生物炭在铅、镉污染土壤修复中的研究进展

生物炭在土壤重金属污染修复中的应用土壤重金属污染是指土壤中镉、铬、铅、汞等重金属超过一定的安全标准，对植物生长和人类健康都会造成严重影响的现象。

随着工业化和城市化的发展，土壤重金属污染已经成为世界范围内面临的一大环境问题。

针对土壤重金属污染问题，科学家们致力于寻找有效的修复方法，而生物炭则成为近年来备受关注的一种修复土壤重金属污染的材料。

本文将对生物炭在土壤重金属污染修复中的应用进行探讨。

一、生物炭的特点生物炭是指通过高温热解植物残体得到的一种碳质固体材料。

其主要特点包括孔隙率大、比表面积大、孔径均匀、化学稳定性高等。

这些特性使得生物炭成为一种理想的土壤修复材料，特别是在重金属污染土壤的修复中具有独特的优势。

生物炭的高孔隙率和大比表面积有助于吸附土壤中的重金属离子，从而降低土壤中重金属的有效性，减少其对植物的毒害作用。

生物炭本身具有良好的化学稳定性，不易分解，可以稳定地存在于土壤中，从而保持其修复效果长久。

生物炭在修复土壤重金属污染过程中起到的主要作用是吸附和固定重金属离子。

土壤中的重金属离子在接触到生物炭时，会通过化学吸附和离子交换等机制被固定在生物炭的孔隙中，从而减少其在土壤中的有效性。

生物炭中的有机功能团还可以与重金属形成配位键结合，从而降低重金属在土壤中的迁移和生物有效性。

生物炭在土壤中的存在还可以改善土壤的结构和通气性，促进土壤微生物的繁殖和活动，从而促进土壤中重金属的降解和稳定。

目前，生物炭在土壤重金属污染修复中得到了广泛的应用。

一方面，生物炭可以直接添加到重金属污染的土壤中，通过形成土壤生物炭复合物的方式，减少土壤中重金属的有效性，降低其对植物的毒害作用。

生物炭还可以作为土壤修复材料的组成部分，与其他修复材料如有机肥、硫酸盐等混合使用，以达到更好的修复效果。

生物炭还可以通过混入土壤底层、表层覆盖等方式应用到重金属污染的土壤中，发挥其修复作用。

生物炭在土壤重金属污染修复中具有重要的应用价值。

生物炭的环境吸附行为及在土壤重金属镉污染治理中的应用一、本文概述本文旨在探讨生物炭的环境吸附行为及其在土壤重金属镉污染治理中的应用。

我们将概述生物炭的基本性质及其环境吸附行为的原理，包括其表面性质、官能团种类和分布以及其对不同污染物的吸附机制。

随后，我们将详细介绍生物炭在土壤重金属镉污染治理中的应用，包括其对镉的吸附效果、影响因素以及在实际应用中的可行性。

我们还将对生物炭的应用前景和潜在风险进行评估，以期为其在土壤重金属污染治理中的进一步应用提供理论支持和实践指导。

通过本文的研究，我们期望能够为生物炭在环境保护领域的应用提供新的思路和方法，同时为土壤重金属污染治理提供更为有效和环保的解决方案。

二、生物炭的吸附特性生物炭作为一种具有多孔结构和巨大比表面积的炭质材料，表现出优异的吸附性能。

其吸附特性主要源于其丰富的表面官能团（如羧基、酚羟基、内酯基等）以及多孔结构形成的微孔和大孔。

这些官能团和孔结构使得生物炭能够有效地吸附环境中的重金属离子、有机物和其他污染物。

生物炭的吸附过程通常包括物理吸附和化学吸附。

物理吸附主要依赖于生物炭的孔结构和表面积，通过范德华力等物理作用力将污染物吸附在表面。

而化学吸附则涉及到生物炭表面的官能团与污染物之间的化学反应，如离子交换、络合反应等。

这种双重吸附机制使得生物炭在多种污染物的去除中表现出良好的应用潜力。

在重金属镉的吸附中，生物炭的吸附能力受多种因素影响，包括生物炭的制备条件、表面性质、镉离子的浓度、pH值以及共存离子等。

一般来说，生物炭的吸附能力随着镉离子浓度的增加而增强，但过高的浓度可能导致吸附饱和。

pH值对生物炭吸附镉离子的影响也显著，通常在中性或弱碱性条件下，生物炭对镉离子的吸附能力较强。

共存离子则可能通过与镉离子竞争吸附位点而降低生物炭的吸附效率。

为了进一步提高生物炭对镉离子的吸附性能，研究者们通过改性、复合等方法对生物炭进行改良。

例如，利用化学试剂对生物炭进行表面修饰，引入更多的活性官能团；或将生物炭与其他吸附材料（如活性炭、膨润土等）进行复合，形成具有协同吸附效应的新型复合材料。

生物质炭对铅锌复合污染土壤修复机理的研究
随着工业化的发展，土壤污染越来越严重，其中重金属污染是一个比较严重的问题。

铅和锌是常见的土壤重金属元素，它们有着毒性和累积性，对环境和人类健康都有着潜在的威胁。

因此，如何有效地修复铅锌复合污染土壤已成为一个热门的研究课题。

1. 生物质炭对重金属的吸附作用
生物质炭的吸附作用是其参与铅锌复合污染土壤修复的重要机理之一。

生物质炭的特殊物理结构，包括其较高的比表面积、丰富的孔隙度和良好的微孔结构，使其能够吸附重金属离子。

同时，生物质炭含有大量的羟基、羧基和官能团等吸附基团，这些基团能够与重金属离子形成配位键，从而有效地去除土壤中的重金属污染物。

3. 植物根系与生物质炭的交互作用
生物质炭施用后，除了直接与土壤中的铅锌离子发生吸附作用外，还能够促进植物根系与生物质炭的交互作用，形成一种独特的植物-土壤-生物质炭系统。

