生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响
生物炭对土壤重金属污染修复研究
生物炭对土壤重金属污染修复研究
近年来，随着工业的快速发展和人类活动的不断增加，土壤重金属污染问题日益严重。
重金属污染不仅对土壤质量和农作物产量产生不良影响，还可能通过食物链的传递影响人
类健康。
寻找有效的修复方法成为当前亟待解决的问题。
许多研究表明，生物炭对土壤重金属污染具有良好的修复效果。
生物炭可以显著降低
土壤重金属浓度。
研究发现，生物炭可以通过电化学吸附、离子交换、表面络合等机制与
重金属形成稳定的络合物，减少重金属的活性和生物有效性。
生物炭可以改善土壤性质和
环境条件，促进土壤微生物的活动。
土壤微生物在重金属污染修复中扮演着重要角色，可
以通过降解有机物、凋落叶和根系分泌物来稳定化和还原重金属。
生物炭的增加可以提供
更适合微生物生长的环境，从而促进土壤自我修复。
生物炭对土壤重金属污染的修复效果还存在一些不确定性和争议。
生物炭的效果受土
壤类型和重金属种类的影响。
不同土壤类型和重金属种类具有不同的吸附和迁移特性，对
生物炭的修复效果有差异。
生物炭的修复效果还受生物炭添加剂的用量和施用方式的影响。
需要进一步研究生物炭的配方和应用技术，以提高修复效果。
生物炭在土壤改良中的应用效果
生物炭在土壤改良中的应用效果一、引言土壤是农业生产的基础，其质量直接关系到农作物的产量和品质。
然而，随着工业化、城市化的快速发展以及不合理的农业生产方式，土壤面临着诸多问题，如土壤板结、肥力下降、酸化、盐碱化、污染等。
为了改善土壤质量，提高土壤的生产力和可持续性，人们不断探索和研究新的土壤改良技术和方法。
生物炭作为一种新型的土壤改良剂，近年来受到了广泛的关注和研究。
二、生物炭的定义和来源生物炭是生物质在缺氧或低氧条件下热解炭化产生的一种富含碳的固体物质。
生物质原料来源广泛，包括农作物秸秆、木材、林业废弃物、畜禽粪便、生活垃圾等。
通过热解过程，生物质中的有机物质被分解和转化，形成具有多孔结构、高比表面积和丰富表面官能团的生物炭。
三、生物炭的物理化学性质（一）孔隙结构生物炭具有丰富的孔隙结构，包括大孔、中孔和微孔。
这些孔隙不仅增加了生物炭的比表面积，为微生物提供了栖息和繁殖的场所，还能够吸附和储存水分和养分，提高土壤的保水保肥能力。
（二）表面官能团生物炭表面含有丰富的官能团，如羧基、羟基、酚羟基等。
这些官能团能够与土壤中的离子和分子发生化学反应，从而影响土壤的化学性质。
（三）稳定性生物炭具有较高的化学稳定性和热稳定性，在土壤中能够长期存在，不易分解，从而持续发挥改良土壤的作用。
（四）元素组成生物炭富含碳元素，同时还含有一定量的氮、磷、钾、钙、镁等营养元素，这些元素可以缓慢释放到土壤中，为植物生长提供养分。
四、生物炭在土壤改良中的应用效果（一）改善土壤物理性质1、增加土壤孔隙度生物炭的多孔结构能够增加土壤的孔隙度，改善土壤的通气性和透水性，减少土壤板结现象，有利于根系的生长和发育。
2、提高土壤保水能力生物炭能够吸附和储存大量的水分，提高土壤的持水能力，减少水分的蒸发和流失，在干旱条件下对植物生长具有重要意义。
3、降低土壤容重生物炭的添加可以降低土壤容重，使土壤变得更加疏松，有利于土壤的耕作和管理。
（二）改善土壤化学性质1、提高土壤 pH 值在酸性土壤中，生物炭表面的碱性官能团能够中和土壤中的酸性物质，提高土壤的 pH 值，缓解土壤酸化问题。
生物炭对土壤重金属的吸附
生物炭对土壤重金属的吸附（中铁（石家庄）设计研究院有限公司，石家庄050000）生物炭作为一种新型的吸附剂，近年来成为环境、能源等领域的关注焦点。
生物炭对水和土壤中的重金属离子具有良好的吸附去除效果。
本文将从生物炭特性、原料、制备;生物炭对重金属吸附的机理;指出其在土壤污染处理中存在的问题和具有良好的应用前景。
标签：生物炭;重金属;吸附机理;土壤污染0 前言随着工农业生产的迅猛发展，大量工业“三废”、城市生活垃圾和污泥等污染物的排放和不恰当的处置，使得重金属在土壤中不断积累，产生污染。
含重金属农药和化肥的过量使用也加重了土壤重金属的污染负荷。
因重金属污染造成的农产品安全问题和巨大经济损失，引起了国内外的极大关注。
鉴于生物炭的多孔性以及较大的比表面积，作为改良剂时可改善土壤性质并增加农业产量、作为碳汇可减轻全球气候变化和作为吸附剂消除农业污染[1]。
1 生物炭特性生物碳是由生物残体在缺氧情况下，经高温慢热解（通常<700℃）产生的一类难熔、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物[2]。
