4种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究_杨惟薇

ｒｎａｌｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＪｏｕ　　　　　Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．１

，Ｆｅｂ．２０１５　

４种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究

杨惟薇，张超兰，曹美珠，严静娜，覃霞，梁定国

）（广西大学环境学院，广西南宁５３０００４

摘要：以甘蔗叶、木薯秆、水稻秸秆和蚕沙为原材料，采用限氧热解法在５通过室内培００℃下制备生物炭，）／）后对土壤基本性养实验，研究在不同培养时间（条件下，生物炭施入潮土（５ｄＣｄ浓度５ｍｋ０，１５，３０，４ｇｇ）质及土壤中镉（化学形态的影响，探讨了生物炭修复镉污染土壤的可行性。结果表明：添加生物炭后，Ｃｄ随着培养时间的增加而逐渐增加，而土壤有机碳（含量则呈先增加土壤ｐＥＣ）ＳＯＣ）Ｈ值和阳离子交换量（Ｃ至最大值而后缓慢降低的趋势，但仍高于对照。同时，生物炭的施入显著降低了土壤中弱酸可提取态Ｃｄ提高了可氧化态Ｃ且随着培养时间的延长这种转化趋势更为明和可还原态Ｃｄ含量，ｄ和残渣态Ｃｄ含量，显。４种生物炭对潮土中Ｃｄ钝化效果表现为蚕沙生物炭＞水稻秸秆生物炭＞木薯秆生物炭＞甘蔗叶生）可添加蚕沙生物炭的土壤中弱酸可提取态Ｃ物炭。培养结束（时，与对照相比，ｄ含量降低了４２．０７％，４５ｄ还原态Ｃ可氧化态Ｃ从而大１９％，ｄ和残渣态Ｃｄ含量分别增加了２９２．５９％和３３９．２９％，ｄ含量降低了３５．大降低了Ｃ由此可见，生物炭对镉污染土壤的修复是切实可行的。ｄ的生物有效性，关键词：生物炭；潮土；镉；化学形态；钝化；修复

（）中图分类号：２４２３５Ａ　　　文章编号：１００９２２０１５０１９５３　　　文献标识码：２００Ｘ－－－：／．ｃｎｋｉ．ｓｔｂｃｘｂ．ＤＯＩ１０．１３８７０２０１５．０１．０４６ｊ

ＩｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＣａｄｍｉｕｍＣｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ　　　　　

ＳｏｉｌｗｉｔｈＦｏｕｒＫｉｎｄｓｏｆＢｉｏｃｈａｒｓ　　　　　

，，，，Ｑ，ＹＡＮＧ　ＷｅｉｗｅｉＺｈＡＮＧＣｈａｏｌａｎＣＡＯ　ＭｅｉｚｈｕＹＡＮＪｉｎｎａＩＮＸｉａＬＩＡＮＧＤｉｎｕｏ　　　　ｇｇｇ

）（３０ｃｈｎｖｕａｎｉａｎｕａｏｏｌｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｎｘｉｖｅｒｓｉｔｎｉｎｎｘｉ００４ＳｏＥＧＵＮＧ５　　　ｇｙ，ｇ，ｇｆ　

，：Ａｂｓｒｅａｒｅｄｂｓｕａｒｃａｎｅｌｅａｖｅｓｃａｓｓａｖａｓｔｒａｗ，ｒｉｃｅｓｔｒａｗａｎｄｓｉｌｋｗｏｒｍｔｒａｃｔＦｏｕｒｋｉｎｄｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｔｈａｔ　　　　　　　　　　　ｐｐｙｇ　ｅｘｃｒｅｍｅｎｔａｔ５００℃ｗｉｔｈｌｉｍｉｔｅｄｏｘｅｎｓｕｌｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｂａｔｃｈｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉａｔｅ　　　　　　　　　　　ｙｇｐｐｙｐｇ　