生物质炭能够提供植物所需的养分和水分，并形成一种适宜植物根系生长的物理环境，从而促进植物的生长和发育。

同时，植物根系也能够通过分泌有机酸、根际氧化酶等物质，改善土壤环境的生化特性，使土壤中的铅锌离子更容易被生物质炭吸附和固定。

综上所述，生物质炭在铅锌复合污染土壤修复中的机理主要包括吸附作用、土壤性质的改良作用和植物根系与生物质炭的交互作用。

生物质炭的施用有助于提高土壤的肥力和耕作性能，促进土壤微生物的活动，从而促进土壤的自净作用，有利于土壤重金属的固定和修复，具有较好的应用前景。

生物炭－壳聚糖复合材料对镉污染土壤的修复效果研究杨克俭１，李忠徽１∗，姜凌２，闫江涛１，王显炜１，杨雅杰１（１．陕西省水工环地质调查中心，陕西西安７１００６８；２．长安大学水利与环境学院，陕西西安７１００５４）摘要㊀［目的］探讨生物炭－壳聚糖复合材料（ＣＢＣ）对镉（Ｃｄ）污染土壤的修复效果㊂［方法］以黑麦草为供试植物进行盆栽试验，探究向酸性低镉土壤㊁中性高镉土壤和碱性高镉土壤中分别添加０㊁０．５％㊁１．０％和３．０％（Ｗ／Ｗ）的ＣＢＣ时，土壤ｐＨ㊁全镉含量㊁有效态镉含量㊁黑麦草根和茎叶的生物量以及其中的全镉含量变化情况㊂［结果］施用ＣＢＣ可以提高酸性和中性土壤的ｐＨ㊂随着ＣＢＣ施用量的增加，土壤中有效态镉含量降低，当施加量至３．０％时达到显著水平㊂ＣＢＣ可以钝化土壤中的镉活性，其钝化效果与土壤污染程度㊁酸碱性密切相关㊂随着ＣＢＣ施加量的增加，黑麦草根和茎叶中镉含量降低，尤其植物地上部分降低效果明显，也证明了ＣＢＣ对土壤中镉具有钝化作用；黑麦草的富集系数（ＢＣＦ）和转运系数（ＴＦ）随ＣＢＣ施用量的增加而减小，表明施用ＣＢＣ能够减弱土壤中的镉向植株体内的迁移，从而达到缓解镉毒害的作用㊂［结论］ＣＢＣ可以用于镉污染土壤的修复，尤其是在污染程度严重的酸性土壤中效果更加显著㊂关键词㊀生物炭－壳聚糖复合材料；土壤酸碱性；钝化修复；镉污染土壤；黑麦草中图分类号㊀Ｘ５３㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２４）０８－００６６－０５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０８．０１６㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔｏｆＢｉｏｃｈａｒ⁃ｃｈｉｔｏｓａｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅｏｎＣｄＣｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄＳｏｉｌＹＡＮＧＫｅ⁃ｊｉａｎ１，ＬＩＺｈｏｎｇ⁃ｈｕｉ１，ＪＩＡＮＧＬｉｎｇ２ｅｔａｌ㊀（１．ＳｈａａｎｘｉＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＧｅｏｌｏｇｙＳｕｒｖｅｙＣｅｎ⁃ｔｅｒ，Ｘｉ ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００６８；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００５４）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｂｉｏｃｈａｒ⁃ｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＣＢＣ）ｏｎＣｄｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ．［Ｍｅｔｈｏｄ］Ａｐｏｔｅｘｐｅｒ⁃ｉｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｒｙｅｇｒａｓｓａｓｔｈｅｔｅｓｔｐｌａｎｔ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｏｉｌｐＨ，ｔｏｔａｌＣｄｃｏｎｔｅｎｔ，ａｖａｉｌａｂｌｅＣｄｃｏｎｔｅｎｔ，ｂｉｏｍａｓｓｏｆｒｙｅｇｒａｓｓｒｏｏｔｓａｎｄｌｅａｖｅｓ，ａｎｄｔｏｔａｌＣｄｃｏｎｔｅｎｔｉｎａｃｉｄｉｃｌｏｗＣｄｓｏｉｌ，ｎｅｕｔｒａｌｈｉｇｈＣｄｓｏｉｌａｎｄａｌｋａｌｉｎｅｈｉｇｈＣｄｓｏｉｌｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｈｅｎＣＢＣｗａｓａｄｄｅｄｔｏ０，０．５％，１．０％ａｎｄ３．０％（Ｗ／Ｗ）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．［Ｒｅｓｕｌｔ］ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＢＣｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｐＨｏｆａｃｉｄｉｃａｎｄｎｅｕｔｒａｌｓｏｉｌｓ．ＴｈｅａｖａｉｌａｂｌｅＣｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅａｃｈｅｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｅｖｅｌｗｈｅｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｒｅａｃｈｅｄ３．０％．ＣＢＣｃｏｕｌｄｐａｓ⁃ｓｉｖａｔｅＣｄａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｓｏｉｌ，ａｎｄｉｔｓｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄａｃｉｄ⁃ｂａｓｅｐｒｏｐｅｒｔｙ．ＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅＣｄｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｒｏｏｔｓａｎｄｓｈｏｏｔｓｏｆｒｙｅｇｒａｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｐａｒｔｏｆｐｌａｎｔｓｗａｓｓｉｇｎｉｆｉ⁃ｃａｎｔ，ｄｉｒｅｃｔｌｙｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔＣＢＣｈａｄａｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｎＣｄｉｎｓｏｉｌ．ＴｈｅＢＣＦａｎｄＴＦｏｆｒｙｅｇｒａｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＣＢＣａｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｔｅ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＢＣｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｏｆＣｄｆｒｏｍｓｏｉｌｔｏｔｈｅｐｌａｎｔｂｏｄｙ，ｔｈｅｒｅｂｙａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｌｅｖｉａｔｉｎｇＣｄｔｏｘｉｃｉｔｙ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］ＴｈｅＣＢＣｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＣｄｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｈｅａｖｉｌｙｐｏｌｌｕｔｅｄａｃｉｄｉｃｓｏｉｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｂｉｏｃｈａｒ⁃ｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＣＢＣ）；Ｓｏｉｌａｃｉｄｉｔｙａｎｄａｌｋａｌｉｎｉｔｙ；Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；Ｃｄｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ；Ｒｙｅｇｒａｓｓ基金项目㊀陕西省生态环境专项资金项目 汉中酸性土壤生态改良 ㊂作者简介㊀杨克俭（１９７２ ），男，陕西咸阳人，高级工程师，从事土壤重金属污染修复研究㊂∗通信作者，高级工程师，博士，从事重金属污染土壤安全利用研究㊂收稿日期㊀２０２３－０６－１５㊀㊀镉（Ｃｄ）是重金属 五毒 元素之一，具有移动性大㊁毒性强㊁难降解等特点，易被植物吸收富集，严重影响农作物的产量和品质，并通过食物链进入人体，危害人体健康［１－２］㊂随着我国工业的发展，化肥和农药的大量施用以及工业废水和污泥的农业利用等，土壤镉污染状况越发严重［３］㊂‘全国土壤污染状况调查公报“显示，我国土壤总点位污染超标率为１６．