生物炭含有一定量的灰分，矿质元素如Na、K、Mg、Ca等以氧化物的形式存在于灰分中，溶于水后呈碱性。
从微观结构看，生物炭多有紧密堆积、高度扭曲的芳香片层组成，具有乱层结构表面多孔，具有较大的比表面积和较高的表面能[3]，随裂解温度升高，生物炭酸性基团减少，碱性基团增加，总官能团减少，官能团密度减少。
不同材料，不同裂解方式对生物炭的比表面积影响很大。
一般来说，随裂解温度升高，比表面积增加。
但有些材料在裂解温度达到600℃-700℃时，比表面积反而下降。
生物炭经活化后可以显著增加其比表面积。
2 生物炭的原料生物碳本着“变废为宝”的理念，多种行业中的废弃物都可以加以利用，制造成为生物炭。
植物类废弃物主要有秸秆、稻草、米壳、树枝等，这些废弃物通常含丰富的碳元素。
若直接燃烧，会产生大量的CO2，不仅造成了资源浪费，还污染了环境，因此可以将它们制成生物炭进一步利用。
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用生物炭是一种新型的碳材料，可以通过热解木材、秸秆、植物等生物质材料制备而成，具有大孔径、高比表面积、良好的孔隙分布和稳定化学性质等特点。
近年来，生物炭在土壤修复中得到了广泛的应用，尤其是在重金属污染修复方面，具有独特的优势和潜力。
一、生物炭的制备方法生物炭是一种通过热解生物质材料制备而成的碳材料。
目前，采用的主要制备方法有热解法、物理活化法和化学活化法等。
其中，热解法是制备生物炭的主要方法，其过程是将生物质材料在高温下加热分解，生成固体炭和气体，然后通过传质作用将气体排放出去，最终得到生物炭。
1. 吸附作用生物炭具有高比表面积和大孔径特点，能有效吸附土壤中重金属离子，降低它们的浓度。
研究表明，生物炭能吸附多种重金属，如铅、镉、铜等，且吸附速度较快、吸附量较大，可达到100 mg/g以上。
因此，生物炭在重金属污染土壤中的应用能够有效降低土壤中重金属的浓度，从而减轻土壤污染状况。
2. 保护微生物的作用生物炭具有稳定的化学性质和微生物适宜生长的孔隙结构，使得生物炭能够作为微生物的生长基质和保护剂，防止土壤重金属污染对微生物的破坏。
研究表明，生物炭在土壤中通过与微生物发生生物化学作用，有助于重金属污染下的微生物生长和代谢，提高基质降解效率，同时减少了土壤微生物在重金属环境下的损失。
3. 改善土壤物化性质生物炭的孔隙结构和表面化学性质能够改善土壤的物理和化学性质，促进土壤结构的发展和改善土壤保水性能。
研究表明，生物炭还能调节土壤的PH值和负荷等指标，增加土壤有机质含量，达到提高土壤质量的目的。
4. 促进植物生长生物炭可以作为载体，将植物生长所需的营养元素添加到其孔隙结构中，提供植物生长的营养和水分，并通过供应机制加速植物的生长。
研究表明，生物炭能够提高植物的生长速度和生长量，同时减少植物对土壤中重金属元素的吸收和富集。
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用表现出相当大的潜力。
重金属污染土壤修复
重金属污染土壤修复生物炭对重金属污染土壤修复的研究1.土壤重金属污染现状重金属就是指比重大于5.0g/cm3的金属元素，主要包含锌（zn）、银（pb）、镉（cd）、铜（cu）、铬（cr）、镍（ni）、汞（hg）和科东俄金属砷（as）等。
近年来，随着工业化、城市化的不断发展，工业活动、矿产的采矿和炼钢、城市垃圾的处置、污水烧概、农药和化肥的不合理杀灭、机动车尾气的排放量等人类活动引致大量重金属以各种相同的形式步入土壤，引发环境质量轻微转差。
由于重金属难于在生物物质循环和能量互换中水解，土壤重金属污染不仅遏制作物生长发育，催生作物早衰，减少产量，并且还可以通过食物链的天然、传达，危害人体身心健康。
尤为轻微的就是，有害重金属在土壤系统中所产生的污染过程具备隐蔽性、长期性和不可逆性等特点,一旦有害污染物步入土壤，则极难清扫出。
随着土壤重金属污染不断激化，因土壤重金属污染导致的病原体事件频发，重金属污染土壤的复原问题逐渐引发了人们的高度关注，逐渐沦为土壤及环境领域的研究热点和难点。
目前，人类活动是造成重金属在土壤中累积的主要来源。
比如，金属矿产资源的开发利用通常会使矿区及周边地区土壤重金属含量累积；农业活动中肥料和农药的不合理施用也会造成土壤污染，以磷肥为例，由于磷矿石成分复杂，含有多种重金属，比如zn、cr、pb、cu等，在施入过程中一同被带入土矗进而在土壤中富集。
2.重金属污染土壤修复研究进展土壤重金属的生物有效性及其对环境危害程度不仅与其总量相关，还与其在土壤中的赋存形态有关。
而重金属污染土壤修复的主要技术手段是更大程度的减少土壤中重金属的总量和降低其在环境中的有效性。