（／ｒｏｅｒｔｉｅｓａｎｄＣｄｃｈｅｍｉｃａｌｆｏｒｍｓｉｎＣｄｏｌｌｕｔｅｄｔｉｄａｌｓｏｉｌ５ｍｋｈｉｃｈｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｏｎｓｏｉｌ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｇｇ）ｗｐｐ，，，ｏｓｓｉｂｉｌｉｔｏｆｕｓｉｎｔｈｅｓｅｉｎｃｕｂａｔｅｄｏｖｅｒ０ｄ１５ｄ３０ｄ４５ｄ．Ｔｈｅａｉｍｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｗａｓｔｏａｓｓｅｓｓｔｈｅ　　　　　　　　　　　ｐｙｇｙ　　　

ｂｉｏｃｈａｒｓｉｎＣｄｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｏｉｌＨ，ＣＥＣａｎｄＳＯＣｗｅｒｅ　　　　　　　　　　　　　　ｐｉｎｃｒｅａｓｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｕｓｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｓ．ＴｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｗｅａｋａｃｉｄｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅａｎｄｒｅｄｕｃｉｂｌｅＣｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｈｉｌｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｏｘｉｄｉｚｅｄａｎｄｒｅｄｕｃｉｂｌｅＣｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｈｅｎａｄｄｉｎｂｉｏｃｈａｒｓｉｎｔｏｓｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅｗａｓａｎｏｂｖｉｏｕｓ　　　　　　　　　　　　　　ｇ　ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｕｃｈｃｈａｎｉｎｔｒｅｎｄｗｉｔｈｅｘｅｒｉｍｅｎｔｔｉｍｅ．Ｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｏｎｏｌｌｕｔｅｄ　　　　　　　　　　　　ｐｇｇｐｐ　ｓｏｉｌｗｅｒｅｓｈｏｗｎａｓｓｉｌｋｗｏｒｍｅｘｃｒｅｍｅｎｔ＞ｒｉｃｅｓｔｒａｗ＞ｃａｓｓａｖａｓｔｒａｗ＞ｓｕａｒｃａｎｅｌｅａｖｅｓ．Ａｆｔｅｒ４５ｄａｓ　　　　　　　　　ｇｙ

，，ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｗｈｅｎｃｏｍａｒｅｄｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｅｘｅｒｉｍｅｎｔｔｈｅａｄｄｉｎｏｆｓｉｌｋｗｏｒｍｅｘｃｒｅｍｅｎｔｒｅｄｕｃｅｄｗｅａｋａｃｉｄ　　　　　　　　　　　ｐｐｇ　ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅＣｄｂ４２．０７％，ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｒｅｄｕｃｉｂｌｅＣｄｂ３５．１９％，ｔｈｅａｄｄｉｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｏｘｉｄｉｚｅｄ　　　　　　　　　　ｙｙｇ　　　

，Ｃｄｂ２９２．５９％，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｒｅｓｉｄｕａｌＣｄｂ３３９．２９％．Ｉｎａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｕｓｉｎｂｉｏｃｈａｒｓｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｅｈｅａｖ　　　　　　　　　　ｙｙｇｙ　　　ｍｅｔａｌｏｌｌｕｔｅｄｓｏｉｌｗａｓｆｅａｓｉｂｌｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｔｏｈｅａｖｍｅｔａｌｓ．　　　　　　　　　　　ｐｙ　

：；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｂｉｏｃｈａｒｔｉｄａｌｓｏｉｌｃａｄｍｉｕｍ；ｃｈｅｍｉｃａｌｆｏｒｍｓｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　　ｙ　

随着工业的发展和城市污染的加剧，土壤重金属污染日益严重。全国遭受不同程度污染的耕地面积已接

［］２

，／约占耕地面积的１近２选矿及冶炼过程中产生的废石、废渣、污水所导致的ｍ０００万ｈ５１。有色金属开采、　［］

土壤重金属污染特别是Ｃ被Ｃｄ是毒性最强的金属元素之一，ｄ污染的ｄ污染也已成为突出的环境问题２。Ｃ３］

。土壤不仅影响农产品的产量和品质，而且能通过食物链影响人体健康，这已经引起了全社会的广泛关注［

４２０１０７２７　　收稿日期：－－；：（）；）；国家自然基金科研项目广西科技攻关项目（桂科合１广西自然科学基金项目（基金项目２５００８４ＧＸＮＳＦＡＡ１１８０３９）４１０６１０４５４１２３０２０１－－　　