１％，其中镉污染物点位超标率达７．０％，污染土壤的面积达到２ˑ１０５ｋｍ２，占总耕地面积的１／６［４］㊂因此，近年来镉污染土壤的修复治理成为研究重点和热点㊂为了消除镉污染土壤的毒性，探索有效降低土壤镉含量或生物有效性的技术措施非常重要㊂目前，镉污染土壤的修复方式主要为化学钝化和植物修复，其次还有物理修复㊁电化学修复和生态农业修复等［５］㊂土壤重金属污染物理工程修复只适用于污染严重且污染范围小的土壤，对于大范围的污染土壤治理成本太高［６］；热脱附技术仅适用于收集易挥发的重金属，且收集到的气态污染物还需进行进一步的处理［７］；植物修复效率低，影响农业生产［８］㊂稳定／固化修复是一种快速㊁经济的处理技术，它通过改变重金属的存在形式实现受污染耕地的安全利用［９］㊂大量研究结果表明钝化剂和富集植物的种类㊁土壤污染程度㊁土壤性质等都会影响镉污染土壤的修复效率和效果［１０－１３］，当下尚未形成一套治理镉污染土壤的统一㊁高效的技术体系㊂因此在镉污染土壤的治理修复过程中，探寻新的修复技术，采取 因地制宜 式的治理方案将更加有效㊂陕西省关中地区某县部分农田因施用硫酸厂废水灌溉，造成约２３３．３３ｈｍ２耕地受到严重镉污染，土壤镉的平均含量为５．７ｍｇ／ｋｇ，最大值为２６．５ｍｇ／ｋｇ，是土壤环境质量标准（ＧＢ１５６１８ ２０１８）中土壤镉含量风险筛选值（０．６ｍｇ／ｋｇ）的４４倍［１４］㊂面对严峻的镉污染形势，在关中地区针对当地农田土壤镉污染问题进行修复治理技术方法研究，寻求行之有效的修复材料及治理方案，修复受损害的农田土壤已经迫在眉睫㊂该研究通过盆栽试验，探究前期研发的生物炭－壳聚糖复合材料（ＣＢＣ）对镉污染土壤的钝化修复效果，确定最佳施加量，以期为该修复材料的实际应用提供理论依据及技术参考㊂１㊀材料与方法１．１㊀供试材料㊀供试钝化剂为陕西省水工环地质调查中心前期研发的生物炭－壳聚糖复合材料（ＣＢＣ），将其制备原料㊀㊀㊀安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２４，５２（８）：６６－７０玉米秸秆生物炭㊁壳聚糖按５ʒ１的质量比例混合，改性后的生物炭材料进一步提高了其稳定性和重金属吸附量㊂供试土壤采自陕西省宝鸡市，土壤类型为淋溶褐土㊂因施用硫酸厂废水灌溉，当地土壤ｐＨ和镉污染程度变异较大㊂该研究选取３个具有代表性的地块，分别为酸性低镉土壤（ＡＬ）㊁中性高镉土壤（ＮＨ）和碱性高镉土壤（ＢＨ），试验土壤采集于油菜地０ ３０ｃｍ土层，去除动㊁植物残体后，风干㊁研磨并过５ｍｍ筛，备用，采用常规方法［１５］测定土壤理化性质，结果如表１所示㊂供试作物选用黑麦草，种植于上㊁下底直径分别为１７和１２ｃｍ，高为１４ｃｍ的塑料花盆中㊂每盆装土壤样品２ｋｇ，每个花盆分别以尿素㊁磷酸二钾和硫酸钾施底肥，施用量按Ｎ㊁Ｐ２Ｏ５和Ｋ２Ｏ计分别为０．１５㊁０．１０和０．１５ｇ／ｋｇ㊂表１㊀试验区土壤基本性质Ｔａｂｌｅ１㊀Ｂａｓｉｃｓｏｉｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｔｈｅｔｅｓｔａｒｅａ供试土壤ＴｅｓｔｓｏｉｌｐＨ有机碳Ｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｇ／ｋｇ全氮ＴＮｇ／ｋｇ全磷ＴＰｇ／ｋｇ全钾ＴＫｇ／ｋｇ总镉ＴｏｔａｌＣｄｍｇ／ｋｇ有效态镉Ｅｆｆｅｃ⁃ｔｉｖｅＣｄｍｇ／ｋｇＡＬ５．１１９．９８１．４３１．０６２１．０７６．７１５．５５ＮＨ７．２４１０．２０１．２３１．２４２５．８０１５．１０１１．０５ＢＨ８．００１０．００１．１３０．９５２５．４０１３．７０１０．１０１．２㊀试验设计㊀该研究采用双因素完全随机方案设置盆栽试验，因素一为ＣＢＣ（１５０目）施用量，设置４个水平：０（ＣＫ）㊁０．５％㊁１．０％和３．０％（Ｗ／Ｗ）；因素二为土壤污染类型，设置酸性低镉土壤（Ｃｄ含量为６．７１ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ＝５．１１，标号ＡＬ）㊁中性高镉土壤（Ｃｄ含量为１５．１０ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ＝７．２４，标号ＮＨ）和碱性高镉土壤（Ｃｄ含量为１３．７０ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ＝８．００，标号ＢＨ）㊂将黑麦草种子点播在配制好的不同土样中，每盆种５０粒，均匀分布，１４ｄ后种子萌发成幼苗时记录出苗率后间苗，每盆保留１５株㊂将盆栽随机放置在日光温室，每天夜间浇水一次（用称重法计算水分差），使土壤湿度约保持２０％左右，观察记录生长情况，５０ｄ后采收㊂每个处理重复３次，共计３６盆㊂１．３㊀测定指标及方法㊀将采收后的植物样品轻轻抖落土壤，尽量保存根系㊂植物根系先用自来水反复冲洗干净后，再用去离子水冲洗３遍，最后用吸水纸吸干根系表面的游离水，将根与茎叶分别装入干燥纸袋，在烘箱中１０５ħ杀青３０ｍｉｎ后，８０ħ烘干２４ｈ至恒量，自然冷却后分别测量根和茎叶的干重㊂土壤全镉采用ＨＦ－ＨＮＯ３－ＨＣｌＯ４消煮，植物全Ｃｄ采用ＨＮＯ３－Ｈ２Ｏ２消煮，土壤有效镉采用ＥＤＴＡ浸提，消煮液和浸提液中的镉浓度采用原子吸收分光光度计测定［１５］㊂１．４㊀计算方法㊀转运系数（ＴＦ）㊁富集系数（ＢＣＦ）㊁钝化率（ＳＲ）和经ＣＢＣ处理后固定态镉含量占总镉含量的比例（ＩＲ）根据公式（１） （４）计算［１６－１７］：ＴＦ＝ＣｓｈｏｏｔＣｒｏｏｔ（１）ＢＣＦ＝ＣｓｈｏｏｔＣｓｏｉｌ（２）ＳＲ＝Ｃｄ－ＣｉＣｄˑ１００％（３）ＩＲ＝Ｃｉ０－ＣｉＣｉ０ˑ１００％（４）式中：Ｃｓｏｉｌ为土壤中重金属含量（ｍｇ／ｋｇ）；Ｃｒｏｏｔ为植物根中重金属含量（ｍｇ／ｋｇ）；Ｃｓｈｏｏｔ为植物茎叶中重金属含量（ｍｇ／ｋｇ）㊂Ｃｄ为本底土壤中重金属镉有效态含量（ｍｇ／ｋｇ）；Ｃｉ为施加不同用量的ＣＢＣ处理后土壤中重金属镉有效态含量（ｍｇ／ｋｇ）；Ｃｉ０为施加不同用量的ＣＢＣ处理后土壤中重金属镉总含量（ｍｇ／ｋｇ）㊂１．５㊀数据处理㊀数据采用Ｅｘｃｅｌ２０１０进行整理计算，利用ＳＰＳＳ２０软件对数据进行方差分析，用ＬＳＤ检验方法进行差异显著性分析（Ｐ＜０．０５）㊂２㊀结果与分析２．１㊀ＣＢＣ对土壤ｐＨ的影响㊀从图１可以看出，当ＣＢＣ施用量为０．５％㊁１．０％㊁３．０％时，对于酸性土壤（ＡＬ），土壤ｐＨ与对照（ＣＫ）相比分别增加了０．０２㊁０．１８㊁０．６３，在施用量为３．０％时增加幅度最大，达到显著水平（Ｐ＜０．０５）；对于中性土壤（ＮＨ），随着ＣＢＣ施用量增加，ｐＨ与对照相比分别增加了０．１３㊁０．６２㊁０．８１，施用量为１．０％和３．０％时均达到显著水平（Ｐ＜０．０５）；对于碱性土壤（ＢＨ），ＣＢＣ的施加使得土壤ｐＨ有所降低，但与对照相比降幅不显著，分别降低了０．２２㊁０．５１和０．３５㊂注：不同小写字母表示同一土壤类型不同施用量间差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅ⁃ｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｏｉｌｔｙｐｅ（Ｐ＜０．０５）．图１㊀ＣＢＣ施用量对土壤ｐＨ的影响Ｆｉｇ．１㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｐＨ２．２㊀ＣＢＣ对土壤有效态镉的影响㊀从图２可以看出，当ＣＢＣ施用量为０．５％㊁１．０％㊁３．０％时，对于酸性土壤（ＡＬ），土壤中有效态镉含量较对照分别降低了３．８８％㊁７．１８％和７．９６％，施用量为３．０％时达到显著水平（Ｐ＜０．０５）；对于中性土壤（ＮＨ），土壤中有效态镉含量较对照分别降低了７．９１％㊁１２．３４％和２２．４７％，且均达到显著水平（Ｐ＜０．０５）；对于碱性土壤（ＢＨ），土壤中有效态镉含量较对照分别降低了０．３２％㊁８．３４％和１３．６２％，在施用量为１．０％和３．