根据修复手段，土壤重金属修复技术大致可以分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。
其中，物理修复是指通过物理手段对土壤重金属进行稀释、热挥发或者移除等，比如客土法、电热法等；化学修复是指通过外源添加修复材料或土壤自身物质改变土壤环境引起化学反应来达到治理的效果，比如淋洗法、添加改良剂等（凯迪电厂的炭化物就属改良剂的一种，属生物炭）；生物复原即为利用生物体去同时实现土壤重金属的搬迁转变，比如说微生物复原、植物复原等。
生物炭对土壤重金属污染修复研究
生物炭对土壤重金属污染修复研究一、重金属对土壤的危害土壤中的重金属主要包括铅、镉、铬、汞、锌等元素，它们具有较高的密度和较强的毒性。
重金属的来源主要有工业废气、废水、废渣和农药等，其中最主要的污染源包括工业排放和废弃物填埋场。
重金属通过大气沉降、水体渗漏等途径进入土壤，并在土壤中长期积累，导致土壤污染。
重金属对土壤的危害主要表现在以下几个方面：1. 影响作物生长：重金属对植物的吸收和生长有明显的抑制作用，从而影响农作物的产量和质量。
2. 危害人体健康：通过食用受污染的农作物或直接接触受污染的土壤，人体易受到重金属中毒的危害，长期暴露于重金属污染土壤环境中，可能会导致多种慢性疾病。
3. 损害生态环境：重金属对土壤微生物和土壤动植物的生存环境产生损害，影响土壤生态系统的平衡和稳定。
解决土壤重金属污染问题并恢复土壤生态系统的功能具有重要的理论和实践意义。
二、生物炭的性质和制备方法生物炭是一种碳质吸附剂，是通过高温热解生物质制备而成的。
生物质主要包括木质纤维、麦秸、稻壳等，经过热解生物质可得到生物炭制品。
生物炭具有多孔结构，比表面积大，吸附能力强，稳定性高，对土壤具有良好的改良效果。
生物炭的制备主要包括碳化、炭化和激活等过程，其中碳化是关键步骤，通过控制热解温度和时间可以调节生物炭的孔隙结构和化学性质。
三、生物炭的修复机制生物炭对土壤重金属污染的修复机制主要包括吸附、离子交换和pH调节等作用。
1. 吸附作用：生物炭具有丰富的孔隙结构和大量的功能基团，能够吸附土壤中的重金属离子，减少其在土壤中的活性，降低重金属的生物利用性。
2. 离子交换作用：生物炭中的功能基团可以与土壤中的离子发生交换反应，使得土壤中的重金属形成难溶的化合物，减少其在土壤中的迁移和转化。
3. pH调节作用：生物炭的施用可以调节土壤的pH值，使土壤呈现中性或碱性，降低土壤中重金属的溶解度和有效性。
生物炭对土壤重金属污染的修复作用是通过其强大的吸附能力和离子交换作用来实现的，可以有效减少土壤中重金属的活性和毒性。
生物炭在修复污染农田土壤中的应用
生物炭在修复污染农田土壤中的应用在土壤治理与修复中，重金属原位钝化法是一种切实有效的修复手段。
生物炭是由农业有机废弃物通过高温热解得到的一类富含碳的高聚物。
由于其特殊的理化性质，对土壤重金属表现出较好的钝化效果。
本文综述了生物炭钝化治理的研究现状，总结了生物炭对重金属的钝化机理，深化研究了土壤环境因素对生物炭性能和产量的影响，为生物炭的大规模实际生产应用提供新思路。
1、研究现状1.1、我国农田土壤镉污染研究现状土壤形成于成土母质，而成土母质中的镉(Cd)含量并不高。
自然条件下，土壤中Cd浓度范围在0.01～2mg·kg-1，而我国土壤背景值处在中位，约为0.1mg·kg-1[1]。
当前，随着经济社会的高速发展和工农业生产建设活动的日益频繁，电镀、制革等工业废水排放、农田污水的漫灌以及冶炼、尾矿等废弃地的增加等带来的土壤重金属污染问题愈发严重。
环保部官方报道，我国约有1/5的土地耕地面积受到不同程度污染，其中Cd为主要污染物之一。
土壤污染已严重威胁到国家粮食安全，通过食物链传递，污染物进入人体，对国民健康产生巨大危害[2]。
1.2、 Cd污染农田土壤的治理技术研究现状重金属在污染土壤中隐蔽性好，往往不易被人及时发现;时效长，被植物吸收富集累积到一定程度时，才会被人们发现;并且具有不可逆性，无法被土壤中的微生物降解，也难从土壤中分离。
目前，重金属污染土壤的修复技术可以归纳为2种技术思路。
1.2.1 、超累积植物修复技术该技术是利用植物对土壤中重金属进行迁移修复，选择一种或多种对目标污染物具有很强的吸收富集能力的功能植物，将其种在被污染土壤中进行培养，土壤中的重金属会迁移至植物的地上部分，生长一定时间后，地上部分进行收割处理，可以连续种植收割多茬，最终达到修复污染土壤的目的。
该技术适用于治理和修复中低浓度污染土壤，是一种绿色、可持续的治理技术[3]。
但是一般情况下，超累积植物生长速度慢，土壤中重金属的生物可利用态含量低，修复周期长，其成本以及植物收割后的后续处置风险等还未进行系统评估。
