生物炭对污染土壤的修复及作用机理研究摘要：生物炭作为一个一种土壤改良剂，在应用的过程中不仅能够减少温室气体的排放，而且还能够改良土壤理化和生物性状，降低土壤中污染物质的含量、排解土壤中的毒性，从而实现对土壤的修复。文章在阐述土壤污染情况和生物炭内涵、特点、性质、材料、制备方法的基础上，结合各个文献报道的内容具体分析生物炭对污染土壤的修复方法，旨在为相关人员对生物炭的研究提供更多支持。
Abstracts：Biochar as a soil conditioner, a in the process of application can not only reduce greenhouse gas emissions, but also can improve soil physical and chemical and biological properties, reduce content of pollutants in the soil, to eliminate toxicity in the soil, so as to realize the restoration of soil. Articles on soil pollution and biochar connotation, characteristics, properties, the material, the preparation methods, on the basis of combining the literature reports the content of the concrete analysis of biochar repair methods for contaminated soil, to relevant personnel to provide more support for biochar research.
关键词：生物炭；污染土壤；修复；作用机理；研究
引入：目前土壤污染状况，来自公报，生物炭对污染土壤的修复作用（概述）
从《全国土壤污染状况调查公报》的全国土壤污染状况调查了解到全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量较差，加上频繁的农业活动、工业活动等也加重了土壤污染现象的发生。从土壤污染分布的情况来看南方土壤污染重于北方，重工业地区工业废弃地、工业废弃地、公园园区污染比一般地区的污染严重，土壤污染中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。在这样的发展背景下，怎样控制和治理土壤污染，特别是重金属污染成为相关人们需要思考的问题。经过学者的调查研究发现生物炭能够有效缓解土壤中的重金属污染问题。生物炭是指生物残渣在低氧的状态下进行燃烧，燃烧之后形成多孔结构、低密度碳材料，从而使得生物炭具有不同的理化特点，能够对土壤中的酸碱环境、重金属污染问题进行改良、修复。为了更好的了解生物炭在土壤修复中的作用，加强人们对生物炭在防止土壤重金属污染中作用的认识，文章在介绍生物炭性质、属性、制备等基础上，对生物炭在
影响土壤理化性质、酸碱值、阳离子交换量、养分、污染转移、微生物群落等方面问题进行探究。
一、生物炭概述
（一）内涵和制备
生物炭是指厌氧、绝氧等人工控制条件下对植物生物进行热解操作，通过一系列的热解操作最终获得二氧化碳、可燃性气体、挥发性油类、含碳丰富芳香环分子结构和多孔特点的固体物质。在生物炭制备的过程中需要应用多种技术设备，包括干烘、慢速热解、中速热解、气化、水热碳化等。
热解技术能够根据热解温度和停留的时间来进行划分操作，慢速热解则是个持续操作的过程，快速热解深受快速转移加热操作的影响。热解内容的不同深刻影响生物炭的产品属性。挥发物体和气体在炉内的移动速度决定了水蒸气的停留时间，在长时间的停留下会引发第二次反应，具体表现为生物炭表现出现焦油和焦油碳化的现象。热解气化是指生物质源在大气800摄氏度的环境下经过加压操作被再次氧化，在热解气化操作的过程中会从产生各种气体和少量的生物炭。水热碳化是在200-250摄氏度的环境下生物质高气压悬浮在液体中数较小的时候出现固体、液体和气体物质。
热解操作的时候随着温度和缺氧状态的变化生物炭的结构也会相应的发生变化，具体表现为随着碳化温度的升高产生相应的芳香环结构。小的芳香单元在分解操作的时候会形成较大的结合层，木炭在200摄氏度到300摄氏度的时候会出现快速下降的现象，木炭的产量在400摄氏度的温度环境下达到温度的装填。不同类型热解生物质产物情况如表一所示。
表一：不同类型热解生物质产物情况
（二）生物炭的性质
生物炭原料和热解温度、时间等对生物炭的性质有着十分重要的影响，具体表现在以下几个方面：第一，碱性。受生物质种类和热解参数差异的影响，生物炭的酸碱值一般被控制在4-12，且这种酸碱值会随着热解温度的升高而增加。畜禽类的粪便在灰分含量较高的情况下制备出来的生物炭也具有很高的酸碱值，相应的豆科植物秸秆制备生物炭酸碱值碱性含量也会增加，与之相对的是稻壳和麦秸生物炭的酸碱值和碱性含量值也会降低。在热解温度的升高下高碳酸盐的总体含量也会增加，生物炭的碱性相应的增加。这些官能在酸碱值较高的情况下能够以阴离子的形态存在，并和H*发生缔合反应，使得生物炭具备石灰效应，增强其改良酸性土壤的潜力。第二，比表面积。生物炭的比表面积会随着热解温度的变化发生相应的变化，在这个过程中生物炭的比表面积也会相应的增加。第三，表面功能基团。生物质的前处理和热解操作能够在一定程度上改变生物碳的表面功能。在热解温度的升高下，生
物炭表面OH、CH2、芳香环也会发生相应的变化。第三，CRC。生物质在一定的温度范围内得到的生物炭具有很大的CEC值，特别是在400摄氏度的环境下获得的CEC值会增加，但是随着温度的提升，CEC的数值会相应的降低。第四，元素组成。生物炭元素的组成深受热解温度、生物物质种类等因素的影响。经过一系列元素分析结果证明，在温度是150-500摄氏度的时候，能够反映芳构化程度的H/C摩尔比速度会快速的减少，在500-700摄氏度的时候，H/C摩尔比会缓慢的减少。在这个过程中，生物炭中的C、P和矿物质元素也会实现进一步的富集，含量由多到少分别是畜禽粪便、草本植物、木本植物，粪便生物炭和植物废弃物生物炭对土壤改良起到了十分重要的改良作用，但是不能将其作为一种单独的肥料来使用。第五，稳定性。生物炭具有很强的稳定性特点，将生物炭施加到土壤中过程中留存的时间要一般的植物残体长，加上生物炭本身有效性的特点，人们在应用生物炭的时候需要加强对其稳定性特点的认识。
二、生物炭.对土壤的修复作用
（一）生物炭对土壤理化性质的影响
1、土壤容重、毛管含水量、总空隙
土壤容重、毛管含水量、总空隙等是土壤物理特性的重要指标，经过实践研究证明生物炭的应用能够在一定程度上降低土壤的容重和密度，使得土壤的应用保持一定的水分。土壤中的毛管空隙深刻影响土壤存水能力，且毛管的空隙度越高，土壤通气性表现越差，土壤的饱和导水率也会相应的减少。毛管水量的提升能够增加土壤的蓄水量，有效保证土壤中的水分含量。生物炭的是应用能够改变土壤中的孔隙情况，在应用生物炭之后的土壤容量降低了9%，改变了土壤的性质。