０％时达到显著水平７６５２卷８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨克俭等㊀生物炭－壳聚糖复合材料对镉污染土壤的修复效果研究（Ｐ＜０．０５）㊂注：不同小写字母表示同一土壤类型不同施用量间差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅ⁃ｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｏｉｌｔｙｐｅ（Ｐ＜０．０５）．图２㊀ＣＢＣ施用量对土壤有效态镉含量的影响Ｆｉｇ．２㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｏｉｌａｖａｉｌａｂｌｅＣｄｃｏｎｔｅｎｔ２．３㊀ＣＢＣ对钝化率（ＳＲ）的影响㊀从图３可以看出，在ＣＢＣ施加量相同的情况下，不同类型的土壤中镉的钝化效果不同㊂当ＣＢＣ施用量从０．５％增加至３．０％时，酸性低镉土壤（ＡＬ）的ＳＲ由１１．２９％增加至１５．０２％，较对照增加了５１％１００％；中性高镉土壤（ＮＨ）的ＳＲ由１２．５５％增加至２６．３３％，较对照增加了１４６％ ４１６％；碱性高镉土壤（ＢＨ）的ＳＲ由６．２４％增加至１８．７８％，较对照增加了７％ ２２２％㊂可见施用较高用量的ＣＢＣ（３．０％）后，中性高镉土壤（ＮＨ）中镉的钝化率较ＣＫ增加最高㊂注：不同小写字母表示同一土壤类型不同施用量间差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅ⁃ｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｏｉｌｔｙｐｅ（Ｐ＜０．０５）．图３㊀ＣＢＣ施用量对土壤中镉钝化率（ＳＲ）的影响Ｆｉｇ．３㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ（ＳＲ）ｉｎｓｏｉｌ２．４㊀ＣＢＣ对固定率（ＩＲ）的影响㊀从图４可以看出，经ＣＢＣ处理后，不同ｐＨ的土壤中固定态镉含量占总镉含量的比例（ＩＲ）不同㊂在酸性低镉土壤（ＡＬ）中固定效果最明显，施用量为０．５％㊁１．０％和３．０％时，ＩＲ较对照分别增加了１９．２１％㊁６３．７９％和７６．０７％；在中性高镉土壤（ＮＨ）中，ＩＲ较对照分别增加了２５．４３％㊁３４．０８％和６１．９７％；在碱性高镉土壤（ＢＨ）中，ＩＲ较对照分别增加了３．９５％㊁２８．９０％和３６．４１％㊂２．５㊀ＣＢＣ对黑麦草生物量的影响㊀从表２可以看出，各处理黑麦草茎叶（除碱性高镉土壤ＢＨ）和根的干重总体均随着注：不同小写字母表示同一土壤类型不同施用量间差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅ⁃ｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｏｉｌｔｙｐｅ（Ｐ＜０．０５）．图４㊀ＣＢＣ施用量对土壤中镉固定率（ＩＲ）的影响Ｆｉｇ．４㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ（ＩＲ）ｉｎｓｏｉｌＣＢＣ的添加而增大，在ＣＢＣ施加量为３．０％时，达到最大值㊂其中，中性高镉土壤（ＮＨ）的增幅最明显，较对照增加了０．８７ ２．６７倍（茎叶）和０．６７ ４．１７倍（根），其次为碱性高镉土壤（ＢＨ），较对照增加了０．３６ １．１４倍（茎叶）和０．１９ １．５２倍（根）；最后是酸性低镉土壤（ＡＬ），较对照增加了０．１７ ０．５８倍（茎叶）和０．０９ １．０９倍（根）㊂表２㊀ＣＢＣ施用量对黑麦草不同部位干重的影响Ｔａｂｌｅ２㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｄｒｙｗｅｉｇｈｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｓｏｆｒｙｅｇｒａｓｓ单位：ｇ／盆ＣＢＣ施用量ＣＢＣａｐｐｌ⁃ｉｃａｔｉｏｎʊ％茎叶ＳｔｅｍａｎｄｌｅａｆＡＬＮＨＢＨ根ＲｏｏｔＡＬＮＨＢＨＣＫ１．７９ｂ０．７５ｃ１．２５ｂ０．２３ｂ０．１２ｂ０．２１ｂ０．５２．１０ｂ１．４０ｂ１．７０ｂ０．２５ｂ０．２０ｂ０．２５ｂ１．０２．２０ｂ１．６４ｂ２．６７ａ０．４７ａ０．３１ｂ０．５１ａ３．０２．８２ａ２．７５ａ２．５８ａ０．４８ａ０．６２ａ０．５３ａ㊀注：同列不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂㊀Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｃｏｌｕｍｎｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ（Ｐ＜０．０５）．２．６㊀ＣＢＣ对黑麦草转运吸收镉的影响㊀从图５可以看出，随着ＣＢＣ施加量的增加，黑麦草根和茎叶中镉含量均有一定程度的降低㊂在酸性低镉土壤（ＡＬ）中，当ＣＢＣ施用量为０．５％㊁１．０％㊁３．０％时，根部中镉含量较对照分别降低了６．２８％㊁１６．４１％和２４．１０％；茎叶中镉含量较对照分别降低了１４．５９％㊁２６．２２％和４７．３０％，在施用量为３．０％时达到显著降低水平（Ｐ＜０．０５）㊂在中性高镉土壤（ＮＨ）中，黑麦草根和茎叶中镉含量普遍较高，当ＣＢＣ施用量为０．５％㊁１．０％㊁３．０％时，根部中镉含量较对照分别降低了６．２４％㊁１３．８８％和１８．１１％，因黑麦草根部对重金属具有较强的富集作用，根部含量普遍较高，降幅虽有增加但不显著（Ｐ＞０．０５）；茎叶中镉含量较对照分别降低了１９．４２％㊁３６．１２％和４３．７７％，在施用量为１．０％和３．０％时达到显著水平（Ｐ＜０．０５）㊂在碱性高镉土壤（ＢＨ）中，黑麦草根和茎叶中镉含量分布与中性高镉土壤（ＮＨ）基本相似，当ＣＢＣ施用量为０．５％㊁１．０％㊁３．０％时，根部中镉含量较对照分别降低了５．５２％㊁８．６３％和１２．８７％；茎叶中镉含量８６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２４年较对照分别降低了５．９７％㊁２２．１５％和２３．９４％，在施用量为１．０％和３．０％时达到显著水平（Ｐ＜０．０５）㊂㊀㊀从表３可以看出，植物根系ＢＣＦ和地上部分ＴＦ随ＣＢＣ施用量的增加总体呈现减小的趋势㊂与对照相比，当ＣＢＣ施用量为０．５％㊁１．０％和３．０％时，酸性土壤（ＡＬ）中黑麦草的ＢＣＦ分别降低了６．１５％㊁２１．５４％和３０．００％，ＴＦ分别降低了１０．４２％㊁１２．５０％和３１．２５％；中性土壤（ＮＨ）中黑麦草的ＢＣＦ分别降低了７．６７％㊁１４．０２％和１８．２５％，ＴＦ分别降低了１４．８１％㊁２５．９３％和３３．３３％；碱性土壤（ＢＨ）中黑麦草的ＢＣＦ分别降低为９．９３％㊁１９．６２％和１８．６８％，ＴＦ分别降低了－３．４５％㊁６．９０％和１０．３４％㊂注：不同小写字母表示同一土壤类型不同施用量间差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｏｉｌｔｙｐｅ（Ｐ＜０．０５）．图５㊀ＣＢＣ施用下黑麦草不同部位镉含量Ｆｉｇ．５㊀ＣｄｃｏｎｔｅｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｓｏｆｒｙｅｇｒａｓｓｕｎｄｅｒＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ表３㊀ＣＢＣ施用量对黑麦草根富集系数和地上部分转运系数的影响Ｔａｂｌｅ３㊀ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｒｏｏｔｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｒｙｅｇｒａｓｓＣＢＣ施用量ＣＢＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎʊ％富集系数ＢＣＦＡＬＮＨＢＨ转运系数ＴＦＡＬＮＨＢＨＣＫ１．３０ʃ０．４０ａ３．７８ʃ０．０９ａ４．２３ʃ０．２２ａ０．４８ʃ０．０５ａ０．２７ʃ０．０４ａ０．２９ʃ０．０１ａ０．５１．２２ʃ０．３９ａｂ３．４９ʃ０．２１ａｂ３．８１ʃ０．２１ａｂ０．４３ʃ０．０３ａｂ０．２３ʃ０．０２ａｂ０．３０ʃ０．０２ａ１．０１．０２ʃ０．０９ｂｃ３．２５ʃ０．０６ｂ３．４０ʃ０．１８ｂ０．４２ʃ０．０２ａｂ０．２０ʃ０．０５ａｂ０．２７ʃ０．０３ａ３．００．９１ʃ０．０４ｃ３．０９ʃ０．３４ｂ３．４４ʃ０．