[发明专利]一种用于土壤碳减排的自组装电极及其应用

说明书

本发明涉及土壤固碳减排技术领域，尤其涉及一种用于土壤碳减排的自组装电极及其应用。本发明提供了一种用于土壤碳减排的自组装电极，包括石墨棒和位于所述石墨棒一端的导电骨架接触网；所述导电骨架接触网为伞状结构。所述自组装电极可以极大的促进原有石墨棒与空气的接触面积，进一步提高土壤碳减排的效率。

技术领域

本发明涉及土壤固碳减排技术领域，尤其涉及一种用于土壤碳减排的自组装电极及其应用。

背景技术

作为地球表层生态系统最大的碳库，土壤的碳循环与转化过程对全球气候变化具有重要影响，而随着碳达峰和碳中和战略目标的提出，降低土壤碳排放和增强生态系统的碳汇能力将成为研究热点。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告的研究表明等质量的甲烷在100年内的室温气体贡献是二氧化碳的21倍，土壤介质尤其是在水稻土和石油土等土壤有机质丰富且厌氧环境良好的地方，碳排放尤其严重。数据显示，水稻土甲烷排放量约占全球甲烷排放量的17.5％，石油土原位产甲烷的速率已经达到了每立方米(标准温度和压力)73～109mmol/年，因此，科学有效的降低水稻土产甲烷是十分有必要的。而从土壤生态学角度考虑，这主要与产甲烷菌有关。

产甲烷菌是地球上生命起源最早的一类微生物，是全球大气甲烷排放的主要贡献者，也是厌氧环境有机质降解产甲烷的关键功能微生物，在产甲烷菌的作用下，复杂有机物通过乙酸发酵、二氧化碳还原、甲基裂解、氧甲基转化和烷基分解等5种途径完成产甲烷的过程。目前有效的土壤管理措施包括翻耕、曝氧等都可以抑制产甲烷菌的生长并减少甲烷的排放，但是人力、物力成本巨大，缺少高效的手段。

从土壤厌氧环境产甲烷的原理入手，可以发现，厌氧微生物在有机质转化过程中往往存在电子受体不足的问题，导致反应停滞，而待产甲烷菌富集后，通过上述乙酸发酵、二氧化碳还原、甲基裂解、氧甲基转化和烷基分解等5种途径直接完成产甲烷的过程，实现碳排放；而通过翻耕、曝气等手段则是改善土壤环境，氧气作为电子受体，实现电子转移，进而抑制产甲烷菌生长。现有技术中通常通过在土壤中插入石墨棒，且所述石墨棒贯通底部厌氧区和上层的好氧区来调节土壤系统的氧化还原电位，并且能够作为电子集流体消耗有机碳降解过程中产生的电子，抑制甲烷产生的二氧化碳还原、甲基化合物还原等路径。但是其土壤碳减排的效率有待进步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于土壤碳减排的自组装电极及其应用，所述自组装电极可以极大的促进原有石墨棒与空气的接触面积，进一步提高土壤碳减排的效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种用于土壤碳减排的自组装电极，包括石墨棒和位于所述石墨棒一端的导电骨架接触网；

所述导电骨架接触网为伞状结构。

优选的，所述石墨棒与导电骨架接触网之间通过旋紧螺栓连接。

优选的，所述石墨棒的直径为0.8～1.5cm，长度为10～15cm。

优选的，所述伞状结构的半径为10～15cm。

优选的，所述导电骨架接触网与石墨棒的角度为0～180°。

优选的，所述导电骨架接触网的材料为不锈钢。

本发明还提供了上述技术方案所述的自组装电极在抑制土壤厌氧环境产甲烷领域中的应用。

优选的，所述应用包括以下步骤：

将所述自组装电极插入土壤中；所述自组装电极为上述技术方案所述的自组装电极；

所述自组装电极插入土壤的深度为5～8cm，所述导电骨架接触网裸露在空气中。

优选的，所述自组装电极在土壤中呈阵列分布。