2、土壤酸碱值和阳离子交换量
土壤的化学性质体现在土壤的酸碱值、CEC、饱和度上。经过实践证明土壤的酸碱值直接影响土壤的养分，基于大多数的生物炭是碱性的，在这些生物炭中添加生物炭能够有效提升土壤的酸碱值。其中，在土壤酸碱值是6.4-10.4之间的时候，在土壤中添加非豆科类的植物生物炭能够在两个月的时间内提升0.7个单位的土壤酸碱值。由此证明了含有盐基离子的生物炭的应用能够有效提升土壤的酸碱值。CEC离子交换量是评价土壤肥力的重要指标，也是土壤团聚体形成的重要物质，代表了土壤团粒结构和土壤养分能力特性。经过实践研究证明，将生物炭施加到土壤中之后，CEC提升了20%，因此证明生物炭的添加有效提升了土壤中的CEC交换量，对沉淀土壤中的有害杂质起到了十分重要的作用。在土壤中加入生物炭还能够有效降解除草剂，实现不同程度土壤离子的交换。经过实验操作进一步验证了和土壤的有机质相比，生物炭只能够进行较低的阳离子交换量操作，且在土壤有机物大量分解和表面
积增加的情况下，土壤CEC也会呈现出下降的发展趋势。
3、土壤养分
生物炭在土壤中的应用能够有效提升土壤的养分，促进农作物的生长，扩大农业发展产
量土壤中生物炭对农作物产量的影响具体如表二所示。
表二：生物炭对农作物产量的影响
（二）生物炭改变土壤中污染物的稳定性
生物炭在添加到土壤中之后，生物炭的表面含有基团结构，同时含有了不同种类、丰度的基团结构，且这些结构大多是氧官能团，包括OH、COO、COOH，这些含氧官能团产生的表面负电荷能够让生物炭具备较高的CEC交换量，从而更好的吸附土壤中浓度金属离子，使得土壤中的污染物变得更加稳定。另外，在生物炭生成发展的过程中，对表层中的一些金属离子进行研究发现植物生物炭中含有一定数量的等离子，这些等离子在热解操作的过程中会和生物炭的表层碱基浓缩，从而使得等离子的含量超过一些重金属元素，由此使得土壤中形成稳定的化合物。将生物炭施加到土壤中之后，生物炭代表表面基团结构能够和土壤中的离子发生反应，呈现出水溶性、变换态、碳酸盐结合态的特点。
（三）生物炭改变污染物等迁移转化行为
生物炭的应用能够在一定程度上改变污染物的迁移转换行为，在这个过程中生物炭是作为土壤修复改良剂存在的，能够对土壤中的重金属元素进行吸附，生物炭融入到土壤中之后，土壤表面功能基团能够和表层的离子发生一系列氧化还原反应，由此影响到土壤污染物的迁移和转化变化。经过实践研究证明，骨炭这一类型生物炭能够影响土壤中的重金属化学形态，在一定程度上降低重金属的移动性。
土壤重金属形态变化受生物炭表层含氧官能团离子交换的影响，其中，水稻秸秆生物炭在不同热解度下对土壤中重金属Pb2的最大吸收量会随着温度的增加而增加，甚至能够达到原有秸秆生物质的五倍到六倍、活性炭的二倍到三倍。
（四）生物炭影响土壤的微生物群落
在生化循环操作的过程中，微生物在土壤分解生态系统中发挥了十分重要的作用，一般
体现在物质能量交换和能量流动实现两个方面。微生物深刻影响着土壤的稳定性、透气性和循环性。将生物炭施加到受重金属污染的土壤中能够促进土壤健康生长，提升各类微生物的降解速度，促进植物的成长发展。
三、生物炭对污染土壤的修复作用机理
（一）生物炭制备、试剂、仪器的选择
试验的土壤是某电镀厂清理挖掘的重度污染土壤，应用四分法来获取采样土壤，将土壤放入到250ml的含有四氟乙烯衬垫的玻璃瓶中。土壤在实验室的环境下自然风干，应用木棒敲碎土壤，用玛瑙研钵碾磨过0.25mm孔径筛备用，土壤的重金属含量内容和范围分别是铜0-9460mg?kg-1，铬0-18100mg?kg-1,，镍0-1130mg?kg-1，锌0-720mg?kg-1。试验土壤理化性质是粉黏壤，粉黏壤的酸碱值是6.1，有机质的含量是5.55g?kg-1。生物炭的制备及其表征如上文叙述。试验试剂包括供试淋洗剂：去离子水、草酸、乙酸!、柠檬酸和盐酸，都是分析纯。试剂：硝酸、氢氟酸和醋酸等，均为分析纯。仪器是AA800型原子吸收分光光度计、微波消解仪、CR21G低温高速离心机等。
（二）试验方法
第一，固化试验。将六份100g土样放置到器皿中，称取不同量的生物炭和100g土壤混合均匀搅拌，将试剂平行操作，将培养皿置于25摄氏度的人工气候箱中，向培养皿喷入一定量的蒸馏水，使得土壤的含水量保持在7 0%左右。这样操作每天进行一次，在一个礼拜之后将土壤自行晾干，通过0.25的孔径来对土壤的理化指标、重金属含量和形态进行分析。第二，土壤酸碱值。将获取的10g样本放在离心管中，去掉二氧化眼水25ml，应用搅拌器搅拌一分钟，分散土壤颗粒，放置半个小时时候进行测定分析。将酸碱计校准之后将电极插入试样悬液中，按下读数开关，等待一段时间之后记录酸碱值。第三，重金属全量测定。将0.2g试样和国家标准土壤样品放在微波消解罐中，加入适量的溶剂按照一定升温程序进行消解，之后将消解的物体放到200摄氏度的电热板上，应用AA800型原子吸收分光光度计测定重金属全量。
（三）结论
第一，添加生物炭对土壤酸碱值的影响。土壤酸碱值影响重金属在土壤中的溶解度及土壤胶体电荷来影响土壤重金属的形态分布，能够和碳表面的电荷产生吸附作用，和生物炭表面官能团形成特定的金属配合物。生物炭添加量为0、10、30、50对应的土壤酸碱值分别是6.42±0.04、6.39±0.06、6.59±0.03、6.77±0.02，差异显著性，随添加量增加，土壤酸碱值显著上升。第二，添加生物炭对土壤中铜形态的影响。不同生物炭添加量对土壤中各形态铜含量的影响如图一所示。添加生物炭后，土壤中各形态铜含量由高到低分别是残渣态、有机
态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、交换态，添加生物炭对碳酸盐结合态铜的影响明显。第三，添加生物炭对土壤中铬形态的影响。添加生物炭对土壤中铬形态的影响如图二所示。根据图二发现，对照10g kg-1生物炭添加量处理土壤中形态铬含量由低到高分别是铁锰氧化物结合态、交换态、有机态等，各个形态的排列不同，随着生物炭添加量增加，土壤交换态铬含量逐渐降低。
图一：不同生物炭添加量对土壤中各形态铜含量的影响
图二：不同生物炭添加量对土壤中各形态铬含量的影响
结束语
综上所述，生物炭能够改变污染土壤中重金属的形态分布，并改善土壤污染情况，其中对铬的作用效果最明显。对土壤污染情况的改进和生物炭的使用量存在反比关系。为了能够更好的减少土壤污染，实现对土壤的修复，需要相关人员加强对生物炭的研究和应用。