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用1. 引言1.1 生物炭在土壤重金属污染修复中的应用生物炭在土壤重金属污染修复中扮演着重要的角色。
随着工业化的进程和城市化的发展，土壤重金属污染成为了一个严重的环境问题，对农业生产和人类健康造成了严重威胁。
开发高效、环保的修复技术是当前亟需解决的问题之一。
通过添加生物炭，可以有效减少土壤中重金属的有效性，降低其对作物的吸收和转运能力，从而减少重金属对作物的毒害性，保障作物的生长和产量。
生物炭在土壤重金属污染修复中具有广阔的应用前景，但其应用效果受到多种因素的影响，包括生物炭的性质、用量、施用方式等。
未来的研究应当进一步深入探讨生物炭在土壤重金属修复中的机制，并寻求更加高效、环保的应用方法，以实现土壤重金属污染的有效修复和生态环境的持续改善。
2. 正文2.1 生物炭的性质及作用机制生物炭是一种由植物材料或其他有机物质经过高温热解或氧化处理而制成的固体炭材料。
其具有孔隙结构，表面积大，能有效吸附各种有害物质。
生物炭在土壤修复中的作用主要体现在以下几个方面：1. 提高土壤通气性：生物炭具有良好的孔隙结构和极大的比表面积，可以增加土壤的通气性和渗透性，有利于土壤微生物活动和植物根系生长。
2. 调节土壤酸碱度：生物炭中的碱性物质可以中和土壤酸性物质，提升土壤的pH值，减少土壤中重金属的溶解度。
3. 吸附重金属：生物炭具有良好的吸附能力，可以吸附土壤中的重金属离子，降低其在土壤中的活性，减少对植物的毒害作用。
生物炭通过改善土壤结构、减少重金属有效性、提高重金属固定性和减少重金属对作物的毒害性，发挥着重要的修复作用。
其作用机制主要包括物理吸附、化学吸附和生物作用等多种途径。
随着人们对土壤修复的重视和生物炭研究的深入，生物炭在土壤重金属污染修复中的应用前景将更加广阔。
2.2 生物炭在减少土壤重金属有效性中的应用生物炭在减少土壤重金属有效性中的应用主要通过吸附和络合作用来实现。
生物炭具有高度孔隙结构，大表面积和丰富的功能官能团，可以与土壤中的重金属离子结合形成络合物或吸附到孔隙表面上，从而降低土壤中重金属的生物有效性。
生物炭对土壤重金属污染修复研究
生物炭对土壤重金属污染修复研究作者：何振嘉来源：《安徽农业科学》2019年第21期摘要土壤污染是我国当前面临的一项严峻的土地利用、粮食安全和生态环境问题，重金属污染由于其稳定性强、不易迁移、难以降解以及含有毒性成分等特點，严重危害土壤系统和生态系统。
生物炭由于其自身比表面积、孔隙率较大以及官能团丰富等特点，对土壤重金属污染修复具有显著的效果。
研究了生物炭对土壤重金属修复机理，综述了不同生物炭及改性生物炭复合材料对土壤重金属修复和改良情况，并结合实际，提出了加强针对多种重金属污染的生物炭修复技术研究和加强修复土壤重金属污染之后的土地利用研究等展望及建议。
关键词生物炭;土壤修复;重金属污染;土壤中图分类号 X53文献标识码 A文章编号 0517-6611（2019）21-0012-02doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.004开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Study on Biochar’s Remediation of Heavy Metal Pollution in SoilHE Zhenjia（Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.，Ltd.，Xi’an， Shaanxi 710075）Abstract Soil pollution is a serious problem of land use， food security and ecological environment in China. Due to its strong stability， difficulty in migration， degradation and toxic components， heavy metal pollution seriously endangers the soil system and ecological system.Due to its large specific surface area， porosity and abundant functional groups， biochar has a significant effect on soil heavy metal