我国有些地区的土壤通常是沙质的，有机质含量低。水容量低，经常受到严重干旱的影响。在本期内容中，我们使用废弃生物质材料产生了活性炭进行了测试，以改善这些土壤。有几项研究已经表明，活性炭可以减少肥料需求，温室气体排放，养分流失和土壤侵蚀。可以减少干旱地区的负面影响，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会对土壤中水的保留产生直接和间接的影响，这可能是持续时间短或持续时间长。直接影响与其大的内表面积和大量的残留孔有关，其中水被活性炭内的孔隙作用所存储。这改善了整体土壤孔隙并增加了土壤含水量，降低了水的流动性并减少了植物的水分胁迫。间接作用是土壤聚集和结构的改进，从而影响了土壤的保水能力。

　　鉴于其活性炭在土壤中的行为非常复杂，有必要在相对较低的温度下表征从不同原料获得的活性炭表面特性和孔隙率，建立这些特性与孔隙率变化之间的关系。目前的研究目的是调查不同活性炭的持水能力，确定影响这一特性的主要因素。首先了解不同活性炭样品的孔隙率和表面积，然后将讨论阳离子交换容量和zeta电位。最后，将确定活性炭表面的表观自由能。所有这些结果将相互关联，以便确定影响材料持水能力的重要因素。图1显示了不同放大倍数下活性炭样品的扫描电子显微镜(SEM)图像。

　　图1：不同生物质材料制成的活性炭扫描电子显微镜图像。

　　活性炭的那些参数能影响持水能力

　　不同生物质制成的活性炭样品呈现出不同的孔径，所用的生物质类型和热解条件影响活性炭的表面形态和物理性质。在所有情况下，大多数孔隙可归类为能够保持植物可用水的储存孔(0.5至50μm)，活性炭的高表面积能在土壤中具有更大的持水能力。水通常占据直径在0.5和50μm之间的孔，并改善土壤中的养分。

　　活性炭表面的氧化或较低的热解温度可导致附着于表面的官能团，主要由氧，氢和碳组成。这些官能团可与营养物和矿物质结合，而稠合碳环支持氧化还原反应，并在附着于活性炭表面的微生物群落周围穿梭电子，可能增强微生物代谢和土壤中养分的循环。大多数活性炭样品显示羧酸和酚的典型pKa值，范围为3.74至11.40。这些pKa值可以暂时归因于形成氢键各种弱酸性基团。土壤的保水率较高是由于粘土和碳的组成，尽管孔隙率对保水性有影响，但zeta电位可能与负电荷的存在有关，通过该负电荷，水合阳离子抗衡离子被吸附并保留在活性炭或土壤的表面上。

　　基于上面给出的所有结果，所以证明活性炭的持水能力归因于任何一个参数。孔隙率和表面积显然是一级因子，与土壤中的水分保持直接相关。但是，还应考虑次要方面，电位是一个重要参数与孔隙率和表面积协同作用的效应。固体表面能及其极性和分散成分也可能与保水有关。

　　使用显微镜和BET等温线表征的孔隙率是活性炭影响保水性的重要因素。然而，其他次要参数也能影响活性炭的持水能力，包括zeta电位和阳离子交换容量。这两个重要因素与水合离子在活性炭表面的吸附有关，并与保水性有关。所有活性炭都是疏水性的，只有很小的极性组分。该组分似乎也有助于保水能力，因为具有较大极性组分的活性炭显示出更高的保水效率。