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土壤污染修复 第一章土壤及其基本性质 1.土壤：是指地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层，具有不断地、同时地为植物生长提供并协调营养条件和环境条件的能力。 2.土壤环境：是指岩石经过物理、化学、生物的侵蚀和风化作用，以及地貌、气候等诸多因素长期作用下形成的土壤生态环境。 3.土壤污染：是指人为活动将对人类本身和其他生命体有害的物质施加到土壤中，致使某种有害成分的含量明显高于土壤原有含量，而引起土壤环境质量恶化的现象． 4.造成土壤污染的原因? 过量施用化肥;农药;重金属元素;污水灌溉;酸沉降;固体废物;牲畜排泄物和生物残体5土壤污染的特点 ①隐蔽性和潜伏性②累积性和地域性; ③.不可逆性和长期性④难治理性和后果严重性. 6.土壤环境背景值:是指未受或少受人类活动（特别是人为污染）影响的土壤环境本身的化学元素组成及其含量。 7.土壤自净作用：是指在自然因素作用下，通过土壤的自净作用，使污染物在土壤环境中的数量、浓度或形态发生变化，活性、毒性降低，甚至消失的过程 8.环境容量：在人类生存和自然生态不至受害的前提下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。（单位环境中，土壤所能容纳的最大负荷量为土壤环境容量） 9.土壤污染的量度指标 ①土壤背景值；②植物中污染物质的含量；③生物指标 10.土壤环境污染物分类： 无机污染物.有机污染物；生物性污染物；固体废弃物 按照污染物污染途径分为以下五种类型 水质污染型；大气污染型；固体废弃物污染型；农业污染型；综合污染型 第二章土壤重金属污染专题 1．汞、镉、铅、铬以及类金属砷（五毒元素）
2.影响生物迁移的因素 a.重金属在土壤环境中的总量和赋存形态 b.土壤环境状况 c.不同植物种类 d.伴随离子 3.土壤重金属污染的特点： 1.形态多变 2.金属有机态的毒性大于金属无机态 3.价态不同毒性不同 4.金属羰基化合物常剧毒 5.迁移转化形式多样 6.重金属的物理化学行为多具有可逆性 7.产生毒性效应的浓度范围低 8.微生物不能降解重金属9.生物对重金属摄取具有累积性 10.重金属对人体的毒害具有积累性 4影响重金属在土壤环境中的迁移转化的因素： ①土壤Eh： 当水田灌满水时，Eh下降，导致土壤环境中的S以S2-形式存在，从而与水溶性Cd生成CdS沉淀，降低土壤溶液中水溶性镉的含量。当水稻田排水晒田（烤田）时,Eh 升高，非水溶性CdS可发生氧化还原反应，S2-被氧化成单质硫，从而CdS的溶解度增加，可给态Cd2+浓度增加。 Eh升高会促使土壤可溶性Pb与高价Fe、Mn氧化物结合，降低Pb的可溶性迁移。 ②土壤ph 土壤酸度增大不仅可增加CdCO3的溶解度，也可增加CdS的溶解度，使水溶态的Cd含量增加。 对铅在土壤中的存在形态影响也很大，一般随pH降低，土壤环境中可溶性铅的含量增加，铅在土壤中的迁移能力和生物毒性增大。 随着pH值的升高和Eh值的下降，可显着提高土壤中砷的溶解性。因为pH值的升高，土壤胶体上正电荷减少，对砷的吸附量降低，可溶解性砷的含量增加。同时，随着Eh值的下降，砷酸还原为亚砷酸 锌的迁移性取决于土壤的pH值和Eh值 5．影响Cr对植物毒性的因素： （1）Cr的化学形态；（2）土壤质地和有机质含量； （3）土壤氧化还原电位；（4）土壤pH值；（5）植物种类。 6.防治土壤铜害的主要措施： ①向土壤大量施用绿肥或有机肥；②施用石灰降低土壤酸度； ③施用铁剂(如Fe-EDTA)，或叶面喷施铁剂。 7.锌污染的防治措施： ①施用石灰调节土壤pH在范围内，使锌形成氢氧化物沉淀； ②使土壤呈还原态，形成ZnS沉淀；③施用磷肥 8.土壤重金属污染控制的基本原则，并根据原则拟定土壤重金属污染控制技术对策。
土壤的生物修复作用 一、生物修复作用的概念 由于土壤、空气等受到严重的污染，因此全世界都关着研制和生产一种生物制剂，以消除土壤和水体的污染，这类研究称为“生物修复作用”或“生物修复工程”，即利用一种或多种生物（主要是微生物）来分解或降解土壤、水体中的有机污染物，是一门新兴的学科。该技术主要用于分解和消除进入环境中的各类污染物也有害有机物质。研究表明，这种技术主要有生物、特别是微生物的多样性解决。 二、生物修复作用的原理 土壤遭有机污染物侵蚀后，其降解过程取决于生物和非生物的过程，这些过程主要有光解作用，化学分解，植物根系和土壤微生物的生物转化等。参与生物修复作用的土壤微生物数量可达几千万/克以上，并有多种酶系统参与。导致有机污染物生物修复作用的主要机理为矿化作用，共代谢作用和氧化耦合作用。 生物菌肥在水稻上的应用 一、水稻的一生：水稻是我国重要的粮食作物。水稻从种子发芽到新种子形成的一生中，划分为营养生长、营养生长与
生殖生长并进期和生殖生长期三个阶段。 二、产量的形成：水稻产量是由单位面积上的有效穗数、每穗实粒数、结实率和千粒重构成的。在水稻生长发育过程中，不同生育时期决定着不同产量构成因素。穗数是由基本苗数和分蘖成穗率所决定的。每穗实粒数受稻株的生育情况、栽培条件和气候因素的影响。粒重是由抽穗后光合产物顺利运送决定。4个因素之间相互联系，相互制约和相互补偿的关系。 三、合理施肥：水稻对氮、磷、钾的吸收总量，每生产500公斤稻各约需从土壤中吸收氮素8—12.5千克，五氧化二磷5—7.5千克，氧化钾13—19千克，三者的比例大致是2：1：2。但在不同的地区、不同的土壤特性、品种类型、施肥水平、产量高低等情况下，水稻对氮、磷、钾的吸收量亦不一样。 施肥应掌握“基肥足、蘖肥速、穗肥巧”的原则。 四、百成复合生物菌肥的应用 1、拌种法：①直播田：每亩大田用生物菌肥2—2.5公斤与催芽过的谷种充分拌匀，下午4时后撒播大田。 ②育秧：为培育壮秧，原秧田底肥、断奶肥、起身肥不减的情况下，每两分秧田用0.5公斤生物菌肥与催芽过的谷种充分拌匀后播种。 2、基施：在移栽前进行，拌细土撒施入田，如有有机肥可拌入有机肥中堆置3—4天，插秧前将有机肥撒入大田；或拌入复合肥插秧前撒入大田，每亩大田用生物菌肥2—3公斤。
生物炭在农田土壤修复方面的应用 河北师大化学与材料科学学院农业项目组盛建维 一、生物炭概述 生物炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，属于秸秆废弃资源高值化利用的范畴。 生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。 生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式——木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbon negative）。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。事实上，之所以肥沃的土壤大都呈现黑色，就是因为含碳量高的缘故。英国环保大师詹姆斯·拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。研究人员也表示，生物炭也能提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。 制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。日前，气候专家找到了更清洁环保的方式，进行工业规模二氧化碳固定，利用巨型微波熔炉将二氧化碳封存在“生物炭”中，然后进行掩埋。这种特制“微波炉”将成为战胜全球变暖的最新利器。因此，该技术每年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。日前不少人将生物炭技术视为目前为止解决气候变暖问题的“尚方宝剑”，一种“气候变化减缓”战略和恢复退化土地的方式。