pollution remediation.In this paper， the mechanism of biochar on the repair of heavy metals in soil was studied，the repair and improvement situation of soil heavy metals by different biochar and modified biochar composites were reviewed，and combined with the actual situation， the paper put forward some prospects and suggestions for strengthening the research on biochar repair technology for various heavy metal pollution and strengthening land use research after remediation of soil heavy metal pollution.Key words Biochar;Soil remediation;Heavy metal pollution;Soil作者简介何振嘉（1988—），男，陕西西安人，工程师，硕士，从事土地工程方面研究。
生物炭对煤矸石污染土壤中黑麦草生长及富集特征金属的影响
炭修复煤矸石污染土壤提供一定的实践依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料 供试土壤采自贵州师范学院周边田间土壤，采
集 0~20 cm 的表层土样，经自然风干，去除杂草、砂
的部分煤矸石露天堆放在矿区周边[2]，不仅占用大量 土地，还会带来严重的水土流失以及有毒有害气体和
石等杂质后研磨过 2 mm 的尼龙筛，装袋备用。供试 土壤的理化性质：pH 值 7.4，EC 834 µm/cm，有机质
3Chongqing Key Laboratory of External Mining and Mine Environment, Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing 401120, China）
Abstract To explore the influence of straw biochar on the enrichment of ryegrass in coal gangue contaminated soil, this study used the indoor pot experiments to add 1%, 2% and 5% straw biochar to coal gangue contaminated soil. The contents of Fe, Mn, Cu and Zn in ryegrass were analyzed, and their biological enrichment coefficient（BCF）and transport coefficient （TF） were evaluated. The results showed that when the amount of 1%, biochar promoted the increase of Fe, Mn and Zn content in the root of ryegrass was 1%, while when the amount was 2% and 5%, the enrichment migration of Fe, Mn, Cu and Zn in the characteristic heavy metals in the soil to the root and aboveground parts of ryegrass was controlled. In summary, ryegrass of metal enrichment ability is closely related to the proportion of straw biochar. Compared with the control group under the set conditions, , adding more than 2% straw biochar can control the metal enrichment and migration in the coal gangue pollution soil.