））；广西有色金属及特色材料加工重点实验室开放课题基金项目（广西大学科研基金项目（ＧＸＫＦＪ１２１３０３６７１５ＸＪＺ－，：女，硕士研究生，杨惟薇（工程师，主要从事环境污染控制与修复研究。Ｅ－ｍ０－）ｌｗｗ＠ｇｘｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１９８ａｉ　　第一作者：ｙ），，，：：（，。１－女教授博士生导师主要从事环境污染控制与修复研究Ｅ－ｍｌｚｈａｎｃｌｘｕ．ｅｄｕ．ｃｎ９７ａｉ　　通信作者张超兰１＠ｇｇ

２４０

水土保持学报　　　　　第２９卷

钝化修复技术是向土壤中添加钝化修复剂，通过吸附、螯合、沉淀、氧化还原等作用改变土壤中重金属的形态，降低重金属的生物有效性，从而修复重金属污染土壤的新方法和新思路。近年来大量研究表明，生物炭是一种具有发达孔隙结构、含碳量高的碳化物质，在环境中稳定存在。生物炭较大的比表面积、孔容量和丰富的

］５４－，尤其是对土壤中重金属的吸附固定，降低土壤重金属的表面含氧官能团，使其作为土壤修复剂具有可行性［］７６－。本文以甘蔗叶、生物有效性等方面具有良好的应用前景［木薯秆、水稻秸秆和蚕沙等广西特色的农业废弃

物为原材料制备生物炭，研究不同生物炭对潮土中Ｃ探讨生物炭钝化修复重金属污染土壤ｄ的钝化修复效果，的可行性，为重金属污染土壤修复新方法的建立提供科学依据，对阻碍Ｃ确保农产品安ｄ污染物进入食物链，全有重要意义，同时为广西农业废弃物处置开辟新途径。

１　材料与方法

１．１　试验材料

将土壤风干，供试土壤为潮土，于２粉碎过１待用。土３年６月取自广西武鸣０－２０ｃｍ表层土，８目筛，０１壤基本性质见表１。制备生物炭的原材料为甘蔗叶、木薯秆、水稻秸秆、蚕沙。甘蔗叶、木薯秆和水稻秸秆均采自广西武鸣县某农场，蚕沙购买于广西宜州市，属于二龄蚕沙。生物炭制备：将干净的原材料置于１０５℃烘箱中烘干，在目标温度下保持４ｈ，关闭马弗炉，再于控温马弗炉中限氧热解，以５℃／自然冷却ｎ升至５００℃，ｍｉ

待用。其基本性质如表１。至室温后取出，研磨，过１００目筛，

表１　供试土壤和生物炭的基本性质

样品土壤

甘蔗叶炭木薯秆炭水稻秸秆炭蚕沙炭

Ｈ值ｐ２７．１　７８．８　９．３３　９．７５　３６１０．　ＳＯＣ含量／

－１

（·ｋｇｇ）１１．９９　６２９．８８　６１３．４６　４６５．０４　３４２．００　／ＣＥＣ

－１

（·ｋｃｍｏｌｇ）

１４．９８２７．８５　６２．７０　６５．１７　７１．５９　碱性官能团／

－１

）（·ｇｌｍｍｏ

－１．１０　１．６５　２．０５　４．０２　酸性官能团／

－１

）（·ｇｌｍｍｏ

－０．７３　０．４８　０．６４　０．５９　灰分含量／％－

８．１８　４．０１　２９．３６　５６．５０　总镉含量／

－１

·ｋ（ｍｇ）ｇ４．８４０．００９０．００６０．００４０．０１０

１．２　试验方案

培养及分析实验在广西大学环境学院实验室进行。称取１８目筛的风干土壤于２ｌ三角瓶中，００ｇ过１５０ｍ，（／／混合均匀，用Ｃ使土壤中Ｃ扣除加入５２．５０ｍｄＣｌｌｄＣｌＨ２Ｏ配制）ｄ含量为５ｍｋ０ｍＬ的Ｃｇｇ（ｇ２溶液１２·