有些专家甚至声称，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢复到工业化之前的二氧化碳水平。 近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，为解决粮食危机、全球气候变化等环境问题，提供了新的思路。此外，生物炭还在获取生物质能、废弃生物质资源化以及碳排放贸易等方面有着重要地位。近年来学界关于生物炭在土壤肥力改良、大气碳汇减排以及土壤污染修复等方面的研进展，并扼要分析了生物炭研究的前景和方向，为生物炭技术的应用和推广提供一定的思路。 二、生物炭的结构和基本特性 生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，而且以高度富含碳( 约 70% —80% ) 为主要标志，可以视为纤维素、羧酸及其衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂各异的含碳物质构成的连续统一体，其中烷基和芳香结构是最主要的成分。从微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，X 射线表明其具有乱层结构 ( turbostratic structure)。生物炭表面多孔性特征显著，因此具有较大的比表面积和较高的表面能。表面极性官能团较少，主要基团包括羧基、酚羟基、羰基、内酯、吡喃酮、酸酐等，构成了生物炭良好的吸附特性。随着研究的推进，研究者还发现生物炭具有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性由于原材料、技术工艺及热解条件等差异、生物炭在结构和 pH、挥发分含量、灰分含量、持水性、表观密度、孔容、比表面积等理化性质上表现出非常广泛的多样性，进而使
污染土壤微生物修复技术研究进展课程论文 摘要针对2014年4月环境环保部公布的首次全国土壤污染状况调查结果，撰写我国最严重的耕地污染中主要污染物镉、砷、滴滴涕和多环芳烃的微生物修复研究进展。 关键词土壤污染；微生物修复；重金属污染；有机物污染 2005年4月至2013年12月我国开展的首次全国土壤污染状况调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达19.4%，迫在眉睫的主要污染物为镉、砷、滴滴涕和多环芳烃[1]。 微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军[2]。由于我国土壤调查结果显示在农田耕地中重金属污染物镉、镍、砷、有机污染物滴滴涕和多环芳烃超标最严重，对这些污染物的治理已经迫在眉睫。所以，本文重点阐述针对这5种污染物的微生物修复技术研究进展。 1、重金属污染土壤微生物修复研究进展 土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的[3]。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集 (如生物积累、吸附作用)、生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)、生物固定（如与S2-的共沉淀）、生物滤除（如细菌的淋滤作用）等作用方式。 1.1镉污染 将具有重金属吸附能力的天然蛋白或人工合成肽展示在微生物细胞表面,可以提高微生物对重金属的吸附能力。Kuro da等[4]改造了微生物表面蛋白使得当酵母金属硫蛋白( YMT )串联体在酵母表面展示表达后,4 聚体对重金属吸附能力提高5.9 倍, 8 聚
Hans Journal of Agricultural Sciences 农业科学, 2020, 10(9), 746-750 Published Online September 2020 in Hans. https://www.doczj.com/doc/ce3167844.html,/journal/hjas https://https://www.doczj.com/doc/ce3167844.html,/10.12677/hjas.2020.109113 生物炭在土壤污染修复中的应用 李燕1,2,3,4 1陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西西安 2陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西西安 3自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西西安 4陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西西安 收稿日期：2020年9月3日；录用日期：2020年9月16日；发布日期：2020年9月23日 摘要 健康的土壤环境是城市发展、农业生产、宜居人居环境建设的重要基础，也是保障区域生态环境安全的重要前提。城市快速发展和经济结构转型升级过程中产生大量污染土地，对土壤、空气等人居环境和人体健康产生不可忽视的影响，污染土壤修复治理是有限土地资源高效利用的必要选择。生物炭作为一种在土壤改良、能源生产、废物利用、污染物治理等方面具有积极作用的多孔吸附性物质，在土壤污染修复领域具有重要应用价值。 关键词 生物炭，土壤改良，土壤修复 Application of Biochar in Soil Pollution Remediation Yan Li1,2,3,4 1Institute of Land Engineering and Technology, Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi’an Shaanxi 2Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi’an Shaanxi 3Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering, The Ministry of Natural Resources, Xi’an Shaanxi 4Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center, Xi’an Shaanxi Received: Sep. 3rd, 2020; accepted: Sep. 16th, 2020; published: Sep. 23rd, 2020