４４ｂ０．３３ʃ０．０２ｂ０．１８ʃ０．０３ｂ０．２６ʃ０．０４ａ㊀注：同列不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）㊂㊀Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｃｏｌｕｍｎｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ（Ｐ＜０．０５）．３㊀讨论土壤ｐＨ不仅控制着土壤中金属水合氧化物㊁碳酸盐以及硫酸盐的溶解度，也影响着土壤中金属的水解㊁离子对形成㊁铁铝氧化物以及有机物的表面电荷㊂因此，ｐＨ对土壤中重金属的赋存形态和迁移转化过程有重要意义［１８］㊂该研究中，向中性（ＮＨ）和酸性（ＡＬ）土壤添加ＣＢＣ导致ｐＨ增加，与项江欣［１９］的研究结果一致㊂这一方面归因于ＣＢＣ的添加提高了土壤的盐基饱和度，Ｃａ２＋㊁Ｍｇ２＋㊁Ｋ＋㊁Ｎａ＋等可溶态盐基离子与Ａｌ３＋和Ｈ＋离子进行交换反应，导致土壤ｐＨ升高［２０］；另一方面ＣＢＣ因表面有大量的 ＮＨ２等官能团，其本身为碱性物质，导致土壤ｐＨ随着ＣＢＣ添加量增大而增加［２１］㊂然而，在碱性土壤（ＢＨ）中，ＣＢＣ的添加使土壤ｐＨ降低，这是因为生物炭表面的 ＣＯＯＨ和 ＯＨ等酸性基团，在碱性环境下释放出Ｈ＋离子，使土壤ｐＨ降低㊂由此可见，ＣＢＣ的加入对土壤ｐＨ具有调节作用，使得土壤ｐＨ趋向于弱碱性区域，此时生物炭及土壤对镉的专性吸附较强，有利于降低镉的有效性㊂因此，ＣＢＣ施加改变了土壤ｐＨ，是导致土壤重金属赋存形态变化的作用机制之一㊂土壤有效态镉能更快速㊁更准确地表征土壤实际污染状况及其对植物的危害［２２］㊂该研究表明，随着ＣＢＣ施用量的增加，土壤中有效态镉含量降低，当施加量达到３．０％时，能够显著降低土壤中有效态镉的含量，从而有效降低了镉的生物有效性和可迁移性，这与项江欣［１９］的研究结果相似㊂这主要源于ＣＢＣ与Ｃｄ２＋发生配位㊁共沉淀㊁阳离子－π键和离子交换等化学作用以及物理吸附作用，将重金属进行固定，从而减少其环境毒性［２３－２４］㊂该研究中３种类型土壤镉含量背景值的不同，有效态含量不能充分反映ＣＢＣ对重金属的钝化效果㊂因此为了评价ＣＢＣ的钝化效果，对其钝化率（ＳＲ）进行了计算㊂该研究结果表明随着ＣＢＣ施用量的增加，ＳＲ呈现明显增加趋势，尤其是在中性（ＮＨ）和碱性（ＢＨ）土壤中ＳＲ高于酸性（ＡＬ）土壤㊂这是因为此次试验所采用的污染程度严重的土壤（ＮＨ㊁ＢＨ）初始有效态镉含量分别为１１．０５和１０．１０ｍｇ／ｋｇ，远高于污染程度较轻的土壤（ＡＬ，５．５５ｍｇ／ｋｇ）㊂由此可见在高镉污染土壤中，ＣＢＣ修复效果表现得更明显㊂重金属镉有效态含量占总含量的比例受土壤酸碱性影响，在该研究中，酸性（ＡＬ）土壤有效态镉含量占总镉含量的比例高达８２．７％；中性和碱性土壤有效态镉含量占总镉含量的比例相近，分别为７３．２％㊁７３．７％㊂钝化修复的目的是将有效态转化为固定态，即固定态在总量中的占比越高（固定９６５２卷８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨克俭等㊀生物炭－壳聚糖复合材料对镉污染土壤的修复效果研究率），修复效果越好㊂因此，为了评价ＣＢＣ在不同ｐＨ土壤中的修复效果，对不同处理中固定态镉含量占总镉含量比例（ＩＲ）进行了计算，结果表明，添加ＣＢＣ对土壤有效态镉的固定效果表现为酸性土壤（ＡＬ）＞中性土壤（ＮＨ）＞碱性土壤（ＢＨ）㊂这是因为钝化材料对Ｃｄ２＋离子的吸附曲线按ｐＨ可划分为弱吸附区（２ɤｐＨɤ５）㊁吸附增长区（５＜ｐＨɤ７）和强吸附区（７＜ｐＨɤ１１）㊂酸性和中性土壤ｐＨ的改变处于吸附增长区，ＣＢＣ与Ｃｄ２＋离子形成配位化合物的专性吸附增加显著，因此有效态镉含量降低显著㊂而对于碱性土壤，ＣＢＣ添加后土壤ｐＨ降低，土壤中碳酸盐结合态镉对ｐＨ较为敏感，ｐＨ下降后容易重新释放出来，因而对于碱性土壤的固定效果较酸性和中性土壤弱㊂土壤是植物生长发育的基础，重金属在土壤与植物系统中的迁移，会直接影响植物正常的生理㊁生长发育及繁衍［２５］㊂丁枫华［２６］研究表明镉富集可造成作物植株矮小㊁叶片黄化㊁根系生长受到抑制及作物产量㊁品质下降㊂在镉污染土壤中添加ＣＢＣ，通过络合㊁吸附㊁沉淀等一系列的物理化学变化，可显著降低土壤中有效态镉含量及迁移活性，从而降低镉被植株吸收的风险［１７，２７］㊂在该研究中，随着ＣＢＣ施加量的增加，黑麦草根和茎叶中镉含量均有一定程度的降低，尤其对植物地上部分降低效果明显，这直接表明ＣＢＣ对土壤中的镉具有钝化效果㊂ＢＣＦ和ＴＦ是反映植物对重金属的吸收累积能力以及重金属由根部向地上部分转移能力的指标［１６］㊂因此，该研究根据ＢＣＦ和ＴＦ判断镉在植株体内迁移能力，从而间接衡量施加ＣＢＣ对土壤的修复效果㊂黑麦草根的ＢＣＦ和地上部分的ＴＦ随ＣＢＣ施用量的增加而呈现减小的趋势，这表明施用ＣＢＣ能够减少土壤中的镉向植株体内的迁移，从而达到缓解镉毒害的作用㊂综上可以预见，如果种植小麦㊁水稻等食用籽粒的作物，施用ＣＢＣ亦有望使作物可食用部分镉含量显著降低㊂４　结论（１）随着ＣＢＣ施用量的增加，土壤中有效态镉含量降低，当施加量达到３．０％时，能够显著降低土壤中有效态镉含量，从而有效降低了镉的生物有效性和可迁移性㊂（２）施用ＣＢＣ对土壤有效态镉具有钝化作用，其效果与土壤污染程度㊁酸碱性密切相关，ＣＢＣ在中性高镉土壤中效果最佳㊂（３）施用ＣＢＣ可以降低黑麦草对镉的生物富集能力和运转能力，从而减少土壤镉向植物体内的转移，降低黑麦草根和茎叶中的镉含量，有利于实现受污染土壤的安全利用㊂参考文献［１］张兴梅，杨清伟，李扬．土壤镉污染现状及修复研究进展［Ｊ］．河北农业科学，２０１０，１４（３）：７９－８１．［２］李婧，周艳文，陈森，等．我国土壤镉污染现状㊁危害及其治理方法综述［Ｊ］．安徽农学通报，２０１５，２１（２４）：１０４－１０７．［３］郭楠．陕西省扶风和岐山县城附近土壤重金属含量与污染研究［Ｄ］．西安：陕西师范大学，２０１８：３－４．［４］李玉浸．集约化农业的环境问题与对策［Ｍ］．北京：中国农业科技出版社，２００１．［５］樊霆，叶文玲，陈海燕，等．农田土壤重金属污染状况及修复技术研究［Ｊ］．生态环境学报，２０１３，２２（１０）：１７２７－１７３６．［６］ＷＡＮＧＪＸ，ＦＥＮＧＸＢ，ＡＮＤＥＲＳＯＮＣＷＮ，ｅｔａｌ．Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｙｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｉｔｅｓ⁃Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２２１／２２２：１－１８．［７］杨晓玉．陕西户县农地土壤重金属富集与污染研究［Ｄ］．西安：陕西师范大学，２０１６：６－７．［８］庞妍．关中平原农田土壤重金属污染风险研究［Ｄ］．杨凌：西北农林科技大学，２０１５．［９］杨海琳．土壤重金属污染修复的研究［Ｊ］．环境科学与管理，２００９，３４（６）：１３０－１３５．［１０］ＷＥＩＳＨ，ＺＨＯＵＱＸ，ＷＡＮＧＸ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｌｙ⁃ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄＣｄ⁃ｈｙｐｅｒａｃｃｕ⁃ｍｕｌａｔｏｒＳｏｌａｎｕｍｎｉｇｒｕｍＬ．［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅｓｃｉｅｎｃｅｂｕｌｌｅｔｉｎ，２００５，５０（１）：３３－３８．［１１］李明德，童潜明，汤海涛，等．海泡石对镉污染土壤改良效果的研究［Ｊ］．土壤肥料，２００５（１）：４２－４４．［１２］周建斌，邓丛静，陈金林，等．棉秆炭对镉污染土壤的修复效果［Ｊ］．生态环境，２００８，１７（５）：１８５７－１８６０．［１３］蔡瑞，李玉奇．生物质炭对不同质地镉污染土壤性质及有效镉的影响［Ｊ］．安徽农业科学，２０１９，４７（３）：７０－７２．［１４］生态环境部，国家市场监督管理总局．土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）：ＧＢ１５６１８ 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文献综述题目：生物炭在农业生产上的研究进展生物炭在农业生产上的研究进展摘要：作为重要的土壤改良剂、污染物质吸附剂的生物炭在农业和环境中具有巨大的应用价值和现实意义，因而受到国内外学者们的普遍关注。