，原土背景值后）调节含水量为田间最大持水量的４室温下平衡１周后，分别加入１％（质量百分比）甘蔗叶０％，炭、木薯秆炭、水稻秸秆炭和蚕沙炭，充分混合，调节含水量至田间最大持水量的４称重记下初始质量，置０％，）℃培养箱中培养。同时，于恒温（设置未添加生物炭的污染土壤为对照（和原土空白对照，共６个２５±２ＣＫ）处理，每个处理３个重复。每隔２ｄ用称重法加入去离子水补充水分，控制土壤含水量为田间最大持水量的测定土壤中不同化学形态Ｃ５ｄ进行破坏性采样，４０％左右。分别于培养后０，１５，３０，４ｄ含量。１．３　分析方法

土壤ＣＦ－ＨＣ－ＨＮＯｌＯｄ全量采用ＨＣｌｄ化学形态采用欧共体标准物质局提出的３－Ｈ４消煮法。土壤Ｃ

［８］

，（。消煮液和提取不同形态Ｃ三步连续浸提法（即Ｂ弱酸可提取态、可还原态、可氧化态和残渣态）ＣＲ法）ｄ

美国Ｐ测定。生物炭基本性质测定：灰分和提取液中的Ｃａ８０００型，Ｅ）ｏｔｉｍｄ含量用电感耦合等离子光谱仪（　ｐ

［］［０］

；／／表面含氧官木炭和木炭实验方法》ＢＴ１２４９６．３－１９９９９和Ｇ４９６．７－１９９９１ＧＢＴ１２Ｈ值测定分别参照《　　ｐ

能团含量参照土壤ＢＣｈｍ法测定；ＯＣ用土壤重铬酸钾外加热法测定。ｏｅＥＣ用土壤乙酸钠交换法测定；Ｓ

试验数据用Ｓ用ＥＳ１７．０统计软件进行分析，ｅｌ２００７软件作图。ＰＳｘｃ　　

２　结果与讨论

２．１　添加生物炭对土壤ｐＨ值的影响

添加生物炭对土壤ｐ相比，添加生物炭均能显著提高土壤的ｐ且在培Ｈ值的影响如图１。与对照（ＣＫ）Ｈ，养时间内，随着培养时间的延长，与生Ｈ值升高越明显。但不同生物炭对土壤ｐＨ值的影响存在很大的差异，ｐ物炭本身的ｐ土壤ｐ与生Ｈ值密切相关，Ｈ值增加的总体顺序为蚕沙炭＞水稻秸秆炭＞木薯秆炭＞甘蔗叶炭，）添加蚕沙炭、水稻秸秆炭、木薯秆炭和甘蔗叶炭物炭的ｐ时，与ＣＫ相比，Ｈ值大小顺序一致。培养结束（４５ｄ的土壤ｐ主要是因为土壤８，０．７６，０．６３，０．５２个单位。添加生物炭之所以能提高土壤ｐＨ值分别升高了０．９Ｈ，的酸碱性是由其中的盐基离子（钾、钠、钙、镁等）所支配的，而生物炭中含有更多的盐基离子，可以通过吸持作