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ce3167844.html, 生物炭对土壤肥料的作用和未来解析 作者：刘芳芬 来源：《农家科技下旬刊》2015年第08期 摘要：生物炭的应用，能够有效提升土壤中有机碳的含量，对土壤的保水、保肥性能进 行改善，减少养分的损失。通过将生物炭与肥料的相互结合，能够起到相互补充，促进作业的生长，增加产量的效果。本文结合生物炭的相关概念，分析了其对于土壤肥料的作用，并就其未来的研究方向进行了讨论和阐述。 关键词：生物炭；土壤肥料；作用；未来研究 近年来，伴随着可持续发展理念的不断深化，各种新的清洁能源资源得到开发，生物炭逐渐成为了农林、环境、能源等领域研究的重点，在废弃生物质利用、生物能源生产、肥料创新、温室气体减排中发挥着非常重要的作用，引起了相关研究人员的高度重视。 一、生物炭的相关概念 生物炭是指生物有机材料在无氧或者低氧环境中，经低温热裂解后产生的固体材料，可以是块状，也可以是粉状颗粒。在生物炭中，碳含量约在40%-75%，其余部分为矿物质和有机 化合物，一般呈碱性，不易分解。 在生物炭中，富含有机碳，而且碳元素一般都是以稳定芳香环不规则叠层堆积的方式存在，其中的化学成分受生物有机材料种类和来源的影响，例如，以木本植物制作的生物炭碳含量高，矿质养分含量低；以秸秆等制作的生物炭碳含量低，矿质养分含量高。高温环境对于有机物的分解有着相应的促进作用，因此，原生物质中的含碳物质、低分子有机物等会随着温度的升高，热解损失增大，残留量降低，而生物炭中的固定碳含量、灰分、PH等则会随着热裂解温度的升高而提高。同时，生物炭的CEC与其表面积、羧基官能团密切相关，在一定的温度范围内，生物炭的表面积和CEC可以达到最大。因此，最大CEC生物炭的生产必须对热裂解温度进行相应的优化。与其他各种形式的炭相比，生物炭强调生物质原料来源以及在农业科学、环境科学中的应用，一般用于土壤肥力改良、大气碳库增汇减排以及受污染环境的修复，在社会可持续发展中发挥着非常重要的作用。 二、生物炭对土壤肥料的作用 1.对土壤有机质的作用 土壤有机质是评价土壤肥力的重要标准之一，在其他条件相同的情况下，土壤有机质含量越高，则表明土壤越肥沃。土壤有机质同时也是陆地生态系统中重要的碳汇，能够改善土壤团聚体，保持其稳定性，支持微生物活动。在实际应用中，尽管生物炭的化学结构与土壤有机质或者腐殖质存在着一定的差别，但是其在改良土壤性能的作用上是一致的。生物炭的存在，能
生物炭对污染土壤的修复及作用机理研究摘要：生物炭作为一个一种土壤改良剂，在应用的过程中不仅能够减少温室气体的排放，而且还能够改良土壤理化和生物性状，降低土壤中污染物质的含量、排解土壤中的毒性，从而实现对土壤的修复。文章在阐述土壤污染情况和生物炭内涵、特点、性质、材料、制备方法的基础上，结合各个文献报道的内容具体分析生物炭对污染土壤的修复方法，旨在为相关人员对生物炭的研究提供更多支持。 Abstracts：Biochar as a soil conditioner, a in the process of application can not only reduce greenhouse gas emissions, but also can improve soil physical and chemical and biological properties, reduce content of pollutants in the soil, to eliminate toxicity in the soil, so as to realize the restoration of soil. Articles on soil pollution and biochar connotation, characteristics, properties, the material, the preparation methods, on the basis of combining the literature reports the content of the concrete analysis of biochar repair methods for contaminated soil, to relevant personnel to provide more support for biochar research. 关键词：生物炭；污染土壤；修复；作用机理；研究 引入：目前土壤污染状况，来自公报，生物炭对污染土壤的修复作用（概述） 从《全国土壤污染状况调查公报》的全国土壤污染状况调查了解到全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量较差，加上频繁的农业活动、工业活动等也加重了土壤污染现象的发生。从土壤污染分布的情况来看南方土壤污染重于北方，重工业地区工业废弃地、工业废弃地、公园园区污染比一般地区的污染严重，土壤污染中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。在这样的发展背景下，怎样控制和治理土壤污染，特别是重金属污染成为相关人们需要思考的问题。经过学者的调查研究发现生物炭能够有效缓解土壤中的重金属污染问题。生物炭是指生物残渣在低氧的状态下进行燃烧，燃烧之后形成多孔结构、低密度碳材料，从而使得生物炭具有不同的理化特点，能够对土壤中的酸碱环境、重金属污染问题进行改良、修复。为了更好的了解生物炭在土壤修复中的作用，加强人们对生物炭在防止土壤重金属污染中作用的认识，文章在介绍生物炭性质、属性、制备等基础上，对生物炭在 影响土壤理化性质、酸碱值、阳离子交换量、养分、污染转移、微生物群落等方面问题进行探究。 一、生物炭概述 （一）内涵和制备
文章编号:100926825(2008)1020352202 土壤污染的生物修复 收稿日期:2007210224 作者简介:朱 平(19812),男,助理讲师,湖南交通工程职业技术学院建工系,湖南衡阳 421001 刘 靖(19812),女,助理讲师,湖南交通工程职业技术学院建工系,湖南衡阳 421001 朱平 刘靖 摘 要:指出了作为土壤污染修复的新兴技术,生物修复技术与传统的物理化学修复方法相比具有经济、高效、无二次污染 等优点,就当前的土壤污染处理技术的分类进行了系统的阐述,并对该技术的应用前景和研究方法进行了分析和展望。关键词:土壤,污染,生物修复,技术中图分类号:TU992.3文献标识码:A 作为大气、水体及固体废弃物中污染物在环境中的迁移、滞 留和沉淀目标的土壤,是长期环境污染物的承受者。随着社会经济的飞速发展和人口的不断增长,土壤作为人类赖以生存的资源,越来越暴露出不堪重负的迹象。对于土壤污染处理而言,传统物理及化学修复技术的最大弊端是污染物去除不彻底,导致二次污染的发生,从而带来一定程度的环境健康风险危害[1]。而生物修复技术与传统方法相比,具有效率高、安全性能好、费用低、易于管理与操作、不会产生二次污染等优点,在修复污染土壤中起到越来越重要的作用,因此得到世界环保部门的认可,并引起了工业界的关注,预计生物修复服务和产品平均每年增长15%[2],成为今后环境修复技术发展的主要方向。 1 土壤微生物降解的修复技术 微生物降解有机化合物的巨大自然容量是生物修复的基础。在现代生物修复中,微生物修复已经占主导地位。生物修复中可以用来接种的微生物从其来源可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌,从微生物种类类型可分为细菌和真菌。