生物炭具有多孔性和巨大的表面积，它能够增加土壤的持水量、增加对营养元素的吸附以减少其流失并改善土壤的结构，此外生物炭本身含有丰富的营养元素并能够缓慢释放以供作物吸收，因此生物炭能改善土壤肥力并增加农作物产量。

同时，生物炭巨大的吸附功能可以降低重金属和有机污染物在土壤及污水中的活性，起到降低污染物浓度的作用。

因此生物炭在农业增产和减少污染方面有巨大的潜力。

本文基于生物炭在农业增产和重金属污染治理方面的国内外研究文献，综述了生物炭的基本理化特性及对土壤重金属污染的改良作用，分析了生物炭对土壤肥力及作物增加产量提高品质的影响，阐述了生物炭对土壤重金属污染修复机理,及该领域未来的发展动向，为生物炭的全面研究和应用提供参考。

关键词：生物炭；农业增产；土壤改良；重金属污染治理1 引言生物炭是一种细粒度和多孔的物质，外观类似木炭，是由生物质在缺氧条件下高温热解或燃烧生成。

而在国际生物炭组织(IBI)对生物炭的定义中，进一步强调了其被目的性地施用到农业土壤及其环境效益的需求。

生物炭的生产工艺相对简单, 原材料来源广泛且价格低廉, 使得炭在农业生产上应用成为了可能。

生物炭施入土壤以后, 可以增加土壤的碳汇, 缓解气候危机; 还可以提升土壤肥力, 增加作物产量。

在中国，重金属污染和农业面源污染已经成为国家和科学家们重点关注的环境问题，并且我国的重金属治理形势极其严峻。

同时由于70年代以来，农民过量使用化肥和杀虫剂等造成了Ｎ、Ｐ等营养元素以及有机污染物通过土壤进入水体造成了严重的有机污染以及水体富营养化，鉴于生物炭的多孔性以及较大的表面积，为改善中国的面源污染提供了可靠的途径。

2 生物炭在农业生产上的研究进展2.1 生物炭的概念及其理化性质目前为止，生物炭还没有十分确切的定义。

生物炭对土壤重金属污染修复研究
随着工业化和城市化的快速发展，土壤重金属污染问题日益突出。

重金属的大量排放会导致土壤环境质量下降，严重影响植物的生长和发育，对生态系统和人体健康构成潜在威胁。

寻找一种有效的方法来修复土壤重金属污染是十分迫切的。

生物炭对土壤重金属的修复机理主要有吸附和还原两个方面。

生物炭具有多孔结构和高比表面积，可以吸附土壤中的重金属离子，并阻止其迁移和转化为可动态的形态。

生物炭富含有机质和微生物，可以通过与土壤重金属形成络合物，降低其活性和毒性。

生物炭通过还原土壤环境，改善土壤的物理、化学和生物性质，从而减少土壤中重金属的毒性。

近年来，越来越多的研究证明了生物炭对土壤重金属污染修复的有效性。

研究发现，添加生物炭可以显著减少土壤中重金属的有效性，并改善土壤的理化性质。

生物炭还能够促进土壤微生物的生长繁殖，提高土壤的生态功能和物质转化能力。

生物炭对土壤重金属污染的修复效果受到多种因素的影响。

生物炭的性质和添加量、土壤类型和pH值、重金属的类型和含量等，都会影响生物炭的吸附和还原能力。

在使用生物炭修复土壤重金属污染时，需要综合考虑这些因素，并进行合理的优化设计。

生物质炭对铅锌复合污染土壤修复机理的研究
生物质炭是一种由生物质经过热解或焦化制备而成的炭质材料。

近年来，研究人员发现生物质炭在土壤修复领域具有良好的应用潜力，尤其对铅锌复合污染土壤的修复有显著效果。

本文将介绍生物质炭在铅锌复合污染土壤修复中的机理。

生物质炭本身具有大量的孔隙结构，可以提供良好的物理支撑作用。

孔隙结构可以增加土壤的通气性和透水性，促进土壤微生物的活动和有机质的分解。

孔隙结构还能够吸附污染物，如铅和锌离子，并阻止其进一步迁移和转化。

研究发现，生物质炭对铅和锌的吸附能力较强，可以有效地减少土壤中的可溶性铅锌浓度。

生物质炭还含有丰富的有机质和微生物。

有机质可以提供养分和能量，促进土壤微生物的繁殖和活动。

微生物在土壤中起着重要的生态功能，如有机物的分解和转化、污染物的降解等。

铅锌复合污染土壤中的微生物活性通常较低，土壤微生物群落结构也发生了变化。

生物质炭的引入可以为土壤提供更多的有机质和微生物，促进土壤微生物的恢复和活性的提高。

研究发现，在生物质炭处理的土壤中，土壤微生物群落结构恢复较快，相关土壤酶活性也有所提高，从而促进了土壤中铅和锌的降解和转化。

生物质炭还能够改善土壤的理化性质。

研究发现，生物质炭可以增加土壤的pH值，并提高土壤的离子交换能力。

这些改变可以促进土壤中铅和锌的形态转化和迁移。

高pH值可以促进铅锌离子的沉淀和结晶，降低其毒性。

离子交换能力的提高也有利于土壤中吸附态铅锌的释放和固定态铅锌的解吸，促进了土壤中铅锌的形态转化和迁移。

生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究进展
作者：邢英， 张永航， 韦万丽， 李心清， 陈卓， XING Ying， ZHANG Yonghang， WEI Wanli， LI Xinqing ， CHEN Zhuo
作者单位：邢英,张永航,韦万丽,陈卓,XING Ying,ZHANG Yonghang,WEI Wanli,CHEN Zhuo(贵州师范大学化学与材料科学学院,贵州贵阳550001;贵州省功能材料化学重点实验室,贵州贵阳550001)， 李心清,LI Xinqing(中
国科学院地球化学研究所,环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002)
刊名：
贵州农业科学
英文刊名：Guizhou Agricultural Sciences
年，卷(期)：2015,43(7)
引用本文格式：邢英.张永航.韦万丽.李心清.陈卓.XING Ying.ZHANG Yonghang.WEI Wanli.LI Xinqing.CHEN Zhuo生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究进展[期刊论文]-贵州农业科学 2015(7)。

生物炭在土壤重金属污染修复中的应用【摘要】该文章探讨了生物炭在土壤重金属污染修复中的应用。

首先介绍了生物炭的制备方法和在土壤中的作用机理，然后阐述了生物炭对重金属的吸附和富集能力。

接着探讨了生物炭修复土壤重金属污染的途径，并列举了实际项目中的应用案例。

最后总结了生物炭在土壤重金属污染修复中的潜力，提出了未来研究方向。

通过本文的研究，我们可以看到生物炭在土壤修复中具有巨大的潜力，为解决土壤重金属污染问题提供了一种可行的途径。

【关键词】生物炭、土壤重金属污染、修复、制备方法、作用机理、吸附、富集能力、途径、应用案例、潜力、未来研究方向、结论总结。

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中的作用机理主要包括物理吸附、化学吸附和生物降解等多种途径。

