生物炭對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)研究.pdf

1、隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，土壤重金屬污染特別是鎘(Cd)的污染日趨嚴(yán)重，已成為突出的環(huán)境問(wèn)題。生物炭(Biochar, BC)，因其具有較大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的離子交換能力和豐富的表面含氧官能團(tuán)，從而對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的吸附能力和較大的吸附容量，有效降低重金屬的活性，減小其生物毒性。因此，加強(qiáng)生物炭在土壤重金屬污染修復(fù)治理中的應(yīng)用研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本研究選用廣西特色農(nóng)業(yè)廢棄物甘蔗葉、木薯?xiàng)U、水稻秸稈和蠶沙為原

2、材料在500℃限氧條件下制備生物炭，采用電鏡掃描、元素分析和Boehm滴定定量分析等方法對(duì)不同生物炭進(jìn)行表征，研究不同原材料制備的生物炭之間的性質(zhì)差異。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)試驗(yàn)，研究不同培養(yǎng)時(shí)間(0d、15d、30d、45 d)條件下，生物炭施入潮土、水稻土和赤紅壤三種土壤（Cd濃度5 mg·kg-1）中對(duì)重金屬Cd化學(xué)形態(tài)的影響。選擇鈍化效果較好的蠶沙和水稻秸稈生物炭開(kāi)展玉米盆栽實(shí)驗(yàn)，評(píng)估生物炭對(duì)土壤Cd的鈍化效果，探討生物炭修復(fù)重金屬污染

3、土壤的可行性。主要研究結(jié)果如下:
　　1)四種生物炭均具有較高的pH值、陽(yáng)離子交換量、有機(jī)碳含量和豐富的含氧官能團(tuán)，根據(jù)元素分析可知其同時(shí)也具有較大的表面極性和親水性，從而使這四種生物炭具備了良好的重金屬吸附特性。其中蠶沙生物炭的pH值(10.36)、陽(yáng)離子交換量(71.59 cmol·kg-1)和含氧官能團(tuán)（4.7 mmol·g-1）明顯高于其它三種生物炭，但有機(jī)碳含量（342.00 g·kg-1）偏低，是最高有機(jī)碳含量的54.

4、3％。甘蔗葉生物炭的pH值(8.87)、陽(yáng)離子交換量(27.85 cmol·kg-1)和含氧官能團(tuán)(1.83 mmol·g-1)最低，而有機(jī)碳含量最高，為629.88 g·kg-1。
　　2)四種生物炭均能有效降低土壤中弱酸可提取態(tài)Cd和可還原態(tài)Cd的含量，增加可氧化態(tài)Cd和殘?jiān)鼞B(tài)Cd的含量，鈍化效果明顯。不同生物炭對(duì)三種類型土壤中Cd的鈍化效果均表現(xiàn)為:蠶沙生物炭＞水稻秸稈生物炭＞木薯?xiàng)U生物炭＞蔗葉生物炭;同種生物炭對(duì)不同類型土

5、壤中Cd的鈍化效果存在顯著差異，所研究的四種生物炭均對(duì)潮土中Cd的鈍化效果最好，其次是水稻土，對(duì)赤紅壤中Cd的鈍化效果相對(duì)較差。培養(yǎng)結(jié)束(45 d)時(shí)，與對(duì)照相比，在潮土中添加蠶沙生物炭后，土壤中弱酸可提取態(tài)Cd含量降低了62.39％，可還原態(tài)Cd含量降低了24.73％，可氧化態(tài)Cd和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量分別升高了178.95％和216.76％。
　　3)四種生物炭均能通過(guò)表面直接吸附和改變土壤性質(zhì)(pH值、陽(yáng)離子交換量、總有機(jī)碳含量)

6、從而改變土壤中Cd的化學(xué)形態(tài)兩種方式鈍化土壤中的Cd。四種生物炭顯著提高了土壤的pH值、陽(yáng)離子交換量和總有機(jī)碳含量，且在本實(shí)驗(yàn)條件下，土壤pH值和陽(yáng)離子交換量與弱酸可提取態(tài)Cd和可還原態(tài)Cd呈顯著負(fù)相關(guān)，與可氧化態(tài)Cd和殘?jiān)鼞B(tài)Cd呈顯著正相關(guān);而總有機(jī)碳含量與Cd的化學(xué)形態(tài)的相關(guān)性不明顯。
　　4)在Cd污染的水稻土中添加蠶沙生物炭和水稻秸稈生物炭顯著提高了玉米植株的株高和鮮重，減少了玉米植株中重金屬Cd的累積，降低了其生物富集系

7、數(shù)，抑制植株根部Cd向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。與未添加生物炭處理相比，添加0.5％的蠶沙生物炭和水稻秸稈生物炭時(shí)，玉米植株根部Cd含量分別下降27.78％和16.67％，富集系數(shù)分別下降了19.63％和9.11％;添加1％的蠶沙生物炭和水稻秸稈生物炭時(shí)，玉米植株根部Cd含量分別下降50.00％和33.33％，富集系數(shù)分別下降了24.77％和13.56％。隨著生物炭添加量的增加，修復(fù)效果更加明顯，并且添加蠶沙炭的Cd污染土壤修復(fù)效果較水稻秸稈炭好。<