第１期４种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究　　　　　杨惟薇等：

２４１

１１］

。同用降低土壤的交换性氢离子和交换性铝离子的水平［

５］

，当其加入土壤后这些碱时，生物炭含有一定量的碱性物质［

性物质能够逐渐释放出来，中和了部分土壤酸度，使土壤ｐＨ值升高，且随着培养时间的延长越发明显。２．２　添加生物炭对土壤有机碳含量的影响

相添加生物炭对土壤ＳＣＫ）ＯＣ的影响如图２。与对照（但在培养时比，添加生物炭均能显著提高土壤的ＳＯＣ含量，间内，随着培养时间的延长，土壤Ｓ但仍高ＯＣ含量逐渐降低，于对照。不同生物炭对土壤Ｓ与ＯＣ的影响存在很大的差异，生物炭本身的ＳＯＣ含量增加的总ＯＣ含量密切相关。土壤Ｓ体顺序为甘蔗叶炭＞木薯秆炭＞水稻秸秆炭＞蚕沙炭，与添加生物炭时土壤ｐ与生物炭本身的ＳＨ值的顺序相反，ＯＣ含）量大小顺序一致。在培养结束（时，添加甘蔗叶炭、木薯４５ｄ秆炭、水稻秸秆炭和蚕沙炭的土壤ＳＯＣ含量分别比０ｄ时降／，但仍然高于对照，分别比对低了２．７，３．０６，３．２４，３．４７ｇｋ４ｇ照增加了７５１％，７０．７２％，５７．５７％和３４．３６％。生物炭能９．提高土壤有机碳水平，一方面是生物炭本身具有很高的ＳＯＣ另一方面可能是由于生物炭能吸附土壤的有机分子，通含量，

过表面催化活性促进小的分子聚合形成土壤有机质

［１２］

图１　生物炭对土壤ｐＨ值的影响

图２　生物炭对土壤有机碳含量的影响

。培

养期间，土壤Ｓ不同原材料制备的生物ＯＣ含量的下降可能是由于生物炭中不稳定组分引起的激发效应所致，

１３］

。炭，其稳定性和引起的激发效应的程度也不同，从而呈现出不同的降解速率［

２．３　添加生物炭对土壤阳离子交换量的影响

添加生物炭对土壤Ｃ相ＥＣ的影响如图３。与对照（ＣＫ）比，添加生物炭均能显著增加土壤的Ｃ增长趋势与ｐＥＣ，Ｈ值相似，随着培养时间的增加，升高越明显，且不同生物炭对土壤Ｃ与生物炭本身的ＣＥＣ的影响存在很大的差异，ＥＣ密切相关。土壤ＣＥＣ增加的总体顺序为蚕沙炭＞水稻秸秆炭＞木薯秆炭＞甘蔗叶炭，与生物炭本身ＣＥＣ的大小顺序一致。）培养结束（时，添加蚕沙炭、水稻秸秆炭、木薯秆炭和甘蔗４５ｄ，，，／。叶炭的土壤Ｃ２６．３４４．２４３．０３ｃｍｏｌｋＥＣ分别升高了９．３ｇ因生物炭在土壤中存在自由颗粒，并能够在其微团聚体内部

且随着生物炭在土壤富集，与土壤胶体中颗粒形成的有机、无机复合体以及土壤团聚体，使得土壤ＣＥＣ增大，从而使土中的作用时间延长，其在生物和非生物的作用下氧化产生诸如羧基等官能团，使生物炭的ＣＥＣ增大，

［４］

。壤的Ｃ因此土壤ＣＥＣ随着生物炭在土壤中存在时间的延长而增加１ＥＣ显著增大，

图３　生物炭对土壤阳离子交换量的影响

２．４　添加生物炭对土壤Ｃｄ化学形态的影响

本研究考察了添加不同生物炭，土壤中Ｃ可还原态、可氧化态、和残渣态４种化学形态ｄ的弱酸可提取态、的变化。由图４可知，添加生物炭后，而可氧化态和残渣Ｃｄ的弱酸可提取态和可还原态的含量均较对照下降，态含量均较对照增加。其中对土壤中Ｃ其次是水稻秸秆炭，再次是木薯秆炭，甘ｄ钝化效果最好的是蚕沙炭，，）添蔗叶炭的钝化效果相对较差，随着培养时间延长４种生物炭对Ｃｄ的钝化效果更明显。培养结束时（４５ｄ加蚕沙炭、水稻秸秆炭、木薯秆炭、甘蔗叶炭的土壤中弱酸可提取态Ｃ０７％，ｄ含量分别比对照降低了４２．可还原态Ｃ可氧化态Ｃ３１．１８％，２５．５６％，２４．７１％，１９％，４２．５９％，３３．３３％，３２．２０％，ｄ含量分别降低了３５．ｄ