通过表面官能团与重金属元素之间的化学键结合，生物炭可以快速吸附土壤中的重金属离子，减少其在土壤中的生物有效性。

生物炭对重金属的吸附和富集能力是其在土壤污染修复中的关键优势。

研究表明，生物炭可以显著降低土壤中的重金属浓度，并改善土壤的肥力和生态环境，从而实现土壤修复和植被恢复的双重效果。

在实际项目中，生物炭已经成功应用于多个土壤重金属污染修复项目中。

通过不同形式和用量的生物炭施用，可以有效改善土壤质地、减少重金属的生物有效性，为土壤生态系统的修复提供可行的技术方案。

生物炭在土壤重金属污染修复中的应用具有广阔的前景和潜力。

未来的研究方向应注重生物炭的制备工艺优化、应用效果评价和环境风险评估，以推动生物炭在土壤修复领域的进一步应用和推广。

部分完毕。

2. 正文2.1 生物炭的制备方法生物炭的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法。

物理法是指通过高温热解生物质，在无氧或微氧环境中将其转化为生物炭。

化学法是指采用化学处理方式对生物质进行炭化或改性，生成生物炭。

生物法则是利用微生物对生物质进行发酵或厌氧分解，产生生物炭。

在物理法中，常用的制备方法包括热解、气化和焦化等。

孙　远，陈　敏，周育智，等．改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展［Ｊ］．江苏农业科学，２０２４，５２（２）：１－１１．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２４．０２．００１改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展孙　远１，２，陈　敏２，３，周育智１，４，丁佳敏２，周　海１，２，牛经纬１，陈孝杨１，４（１．安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南２３２００１；２．浙江大学台州研究院，浙江台州３１８０００；３．安徽理工大学安徽省院士工作站，安徽淮南２３２００１；４．安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室，安徽淮南２３２００１） 摘要：土壤镉砷复合污染已成为一个严重的环境问题，由于镉砷具有相反的化学性质，运用生物炭修复镉砷复合污染土壤效果不佳，而改性生物炭在修复镉砷复合污染土壤方面取得了显著的成果。

本文介绍了生物炭制备的方法与理化性质，总结了生物炭修复单一镉、砷污染的效果与机理，并阐述了生物炭处理复合污染的不足和难点。

重点综述了改性生物炭的制备方法及理化性质，改性生物炭修复土壤镉砷复合污染的影响因素，以及改性生物炭处理镉砷复合污染的效果与机理。

与原始生物炭相比，改性生物炭对镉砷具有更高的吸附性能，在复合污染土壤修复中表现出明显优势。

但是，改性生物炭的回收问题尚未完全解决，解吸再生和老化问题需要深入研究，改性生物炭仍具有广大的研究和发展前景。

关键词：生物炭；钝化剂；镉砷复合污染；原位修复；影响因素；修复机理 中图分类号：Ｘ５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２４）０２－０００１－１０收稿日期：２０２３－０３－１４基金项目：国家自然科学基金（编号：４１５７２３３３）；安徽省绿色矿山工程研究中心开放基金课题。

作者简介：孙　远（２０００—），男，安徽蚌埠人，硕士研究生，主要从事土壤重金属稳定化材料研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：２０２２２０００６７＠ａｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。

生物炭对土壤重金属污染修复研究【摘要】本文主要对生物炭在土壤重金属污染修复中的研究进行了探讨。

首先介绍了生物炭的性质及制备方法，接着分析了土壤重金属污染的情况和生物炭在修复中的作用机制。

然后对生物炭对不同重金属元素的修复效果进行了讨论，进一步探讨了影响生物炭修复效果的因素。

结论部分指出生物炭在土壤重金属污染修复中具有潜在的应用前景，并展望了未来研究的方向。

通过本文的综合研究，可以为解决土壤重金属污染问题提供一定的理论基础和实践指导。

【关键词】生物炭，土壤重金属污染，修复研究，性质，制备方法，作用机制，修复效果，影响因素，应用前景，研究展望1. 引言1.1 研究背景近年来，随着工业化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重。

重金属污染不仅影响了土壤的肥力和生态环境，还对人类健康造成了严重威胁。

研究和发展有效的土壤修复方法成为了迫在眉睫的任务。

生物炭在土壤重金属污染修复中的作用机制和效果还存在许多未知之处，需要进一步深入研究。

本文旨在系统总结生物炭在土壤重金属污染修复中的应用情况，探讨其作用机制和修复效果，为解决土壤重金属污染问题提供科学依据和技术支持。

1.2 研究目的为了解决土壤重金属污染对环境和人类健康造成的影响，本研究旨在探讨生物炭在土壤重金属污染修复中的应用效果及机制。

具体目的包括：1.分析生物炭的性质及制备方法，以确定最适合修复土壤重金属污染的生物炭种类和制备工艺；2.调研土壤重金属污染的情况，明确不同土壤类型和污染程度对修复效果的影响；3.研究生物炭在土壤重金属污染修复中的作用机制，探讨其与重金属元素的相互作用机理；4.评估生物炭对不同重金属元素的修复效果，比较不同重金属元素的吸附与还原能力；5.探讨影响生物炭修复效果的因素，包括生物炭用量、土壤pH、温度、湿度等因素的影响；6.展望生物炭在土壤重金属污染修复中的应用前景，提出未来研究方向，为环境保护和人类健康提供科学依据。

2. 正文2.1 生物炭的性质及制备方法生物炭是一种碳质材料，具有多孔、高比表面积、负电性等特点。

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。

生物质炭对铅锌复合污染土壤修复机理的研究1.引言土壤重金属污染是当前环境保护领域中的一大难题，铅和锌作为常见的重金属元素，由于工矿企业排放、农业施肥和城市垃圾处理等活动的影响，常常会大量积聚在土壤中，对土壤生态环境造成严重危害。

铅和锌在土壤中的富集不仅会影响植物的生长和品质，还会通过食物链传递到人体内，对人体健康和生态环境造成危害。

对铅锌复合污染土壤进行修复，减少土壤中重金属元素的含量，对于维护生态环境和保障人体健康具有重要意义。

2.生物质炭对土壤重金属污染的修复机理2.1 生物质炭的多孔结构和孔隙分布生物质炭的固定和迁移重金属元素的能力与其多孔结构和孔隙分布密切相关。

生物质炭经过炭化过程，形成了丰富的孔隙结构，有利于与土壤中的有害物质发生物理和化学反应。

生物质炭中的微孔和介孔可以吸附土壤溶液中的铅锌离子，同时通过孔隙结构的渗透作用，促进铅锌的固定和迁移，降低土壤中重金属的含量。

2.2 生物质炭的表面功能团对重金属的吸附作用生物质炭表面具有丰富的羟基、羧基、酚基等官能团，这些官能团对重金属元素具有很强的吸附能力。

在土壤修复的过程中，生物质炭可以通过表面功能团与土壤中的铅锌离子发生络合作用，形成稳定的络合物，从而有效地减少土壤中重金属元素的活性，降低其毒性。

2.3 生物质炭的微生物活性促进土壤改良生物质炭中存在丰富的微生物活性，这些微生物活性对土壤有机质的降解和土壤微生物的繁殖具有促进作用。

在铅锌复合污染土壤修复的过程中，生物质炭的微生物活性可以有效降解土壤中的有机污染物，减少土壤中的有机质含量，改善土壤结构和通气性，促进土壤中铅锌的迁移和固定。

为了验证生物质炭对铅锌复合污染土壤的修复效果，我们进行了一系列的实验研究。

选择了铅锌复合污染的典型土壤样品，分别添加不同质量比例的生物质炭，并对土壤中的铅锌元素含量、土壤pH值、土壤酶活性和土壤微生物数量进行了分析。

实验结果表明，添加生物质炭后，土壤中的铅锌元素含量显著降低，土壤pH值显著升高，土壤酶活性和土壤微生物数量显著增加。

生物炭在土壤重金属污染修复中的应用【摘要】生物炭是一种具有良好吸附性能的碳质材料，被广泛应用于土壤重金属污染修复领域。

本文首先介绍了生物炭的来源与制备方法，探讨了其对土壤重金属的吸附作用机制。

随后列举了生物炭在土壤修复领域的应用案例，并详细分析了其修复作用的机理。

通过对生物炭修复效果的评价，总结出生物炭在土壤修复中具有巨大潜力，并探讨了未来发展方向。

结论部分强调了生物炭在土壤修复中的重要性，并展望了生物炭在环境修复领域的广阔前景。

生物炭的应用为土壤重金属污染修复提供了一种高效可靠的方法，有望成为未来土壤修复领域的主要技术之一。

【关键词】生物炭、土壤重金属污染、修复、吸附、应用案例、机理、效果评价、潜力、未来发展方向、结论、展望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是一种由植物或动物有机物质经过热解或氧化反应而制得的一种碳质产品。

