生物炭、皂石、磷礦石對鎘污染土壤的鈍化：溶解性、生物有效性、吸附機(jī)制.pdf

1、農(nóng)田重金屬污染對土壤-植物系統(tǒng)和人類都具有毒害作用，因此被視作嚴(yán)重的環(huán)境問題。尤其是其中的鎘污染，其在全世界范圍內(nèi)造成大量農(nóng)田土壤變?yōu)榉歉魍寥馈Ｒ虼?，降低鎘在土壤中的有效性是減少鎘在植物中積累的重要手段。施用有機(jī)和無機(jī)改良劑，是一種便宜且破壞性較小的鎘修復(fù)技術(shù)（原位固定）。本研究采用培養(yǎng)試驗(yàn)和溫室盆栽試驗(yàn)研究了稻草生物炭(RSB)，稻殼生物炭(RHB)，玉米秸稈生物炭(MSB)，氫氧化鉀改性稻草生物炭，配施沸石和磷礦粉對鎘的移動、吸附

2、、形態(tài)、浸出特性、生物有效性和植物生長的影響。本研究可為酸性土壤鎘污染的修復(fù)提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。
　　首先進(jìn)行培養(yǎng)試驗(yàn)，研究生物炭(BC)，沸石(ZE)和磷酸鹽(RP)對污染土壤中鎘的固定效果。使用連續(xù)提取法、歐洲共同體局連續(xù)浸提法(BCR)、美國毒性特征浸出法(TCLP)和硝酸銨提取法測定土壤中重金屬的形態(tài)。結(jié)果表明，施用后鈍化劑后土壤pH值增加，BC、ZE和RP施用量為3％時，土壤交換性Cd含量比對照分別降低了29.4

3、1％、12％和13％。根據(jù)Langmuir等溫吸附方程，BC處理土壤對Cd的吸附容量“Qm”從8.38增加到19.85mg.g-1，紅外光譜、掃描電鏡和zeta電位譜的研究結(jié)果表明，在受污染的土壤中，通過吸附的方式，對Cd的固定機(jī)理進(jìn)行了研究?？偟膩碚f，與其他處理相比，生物炭取得了更好的結(jié)果。
　　植物盆栽實(shí)驗(yàn)，種植空心菜（Ipomoea Aquatic）研究PSB，ZE和RP修復(fù)后土壤中Cd植物有效性，并使用CaCl2提取法和T

4、CLP提取法研究Cd移動性的變化。TCLP和CaCl2提取液中Cd的濃度隨BC，ZE和RP的增加而降低。BC施用量從1.5％增加到3％，CaCl2提取的Cd比對照降低65.8％-72.9％，TCLP提取的Cd比對照降低31.2％-37.7％。RP施用量從1.5％增加到3％，CaCl2提取的Cd比對照降低53.4％-65.2％，TCLP提取的Cd比對照降低11.7％-19.5％。BC，ZE和RP施用量為1.5％和3％時，空心菜吸收Cd降低

5、22.9％-61.8％。此外，BC，ZE和RP施用后空心菜的抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD))活性下降?？傊?，RSB是一種安全有效的鈍化農(nóng)業(yè)土壤中Cd的鈍化劑。
　　種植大白菜(Brassica chennises L.)研究RSB，RHB和MSB修復(fù)后土壤中Cd的有效性，采用CaCl2提取法，TCLP提取法和簡單生物有效性提取(SBET)。結(jié)果表明，在所有處理中，RSB施用量為3％時效果最顯著，促進(jìn)了酸溶

6、態(tài)Cd轉(zhuǎn)化為殘渣態(tài)，增強(qiáng)了酸性土壤中Cd的穩(wěn)定性。RSB，RHB和MSB施用量為1.5％和3％時，酸溶態(tài)Cd分別下降24％-32％，19.3％-23.4％和22％-27％，殘渣態(tài)Cd分別增加33.4％-37.7％，32％-35.4％和33％-36.3％。RSB，RHB和MSB施用量為3％時，SBET消化法測得Cd含量比對照分別減少30.5％，20.6％和27.5％;CaCl2提取法得Cd含量比對照分別減少58.4％，39％和46.4％，

7、TCLP提取法得Cd含量比對照分別減少42.85％，32.65％和36.73％。同樣，土壤的化學(xué)性質(zhì)隨BC施用的增加而顯著增加，特別是土壤pH，土壤有機(jī)碳(SOC)和土壤NPK含量。所有施用生物炭的土壤微生物生物量（C和N）和無機(jī)氮含量(NH4和NO3)均比對照顯著增加?？偠灾┯肦SB可以有效地固定Cd，降低Cd的生物有效性，減少大白菜對Cd的吸收，減輕食品安全風(fēng)險。
　　進(jìn)行吸附等溫線實(shí)驗(yàn)，研究KOH改性稻草生物炭和未改性

8、稻草生物炭從溶液中去除Cd的效果。結(jié)果表明，未改性稻草生物炭的最高吸附量為12.17mg.g-1，化學(xué)改性稻草生物炭對Cd的最高吸附量為41.9mg.g-1，比未改性生物炭的最高吸附量高3倍以上。改性生物炭表面積、孔隙度增加，其表面官能團(tuán)的改變是吸附Cd量增加的主要原因。生物炭吸附Cd的可能機(jī)制主要包括:(1)堿性條件下形成不溶性鎘化合物進(jìn)行表面沉淀;(2)通過FTIR，XRD，SEM和Zeta電位測定，發(fā)現(xiàn)生物炭中可交換陽離子（如鈣離

9、子）可與鎘發(fā)生離子交換。
　　進(jìn)一步研究改性稻草生物炭(BCK)和非改性稻草生物炭(BC)對鎘的溶解性和生物有效性的影響。在鎘污染土壤中添加1.5％，3％的BC和BCK，培養(yǎng)60天。通過BCR，TCLP和NH4NO3提取來評估Cd的移動性，通過生物可利用性風(fēng)險指數(shù)(BARI)和SBET技術(shù)檢測了鎘對生物體的影響。結(jié)果表明，改性稻草生物炭和未改性稻草生物炭對水稻可溶性Cd含量分別比對照降低40.42％和34.88％，簡單生物有效性提

10、取(SBET)的Cd比對照分別降低32.4％和25.2％，也顯著降低了TCLP和NH4NO3提取的Cd的含量。改性和未改性的生物炭顯著增加了土壤的pH與表面絡(luò)合能力，從而導(dǎo)致了Cd溶解度和生物有效性/生物可利用性的降低。然而，TCLP浸出Cd與酸溶性Cd的顯著降低可能是由于Cd從有效態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o效態(tài)或殘渣態(tài)。
　　總之，在酸性紅壤中，堿性物質(zhì)的應(yīng)用可以改善受污染土壤的酸度，降低受污染土壤中的Cd遷移率和植物有效性。所有的稻秸稈生物炭