细菌因为其种类繁多,且大部分具有很大的生物代谢多样性,因而在微生物修复中占主导地位。真菌虽然数量少,但能比较容易适应不利的环境,在氮磷和水分不足的情况下,对有机污染物也有着独特的降解能力,所以已经越来越多地受到人们的重视。 在生物系统中,污染物的降解在很大程度上受控于天然土著微生物的生物降解能力,因此常作为首选菌种。而对于特殊污染点中特殊污染物的生物降解,外源微生物具有重要作用。例如:逢焕成等通过实验得出结论:在有机氯污染的土壤中,加入外源细菌能增加自然土壤中所含的过滤化氢酶的活性,并找出了适合消除有机氯污染的菌种[3] 。但在实际应用中,外源微生物还存在 3.1 种植绿色植物,恢复自然生态 公路工程的兴建,势必使沿线的自然生态受到破坏,使沿线 地区的生态环境失去平衡,进行公路绿化的主导思想就是通过种 (栽)植绿色植物恢复自然生态,使自然环境得到恢复和明显改善。3.2 种植地被植物,保护自然环境 公路植物防护被誉为“公路生命”防护,并与沿线的工程防护 一起形成了一个环境保护体系,有效地保护了沿线的自然环境。在公路两侧的裸露地面种植地被植物,不但能够美化沿线路容, 调节生态环境,而且可以进行地面覆盖,拦截地表径流,起到防止 水土流失的环保作用。 3.3 人工造景,美化环境 通过人工种植,利用乔灌木的梯次搭配,树、花、草的充分结 合,形成封闭的空间,建成绿色的长廊,通过绿化、美化公路,创造 优良的行车环境。人工景观和公路沿线的地势起伏,山川河流,乡 村田园构成的极为丰富多采的自然景观,改善了交通和旅游投资 等方面的环境条件,必将给地方经济建设带来更大的社会综合效益。4 结语 公路建设是国民经济发展的纽带,做好全局规划,可以从根本上避免先有公害后治理的情况发生。因此,保护生态、自然、人文环境、栽植树木、扩大绿化、保持水土、降低污染以及改善景观,都是十分重要的问题。公路建设与环境保护工作涉及面广,随着 人民生活水平的提高,将对环境有更高的要求和标准,如何通过科学管理、技术进步,对公路建设环保进行周密设计、精心施工、严格验收、加强维护、完善和提高环保质量是值得深入研究的课题。参考文献:[1]高速公路丛书编委会.高速公路环境保护与绿化[M ].北京:人民交通出版社,2003.[2]刘朝晖,张映雪.公路线形与环境设计[M ].北京:人民交通出版社,2003. [3]Z1Shalizi.公路与环境手册[M ].蔡甫娣,译.天津:交通部环境保护科技信息网,1996.[4]张玉芬.道路交通环境工程[M].北京:人民交通出版社,2001.[5]游庆龙,徐浩俊,刘子明.浅谈公路建设中的环境问题[J ].山 西建筑,2006,32(17):1452146. By road construction and environmental protection WANG Xin 2hu a Abstract :The thesis formulates the measures which should be actively taken to benefit the environmental protection during the construction of road from three fields ,that is ,the designing ,construction and greening.It is very meaningful to successfully solve the problem of environ 2mental protection during the construction of road according to the features of natural environment ,ecological environment and social and eco 2nomic environment in different areas. K ey w ords :the construction of road ,environmental protection ,greening ? 253?第34卷第10期2008年4月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.34No.10Apr. 2008
1.生物炭的应用领域 (1)生物炭的环境效应 随着低碳经济和可持续发展理念的提出和实施，气候变化问题不容小觑，而COZ等气体的排放所造成的温室效应也成为全世界的环境难题。制备生物炭的生物质来源广泛，易集中处理，低污染，可再生，应用潜力巨大。Lehmann曾指出，植物光合作用吸收的CO2会转变为碳水化合物来储存，经过热解处理后得到的生物炭再重新施与土壤中会起到固碳的作用，这种循环可以称为一个净的“负碳”过程，可以有效缓解全球气候变暖问题[34] 除此以外，生物炭因其自身的特殊性能还常常被用于水质净化，污水处理，废气处理等环境领域。如生物炭常被用于脱硝脱硫工艺中，通过吸附作用有效去除二氧化硫及氮氧化物等污染物。 (2>生物炭的农业效应 己有研究发现，农林业废弃物通过热解炭化制备成生物炭并以土壤改良剂的形式重新施与土壤，可以起到改善土壤环境，增加土壤肥效，提高农作物产量，并修复土壤的效果，若能运用于实际中，能极大的促进土壤的可持续利用和农业的绿色发展。 生物炭含有丰富的矿质元素，施加到土壤中可提高土壤中P, K, N, Mg, Ca, N等元素的含量，尤其是畜禽粪便生物炭对贫瘩土壤的养分补充效果非常明显。生物炭的石灰当量值较大，因此施与土壤中能与石灰有同样的作用，通过提高土壤碱基饱和来降低可交换铝水平，而酸性土壤的pH值也可以通过生物炭对土壤质子的消耗作用来完成[35-37]，进而改良酸性土壤养分的有效性。生物炭自身的高碳含量，不但可以增加土壤中的有机碳，还可以一定程度的提高土壤中有机质的含量，外加它本身就具有一定的吸水能力，因此，能大幅度的提升和改善土壤整体的养分吸持容量和持水能力。在土壤保肥方面，生物炭因其自身的特殊性质具有较高的吸附能力，阳离子交换量(CEC)和化学反应性，因此，常起到肥料缓释载体的作用，通过延迟和缓冲土壤中肥料的释放来提高其利用率[[38,39]。同时，生物炭的水肥吸附作用及孔隙结构能有效的改善土壤微生物环境， 为有益微生物的生存提供良好的栖息环境，促进其种群的繁硝和活性的保持[40-42] (3)生物炭的能源效应 化石能源作为人类文明进步和社会发展所依赖的主要能源结构，因为不可持续性和人类的巨大消耗使其逐渐走向枯竭。能源危机也因此成为全球高速发展的限制性因素，如何探索和发现新型替代能源己是燃眉之急[43]。生物炭作为一种可再生碳源，燃烧性能好，热值高，清洁，无污染，因而具有极大的开发潜力。我国每年秸秆产量有七亿吨，制成生物炭具有的热值高达2.25亿吨，价值折合Ig00亿元人民币，可填补我国燃煤缺口的一半以上，可应用于农村分散供热，供暖以及城市集中供暖，发电等，有效调整我国能源结构，为绿色可持续发展提供新型起步点和着眼点。除此以外，生物炭制备过程中获得的混合气和生物油以蒸汽催化的方式进行重新整合收集后可得氢气副产品，作为一种新原料和能源被用于合成氨等其它方面与领域[44]。