生物炭因其具有高孔隙度、大比表面积和优良的吸附性能而被广泛应用于土壤修复领域。

在土壤中存在着丰富的重金属元素，如铅、镉、铬等，它们可能来源于化肥、农药、矿产等多种渠道，对土壤和植物生长造成不良影响。

生物炭在土壤重金属污染修复中的应用主要体现在其强大的吸附能力上。

生物炭的表面具有大量的官能团和孔隙结构，能够有效吸附土壤中的重金属离子，降低其在土壤中的活性和生物有效性，减少对植物的毒害。

通过添加生物炭到受重金属污染的土壤中，可以有效改善土壤环境，减轻污染程度。

生物炭在土壤修复领域的应用已经得到了广泛的研究和实践验证，其修复效果显著。

未来随着科学技术的不断进步和生物炭应用的深入推广，相信生物炭在土壤重金属污染修复中将发挥越来越重要的作用，为改善土壤质量、保护生态环境发挥积极作用。

2. 正文2.1 生物炭的来源与制备生物炭的来源与制备一直是关注的研究方向。

生物炭通常是利用生物质作为原料制备而成的，生物质可以由各种可再生资源如植物秸秆、木屑、果壳等生产。

制备生物炭的方法主要包括炭化、焦化和气化等。

生物炭对土壤重金属污染修复研究
近些年来，由于人类活动和工业污染，土壤重金属污染成为一个严峻的问题，严重危害着人类的健康和环境。

随着科学技术的发展，生物炭已经成为一种吸附剂在重金属污染修复中的尝试，也取得了不错的效果。

生物炭通过形成负电荷，可以吸附位于土壤中的重金属离子，去除其环境中的污染。

与生物炭相关的应用主要包括改变有机质的結構，吸附重金属离子，提取重金属，减少重金属污染等。

首先，生物质炭的簇析结构提供了大量的活性空间，这使得生物炭能够有非常大的吸附性能。

其次，生物炭具有很强的疏水性，能够与水分子互相吸附，从而形成重金属离子的可被自由移动的水溶液。

同时，生物炭可以很好地增强土壤胁迫效应，减少重金属离子的活性并增加重金属团簇的稳定性，有效减少重金属污染。

此外，实验室研究表明，使用生物炭处理土壤污染物的结果显示出具有一定的吸附性能，可以有效改善土壤环境的重金属污染状况，这种方法被认为是一种安全、有效、经济和环境友好的技术。

生物炭可以用于重金属污染修复，这是一种有用的、高效的、经济的技术。

生物炭是一种安全、有效和环境友好的解决方案，具有良好的吸附性能，可改善土壤污染，在重金属污染修复中可以取得很好的效果。

但有必要认真研究不同种类生物炭的环境污染修复效果，进一步提高生物炭的效率，充分挖掘其巨大的潜力。

收稿日期：２０１３－１０－１８基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＤ１１Ｂ０１，２０１１ＢＡＤ１１Ｂ０２）；国家“９４８”重点项目（２０１１－Ｇ３０）。

作者简介：唐行灿（１９８９－），男，汉族，南京林业大学森林资源与环境学院生态学专业，在读博士研究生，研究方向：生物炭的环境效应与应用。

生物炭修复污染土壤的研究进展唐行灿１，张　民２（１．南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京２１００３７；２ 山东农业大学资源与环境学院，山东泰安２７１０１８）摘　要：介绍了生物炭的一些基本性质如碱性、表面积、官能团、ＣＥＣ、元素组成和稳定性。

然后对生物炭在污染土壤修复领域中的研究做了综述，例如用作土壤改良剂提高土壤对污水中有机污染物和重金属的吸附能力以及降低土壤中污染物的生物有效性。

并对今后生物炭的研究方向作出了展望。

关键词：生物炭；性质；有机污染物；重金属；污染土壤修复中图分类号：Ｘ１３１ ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－９６５５（２０１４）０１－００１７－１０ 科学界对生物炭的关注源于对亚马逊地区原始农业所形成的特殊黑土“ＴｅｒｒａＰｒｅｔａ”的研究，这类黑土由于富含生物炭而保持了较高的土壤肥力［１］。

生物质在完全或部分缺氧的条件下低温热解产生的固体残渣称为生物炭。

制备生物炭的原料来源广泛，可以是动物废弃物（如禽畜粪便、动物骨骼等）；林业废弃物和木材加工过程中产生的废弃物（如废木材、树木的掉落物、木屑等）；工业和生活中产生的有机废弃物（如造纸黑液、污泥、城市固体垃圾等）；生物量大，生命力顽强，可在逆境中较好地生长的植物（如高丹草、柳枝稷、象草、棕榈树、赤桉树等）；农业废弃物和农产品加工过程中产生的废弃物（如种壳、秸秆、玉米棒芯、菌菇栽培废基质、榨油之后的油籽、甘蔗渣、甜菜渣、果渣、棉籽泊等）以及在质量较差的水中生长的植物和藻类等。

有多种制备生物炭的热解方法，包括快速热解、慢速热解、闪速热解、湿法热解和微波加热热解等，这些热解过程在升温快慢、热解温度、时间和最终产品分布等方面存在差异，其中慢速热解利用相对低的温度热解生物质，不但比快速热解消耗更少的能量而且可优化条件以生产出更多生物炭［２］。

生物炭的化学改性及其对镉污染环境修复进展摘要：近年来，改性生物炭作为一种新型高效的环境修复材料已成为研究热点，其中以化学改性研究最多，对镉污染环境具有良好的修复效果。

目前关于生物炭的改性仍处于实验室研究阶段，且大部分生物炭原料主要集中于植物生物质；目前对镉的吸附固定主要以静态研究为主；此外，改性后生物炭的稳定性及环境风险尚未可知。

关键词：生物炭；化学改性；镉污染；环境修复；进展分析1采用酸改性法酸改性法是指利用酸处理生物质或直接处理生物炭进行改性，可以使生物炭的比表面积和含氧官能团发生变化来提高其吸附能力，改性剂包括HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4等。

例如，科研人员发现，经HNO3改性后生物炭微孔结构增多、比表面积增大，在盆栽实验中施用后，大豆籽粒中的镉含量显著下降。

科研人员将不同热解温度下制备的松木屑生物炭Ps以1:1的固液比浸渍在H3PO4溶液中，制备得到的改性生物炭相较于改性前，其比表面积显著增大，表面的羧基和羟基数量增加、负电荷增多，对溶液中Cd2+的吸附量是改性前的4～13倍。

科研人员以3种稻草生物炭为原料，HNO3/H2SO4混合物为改性剂，通过浸渍法制备复合酸改性稻草生物炭，3种改性生物炭表面羧基官能团分别增加了1.30倍、2.26倍、1.42倍；在pH=5时，对溶液中Cd2+的吸附容量分别增大1.80倍、1.57倍、2.03倍。

酸改性法利用酸的氧化性除去生物炭表面杂质，且使一些细小微孔结构被疏通，增大了生物炭的比表面积并提供更多吸附位点，同时在生物炭表面引入更多的酸性官能团，通过离子交换和络合作用来提高生物炭的吸附能力。

但该方法成本较高，而且大部分酸氧化性高、危险性大；改性是因为pH可能低于零度电荷，会减少生物炭表面负电荷，不利于对Cd2+的吸附；改性后易产生废酸溶液，具有造成二次污染等风险。

2采用碱改性法碱改性法指利用碱处理生物质或直接处理生物炭进行改性，以改变生物炭的比表面积以及表面官能团的种类和数量来提升生物炭的吸附性能，常用的碱改性剂有KOH和NaOH等。