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化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2019年第38卷第6期
生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响王哲，宓展盛，郑春丽，李卫平，王维大，王慧敏（内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头014010）
摘要：为探索生物炭作为改良剂修复矿区重金属污染土壤的可行性，以玉米秸秆为原料在450℃制备生物炭，采用扫描电镜、能谱分析以及傅里叶变换红外光谱等分析与测试手段对其进行表征。采用室内连续培养的方法，研究在不同培养时间条件下，添加不同施用量（0、1%、3%和5%）的生物炭后，对矿区土壤pH，阳离子交换量（CEC），土壤重金属Cu、Zn、Pb和Mn有效性以及重金属不同形态变化的影响。结果表明：生物炭能够提高土壤的pH和CEC，且都随着添加量的增加而增加。56d土壤培养后，与对照相比，1%、3%和5%添加水平下pH分别增加了1.14个、1.42个和1.67个单位，土壤CEC分别增加了2.02cmol/kg、3.60cmol/kg和5.39cmol/kg。添加不同含量生物炭后，土壤中有效态重金属均呈现不同程度的降低，而且生物炭添加量越大，降幅也越大。在5%添加水平下，生物炭分别使Cu、Zn、Pb和Mn有效态下降了49.2%、46.2%、72.5%和26.3%。重金属有效态含量与土壤pH、CEC均呈显著负相关关系。添加生物炭后，土壤中重金属的形态发生了变化，由易迁移的弱酸提取态向更加稳定的残渣态转化，且生物炭添加量越大，钝化效果越显著。综上所述，玉米秸秆生物炭的添加提高了矿区重金属复合污染土壤的pH和CEC，促进了重金属复合污染土壤中Cu、Zn、Pb和Mn的弱酸提取态向化学性质稳定的残渣态转化，降低了土壤重金属的有效性，实现了对重金属复合污染土壤的修复。关键词：矿区；土壤；重金属；生物炭；有效性；稳定性；修复中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：1000-6613（2019）06-2977-09
Effectofbiocharonthebioavailabilityandtransformationofheavymetalsinsoilofminingarea
WANGZhe，MIZhansheng，ZHENGChunli，LIWeiping，WANGWeida，WANGHuimin(SchoolofEnergyandEnvironment,InnerMongoliaofScienceandTechnology,Baotou014010,InnerMongolia,China)
Abstract:Inordertoexplorethefeasibilityofbiocharasamendmentforremediationofheavymetalcontaminatedsoilinminingarea,biocharwaspreparedfromcornstrawat450℃.Thesamplewascharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),energydispersivespectroscopy(EDS)andFouriertransforminfraredspectroscopy(FTIR).TheeffectsofbiocharonsoilpH,cationexchangecapacity(CEC),bioavailabilityandtransformationofheavymetalswerestudiedunderdifferentincubationtimeandapplicationrates(0,1%,3%and5%)ofbiocharwithbatchexperimentstorevealthepossiblemechanismofbiocharasapassivatingagentfortheimmobilizationofheavymetalsinminingareacontaminatedsoil.TheresultsshowedthatsoilpHandCECincreasedastheapplicationratesincreased.After56days,biocharapplicationratesof1%,3%and5%,soilpHincreasedby1.14,1.42and1.67
研究开发DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1732
收稿日期：2018-08-27；修改稿日期：2018-12-05。基金项目：国家自然科学基金（41867061）；内蒙古自治区自然科学基金（2016MS0222）。第一作者：王哲（1979—），女，博士研究生，副教授，主要研究方向为矿区污染土壤修复。E-mail：wz0478@163.com。通信作者：郑春丽，教授，博士生导师，研究方向为矿区污染土壤修复。E-mail：zhengchunli1979@163.com。引用本文：王哲,宓展盛,郑春丽,等.生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响[J].化工进展,2019,38(6):2977-2985.Citation：WANGZhe,MIZhansheng,ZHENGChunli,etal.Effectofbiocharonthebioavailabilityandtransformationofheavymetalsinsoilofminingarea[J].ChemicalIndustryandEngineeringProgress,2019,38(6):2977-2985.