而生物油也可升级加工为工业化学品，和化学还可进一步精炼得到生物柴油燃料。因此，生物炭制备过程中所产生的生物能源品可在一定程度上缓解化石能源的压力，并 从总量上减小了化石原料的碳排放量。L (1)在污水处理中的应用 生物炭的多孔结构及高比表面积使其与活性炭类似，可以用于环境中的污染物的吸附剂(Beesley L, et al., 2010; Beesley L, et al., 2011; Chen X, et al.,2011; Ippolito J A, et al. , 2012a)。目前，己有很多研究使用废弃物制成的生物炭来去除水中的污染物，并且对多种污染物都有显着的吸附效果(Cao X D, et al.,2009; Chen X, et al.，2011;Dong X, et al.，2011;Ippolito J A, et al.，2012a;Qiu Y, et al. , 2008 ; Uchimiya M, et al. , 2010)。生物炭在污水处理方面的应用主要包含两个方面，即有机污染治理和无机污染治理。有机污染物主要包括染料、酚醛树脂、农药、芳烃以及抗生素等，无机污染物主要包括阳离子和阴离子。Chen等(Chen X, et al. , 2011)报道了由硬木和玉米秸秆制备的生物炭对Cu和Zn有很强的吸附性，分别高达12.5和11.0 mg/g o Klasson等使用杏仁壳生物炭吸附水中的二嗅氯，其比表面积可达到344 m2/g，最大吸附量为102 mg/g(Klasson K T,et al. , 2013) o Cao等(Cao X D, et al., 2009)研究表明在
第二章污染物控制技术 6 土壤污染及其修复技术 6.1 土壤污染 (2) 6.1.1 土壤污染的定义 (2) 6.1.2 土壤污染的类型和来源 (3) 6.1.3 土壤污染的特点 (5) 6.1.4 土壤污染的危害 (5) 6.2 土壤污染及治理 (6) 6.2.1 我国土壤污染现状 (6) 6.2.2 土壤污染治理 (7) 6.3 修复技术 (9) 6.3.1 热力学修复 (9) 6.3.2 热解吸修复技术 (9) 6.3.3 焚烧法 (10) 6.3.4 土地填埋法 (10) 6.3.5 化学淋洗 (10) 6.3.6 堆肥法 (10) 6.3.7 植物修复 (10) 6.3.8 渗透反应墙 (10) 6.3.9 生物修复 (10)
6 土壤污染及其修复技术 6.1 土壤污染 土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在岩石圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。土壤固相包括矿物质和有机质，其中矿物质约占土壤固体总重量的90％以上，而有机质约占固体总重量的1％～10％。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤中有无数孔隙充满空气，即土壤气相。典型土壤约有35％的体积是充满空气的孔隙，因而土壤具有疏松的结构。 土壤具有两个重要的功能，一是土壤作为一项极其宝贵的自然资源，是农业生产的基础，二是土壤对于外界进入的物质具有同化和代谢能力。由于土壤具有这种功能，所以人们肆意开发土壤资源，同时将土地看作人类废物的垃圾场，而忽略了对土地资源的保护。由于这种原因，人类面临着土地退化、水土流失和荒漠化以及土壤污染等诸多问题。其中，土壤污染的形势极为严峻。 6.1.1 土壤污染的定义 6.1.1.1 土壤背景值 土壤背景值是指未受或少受人类活动特别是人为污染影响的土壤环境本身的化学元素组成及其含量。土壤背景值是各种成土因素综合作用下成土过程的产物，地球上的不同区域，从岩石成分到地理环境和生物群落都有很大的差异，所以实质上它是各自然成土因素（包括时间因素）的函数。由于成土环境条件仍在不断地发展和演变，特别是人类社会的不断发展，科学技术和生产水平不断提高，人类对自然环境的影响也随之不断地增强和扩展，目前已难以找到绝对不受人类活动影响的土壤。因此，现在所获得的土壤背景值也只能是尽可能不受或少受人类活动影响的数值。 研究土壤背景值具有重要的实践意义。因为污染物进入土壤环境之后的组成、数量、形态和分布变化，都需要与背景值比较才能加以分析和判断，所以土壤背景值是土壤环境质量评价，特别是土壤污染综合评价的基本依据，是研究和确定土壤环境容量，制定土壤环境标准的基本数据，也是研究污染元素和化合物在土壤环境中的化学行为的依据。另外，在土地利用及其规划，研究土壤生态、施肥、污水灌溉、种植业规划，提高农、林、牧、副业生产水平和产品质量，食品卫生、环境医学等方面，土壤环境背景值也是重要的参比数据。 我国在20世纪70年代后期开始进行土壤背景值的研究工作，先后开展了北京、南京、广州、重庆以及华北平原、东北平原、松辽平原、黄淮海平原、西北黄土、西南红黄壤等的土壤和农作物的背景值研究。
重金属污染土壤的生物炭稳定化修复及其健康风险评估生物炭是由生物质在限氧条件下经高温热解产生的富碳固态物质，因其在农业和环境领域中表现出巨大的应用潜力而备受国内外学者们关注。然而，生物炭自身携载污染物的潜在环境影响尚未受到足够重视，生物炭对重金属的固持性能及机理仍有待深入研究，生物炭稳定化修复重金属后的健康风险评估鲜有报道。因此，本文以玉米秸秆、生活污泥和油菜饼粕为前体材料，在一系列温度条件下制备了不同类型的生物炭，表征了生物炭的基本理化特性，分析了炭体材料中多环芳烃(PAHs)、重金属和矿质元素的赋存特征并评价了其环境适宜性;研究了生物炭对重金属Pb、Cd的固持特性及影响因素，揭示了生物炭固持Pb、Cd的主要作用机理;通过化学形态提取法、模拟酸雨浸提法及生物学指示法综合研究了生物炭对土壤重金属的稳定化效果;采用本课题组自主研发的污染场地健康与环境风险评估软件，并选择典型污染场地开展了生物炭稳定化修复重金属污染土壤的健康风险评估。研究结果可为生物炭材料的筛选、重金属污染土壤的稳定化修复提供理论基础与技术支撑。主要研究结论如下: (1)揭示了不同热解温度作用下生物炭理化性质和赋存污染物的变化规律及其在土壤改良中的应用潜力。玉米、污泥和油菜生物炭的产率、溶解性有机碳、表面羧基、酚羟基和内酯基含量随热解温度的增大而降低，pH、比表面积、灰分和碱性基团含量则逐渐升高。当热解温度在300-500℃之间时生物炭容易产生较高浓度的PAHs，而700℃时生成量最低。热解过程导致大多数重金属在炭体材料内富集浓缩，部分重金属(Pb、Cd)在600℃以上高温时存在明显的挥发损失。炭化作用降低了生物炭中绝大多数金属元素的植物有效性和淋溶潜力。高温条件下(600-700℃)制备的生物炭中PAHs浓度、重金属及矿质元素的易淋溶态含量更低，对土壤和地下水环境的潜在风险更小，可作为土壤改良剂。 (2)研究了生物炭对重金属Pb、Cd的固持能力，阐明了生物炭对Pb、Cd的固持机制为表面含氧官能团络合作用与表面沉淀作用。生物炭对Pb、Cd的固持量随着溶液中重金属初始浓度的增大而逐渐上升，随溶液pH的降低而逐渐下降。不同前体材料制备的生物炭对Pb、Cd的固持能力高低顺序依次为玉米生物炭＞污泥生物炭＞油菜生物炭。表面官能团红外光谱表征发现，生物炭固持Pb、Cd后多处吸收峰发生偏移，表明炭体材料表面的有机官能团参与了重金属的固持过程，Pb、Cd可能与-OH、-COOH等含氧官能团发生络合反应。Visual MINTEQ模型预测结果表明，700℃制备
