污染状况。土壤中污染物浓度随离污染源距离远近呈现梯度分布（Cd:0.5-44.6 mgkg-1; Pb:68-1200 mgkg-1），当地种植模式为水稻-小麦轮作。于小麦收获期分别采集污染和未污染试验地小麦秸秆晾干粉碎后利用便携式生物质热裂解炭化机炭化，炭化温度分别设置为 300、400、500、600、700℃。
2、样品实验室分析
(1) 含水率的测定采用常压直接烘干法；固定碳、灰分含量：采用《木炭和木炭试验方法》方法测定（GB/T17664-1999）；pH和电导率：采用1:10水浸提法测定；阳离子交换量（CEC）：采用乙酸钠火焰光度法测定；有机碳：重铬酸K容量法测定；全量氮、P、K：采用硫酸-过氧化氢消化法测定；速效P：采用 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；碱解氮：采用碱解扩散法测定；速效K：采用火焰光度法测定。
(2) BET比表面积测定：采用JW-044型全自动表面物理化学吸附仪，以高纯氮气作为样品的吸附气体，由吸附数据求得BET比表面积（GB/T，19587-2004 ）
(3) 重金属元素的测定包括全量和速效态的测定：全量Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Pb、Ni采用HNO3-HClO4（4:1，v/v）混合酸消化，使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES，Agilent 710）进行测定；全量As采用1:1王水沸水浴消化（徐玉梅等, 2003），使用原子荧光光谱仪测定；速效态Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Pb、Ni的含量采用DTPA-TEA浸提（固液比为1:10），使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES，Agilent 710）进行测定；速效态As的含量采用0.5 mol L-1 NaHCO3浸提（固液比为1:10），使用原子荧光光谱仪进行测定。
可行性分析
1、有关小麦秸秆生物质炭中重金属含量以及各形态组分含量、有机碳、CEC等项目的测定方法较为成熟。
2、指导教师已对本项目进行了初步的研究，并提供了实验室及共同学习的机会，给予了很多指导。
3、本项目采用的生物质炭热裂解设备是指导教师所在研究团队与某环保机械制造公司合作研发的便携式生物质热裂解炭化机。该型炭化设备可控热裂解温度范围为 300-850℃，秸秆进料量约10kg，炭化时间为2小时，得炭率约35-40%，可连续作业，符合本项目需求。
4. 研究创新点
特色或创新之处
从我国重金属污染现状出发，通过设定不同热裂解炭化条件，探讨重金属污染农田作物秸秆炭化处理的可能性，了解炭化产品重金属、养分等理化性质的变化。
5. 研究计划与进展
研究计划及预期进展
（1）2014.12014.2：搜集整理和阅读各类相关文献资料，并做好实验的前期准备；
（2）2014.22014.3：撰写开题报告，拟定研究计划；
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