··2977化工进展2019年第38卷units,andthesoilCECincreasedby2.02cmol/kg,3.60cmol/kgand5.39cmol/kg,respectivelycomparedwithcontrol.TheCaCl2-extractableheavymetalscontentdecreasedastheapplicationratesincreased.At5%applicationrate,theconcentrationofextractableCu,Zn,PbandMndecreasedby49.2%,46.2%,72.5%and26.3%,respectively.ThebioavailableheavymetalscontentwasnegativelycorrelatedwithsoilpHandCEC.Thebiocharpromotedthemetalionstransformfromtheweakacidextractablestatetomorestableresiduestate.Thepassivationeffectcouldbenoticeableastheapplicationratesincreased.Overall,theapplicationofbiocharelevatedthesoilpHandCEC,andpromotedtransformationoftheweakacidextractableofCu、Zn、PbandMnintochemicallystableresidualfractions,whichcouldpositivelyreducethebioavailabilityofheavymetalsincombinedpollutionsoilnearminingareas.Keywords:miningarea;soil;heavymetal;biochar;bioavailability;stability;remediation
矿产资源是人类生产和生活的基本保障之一，在国民经济和社会发展中起着重要的作用[1]。但是，在采矿、选矿、冶炼等过程中也向周围环境中释放出大量的重金属，通过大气沉降、降水、淋洗、酸化等自然因素和人为活动向周边地区扩散，从而导致矿区周围土壤受到重金属污染，且往往是多种重金属并存的复合污染[2-3]。复合污染加深了重金属对土壤和植物的危害，通过食物链富集、迁移转化，最终危害人体健康。因此，矿区多种重金属复合污染土壤的修复具有重要的现实意义。化学钝化修复由于具有处理时间短、经济廉价和适用范围广等优点而成为国内外常用的土壤重金属治理方法之一[4]。生物炭主要是由农林废弃物木材、秸秆等在缺氧或厌氧条件下热裂解产生的一种富含碳的固态物质[5]。由于具有发达的微孔结构，高的阳离子交换容量（CEC）和pH，表面含有大量的官能团和负电荷，在治理土壤重金属污染中表现出潜在利用价值，已引起人们的广泛关注[6]。许多研究表明，生物炭可以减少重金属在土壤中的迁移性和生物可利用性。荆延德等[7]研究发现添加生物炭能提高土壤对重金属Cu(Ⅱ)的吸附力，降低因土壤淋溶作用而引起的重金属迁移。Houben等[8]研究发现生物炭施于被污染土壤中会降低Pb、Cd、Zn的生物有效性。此外，生物炭还可以改变各种重金属的形态，降低土壤中可交换态重金属的含量，减少植物对重金属的吸收。张连科等[9]发现施入两种油料作物生物炭后土壤中重金属Pb的碳酸盐结合态含量降幅最为显著，分别为10.89%和9.7%，可交换态、铁锰氧化物结合态和有机态铅含量略有降低，而残渣态铅含量增幅较大，分别达到了18.01%和17.56%。Fellet等[10]指出，生物炭减少了重金属Cd和Pb在植物中的积累。目前，生物炭对重金属影响的相关研究较多，而关于生物炭对矿区复合污染土壤的重金属形态转化的研究报道有限。内蒙古自治区包头市白云鄂博矿是一座世界罕见的多金属共生矿床，矿区主要通过露天开采方式为包头钢铁集团提供原料，开采过程中对周围土壤环境造成了严重的重金属污染，并且呈逐年加剧之势。段丽丽[11]的研究表明白云鄂博矿区周围采集的土壤样品中所研究的8种重金属平均含量均高于背景值，其中污染最严重的Pb、Mn、Zn和Cu4种元素含量分别为背景值的9.0倍、6.3倍、5.1倍和2.3倍。因此，采取经济有效的修复技术来恢复和重建白云鄂博矿区土壤生态系统已经势在必行。本研究以白云鄂博矿区周边土壤为供试土样，研究不同水平生物炭施用量对土壤中4种主要的重金属Cu、Zn、Pb和Mn的有效性及形态分布的影响，同时通
过土壤pH和CEC的分析，结合生物炭的元素组成和结构表征探讨其转化机理，以期为矿区重金属污染土壤的原位修复策略提供科学依据。1实验材料和方法