土壤污染生物修复 【摘要】随着工业技术不断发达，人们生活水平不断提高的今天，严重的土壤环境污染却成为发展后的代价。所以对于污染的治理的研究成为科研工作者们的主要内容。在土壤治理方面不断革新，传统的治理手段不断淘汰，随着科学技术发展，生物修复技术将大量的被应用到土壤污染修复之中。本文主要概述了生物修复土壤污染的概念及手段。 【关键词】土壤污染，微生物修复，植物修复，重金属，有机化合物。 1 我国土壤污染现状 就目前我国土壤的污染程度来说，在污染的总体趋势上较为严峻。据2014年国家环境保护部和国土资源部联合公布的《全国土壤污染调查公报》显示，全国土壤总的超标率为 16.1%，其中耕地土壤点位超标率高达19.4%；在调查的重污染企业用地和工业废弃地点位中，超标率分别高达 36.3%和34.9%。我国受到污染的耕地面积达到了0.1亿 hm2，受到污染的耕地面积占我国总耕地面积的1/10，可以说污染的程度相当深。其中很多的耕地受到重金属的污染，总面积达到了2000 万 hm2，占总耕地面积的1/5。其中工业“三废”污染耕地1000万hm2，污水灌溉农田面积达330多万hm2，1600万hm2耕地受到农药的污染，固体废弃物堆存占地和毁田13.3万 hm2，合计占耕地总面积的10%以上。二是土壤污染危害巨大。据估算，全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万t，造成的直接经济损失超过200亿元。由土壤污染引发的农产品安全和人体健康事件时有发生，成为影响农业生产、群众健康和社会稳定的重要因素。土壤的生态环境保护与治理已引起人们的普遍关注。 2 生物修复技术 生物修复(Bioremediation)是一项清洁环境的低投资、高效益、便于应用、发展潜力较大的新兴技术，它具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点，生物修复利用生物(包括植物、微生物和原生动物)的代谢功能，吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态恢复。从参与修复过程的生物类型来划分，生物修复包括微生物修复、植物修复、动物修复和联合修复等，另外还有原位生物修复技术和异位生物修复技术等。生物修复是一种较为理想的污染治理手段。 对于土壤污染生物修复是很好的修复手段，主要是利用生物的自然新陈代谢功能对环境中的各种有害物质的浓度进行有效的降低，使得土壤中的污染物形成自然分解，这样的修复可以使得土壤自然的恢复到原始的状态，而这种修复方式对于土壤的整体结构不会造成损害。针对土壤污染治理来说，传统的修复技术都存在一定的弊端，不能够彻底的将土壤中的有害物质消除，使得二次污染很快的出现，对于土壤结构来说会造成更加严重的破坏。而采用生物修复技术则可以有效的对土壤中的有害物质进行彻底的清除，而且这种技术属于物理修复技术，其中不含有任何的化学成分，这样的修复技术可以有效保持土壤的完整性，不会对土壤中的分子结构造成破坏。而且这种技术的应用也较为简单，并且不需要较高费用的支持，在处理的效果上也较为突出，对环境不会造成负面影响，而且能够有效避免二次污染的出现，可以说这种修复技术在土壤污染治理上具有极大的
关于土壤生物修复技术相关论述 污染土壤修复技术的研究起步于20世纪70年代后期。在过去的30年期间，欧、美、日、澳等国家纷纷制定了土壤修复计划，巨额投资研究了土壤修复技术与设备，积累了丰富的现场修复技术与工程应用经验，成立了许多土壤修复公司和网络组织，使土壤修复技术得到了快速的发展。中国的污染土壤修复技术研究起步较晚，在“十五”期间才得到重视，列入了高技术研究规划发展计划，其研发水平和应用经验都与美、英、德、荷等发达国家存在相当大的差距。近年来，顺应土壤环境保护的现实需求和土壤环境科学技术的发展需求，科学技术部、国家自然科学基金委、中国科学院、环境保护部等部门有计划地部署了一些土壤修复研究项目和专题，有力地促进和带动了全国范围的土壤污染控制与修复科学技术的研究与发展工作。期间，以土壤修复为主题的国内一系列学术性活动也为中国污染土壤修复技术的研究和发展起到了很好的引领性和推动性作用。土壤修复理论与技术已成为土壤科学、环境科学以及地表过程研究的新内容。土壤修复学已经成为一门新兴的环境科学分支学科，修复土壤学也将发展成为一门新兴的土壤科学分支学科。 环境污染分为大气污染、水体污染和土壤污染，没有土壤，没有土地，老百姓只能饿死。环境污染是指由于人类活动引起环境质量下降而有害于人类以及其他生物正常生存和发展的现象。环境污染按环境要素可分为大气污染、水体污染、土壤污染和生物污染。大气污染了，人们无法呼吸；水体污染了，人们不能饮水；土壤污染了，我们没有粮食吃；生物污染了，人类可能没有肉食吃，或者人直接病死。所以说，环境污染非常可怕。这里我们只谈土壤污染。土壤是环境中特有的组成部分，它是一个复杂的物质体系，组成的物质有无机物和有机物。在地球表面，土壤处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是生态系统物质交换和物质循环的中心环节，是连接地理环境各组成要素的枢纽。植物直接生长土壤上，土壤是植物营养物质的最主要的供应地。“皮之不存，毛将焉附”；“民以食为天，食以土为本”。没有土壤，就长不出植物，更别提庄稼了。岩石上至多生长一些地衣、苔藓，水里还有一些浮游生物，人类能靠地衣、苔藓、浮游生物养活吗？所以说，土壤是最宝贵的自然资源之一，是人类赖以生存的必要条件。土壤，或者说是土地，还是人类社会演替发展的关键因素。封建地主控制了土地，统治了农民；共产党通过土地革命，赢得了广大人民的拥护。 土壤被污染后修复起来较为困难,见效慢时间长,且容易造成新的污染。利用生物方法进行修复的时候,实际上是利用生态方法,形成新的生态环境,在修复土壤的同时也不会带来新的环境危害。例如,利用一些根系植物来吸附土壤中的有害物质（重金属）,在修复土壤的同时,根系发达的此类植物还能起到固土,防止水土流失的作用,在一定程度上植物的生长也美化了环境.此外,利用一些土壤中所必须得活性菌种来作为肥料,既不会像化肥一样污染土壤和周围水体,也可以满足作物所需要的营养元素,菌体还会调节土壤微环境,带来更好的种植生长环境。 然而，各种人为与自然的因素使人类赖以生存的土壤遭受不同程度的破坏，致使原有土壤理化性质退化、丧失耕作价值，并危及食物链安全与人类自身健康。这种丧失了耕作价值的土壤称为污染土壤。 {我国农田污染十分严重，汇总统计，令人目不忍睹。}据薛惠尹报道，我国城市与工业废水年排放总量达4×1010吨，其中工业废水排出镉、汞等重金属为2700吨左右，且相当一部分污染物通过灌溉途径进入农牧业生产环境；我国大约有40%的地面水源不符合农田灌溉水质标准，直接影响灌溉农田面积约3.2亿亩；全国有8000万亩左右的农田采用污水灌溉，其中约70%主要或唯一依靠污水作为灌溉水源。灌溉水源中的镉、汞、铜、锌等重金属