残渣态Ｃ含量分别增加了２５９％，２２２．２２％，１２９．６３％，１０３．７０％，９．２９％，２５６．４３％，９２．ｄ含量分别增加了３３增加难利用态的含量，从而降２４１．４２％，２３５．７１％。４种生物炭都能有效降低土壤中Ｃｄ的生物可利用态含量，

低Ｃ增强其钝化效果。但不同生物炭对Ｃ其中蚕沙炭对Ｃｄ的生物有效性，ｄ的化学形态影响不同，ｄ的钝化效，／较大的Ｃ和丰富的含氧官能团（果最好，这与蚕沙炭具有相对高的ｐ３６）１．５９ｃｍｏｌｋ４．６１Ｈ值（１０．ＥＣ（７ｇ）

［５］

／）研究表示，有关。Ｓ由于动物、禽类、虫类等的粪便往往含有很高的灰分，由其制成的生物ｍｍｏｌｋｉｎｈ等１ｇｇ

２４２

水土保持学报　　　　　第２９卷

炭比木炭或秸秆炭有更高的ｐ具有更好的吸附效果，本研究结果与之相符。水稻秸秆炭的钝化效果也Ｈ和ＣＥＣ，

）、／／））和含氧官能团（而次之。同因其高于木薯秆炭和甘蔗叶炭的ｐ５ＣＥＣ（６５．１７ｃｍｏｌｋ９ｍｍｏｌｋＨ值（９．７２．６ｇｇ时，生物炭施入土壤的时间也很大程度上影响着Ｃ随着培养时间增加，土壤ｐｄ的化学形态的转化，Ｈ值和ＣＥＣ均更有助于土壤中Ｃ从而降低了Ｃ钝化效果增强。有不同程度升高，ｄ向生物难利用态转化，ｄ的生物有效性，

图４　生物炭对土壤Ｃｄ化学形态的影响

２．５　添加生物炭后土壤性状与土壤Ｃｄ化学形态的相关性分析

土壤ｐ表２所示为添加生物炭后，分别培养１５ｄ时，Ｈ值、ＣＥＣ和ＳＯＣ的变化与Ｃ５，３０，４ｄ化学形态的相及其显著性检验结果。相关性分析结果表明，关系数（培养１ｒ）Ｈ值与Ｃ５ｄ时土壤ｐｄ的化学形态相关性不明土壤ｐ显，但在培养３可还原态呈现显著负相关，而与可氧化态、残Ｈ值与Ｃ５ｄ时，０ｄ和４ｄ的弱酸可提取态、，渣态则呈现显著正相关。土壤Ｃ与Ｃ５ｄ３０ｄ和４５ｄ均能与ＣＥＣ在１ｄ化学形态表现出明显的相关性，ｄ的弱酸可提取态、可还原态呈现显著负相关，而与可氧化态、残渣态则呈现显著正相关。培养期间，土壤ＳｄＯＣ与Ｃ的化学形态没有表现出明显的相关性。

表明添加生物炭可以通过提高土壤的ｐ土壤ｐｄ的化学形态呈显著相关性，Ｈ值和ＣＥＣ与ＣＨ值和ＣＥＣ。土壤ｐ直接钝化土壤中Ｃ进而增加重金属离子的电性ｄＨ值的升高促进了土壤表面胶体所带负电荷量增加，吸附。土壤ｐ而此形态的金属离子与土壤吸附点位的亲和力Ｈ值的增加同时导致金属阳离子羟基态的形成，

２＋１６］

。此外，随着土壤ｐ可与碳酸根要比自由态金属离子强［土壤溶液中氢氧根离子浓度的增加，ＣｄＨ值升高，［７］

。土壤Ｃ离子、氢氧根离子等结合生成难溶的碳酸镉、氢氧化镉沉淀，从而降低了ＣＥＣ的增ｄ的生物有效性１［８］

。虽然土壤Ｓ大，使其对阳离子的吸附、置换能力增强，进而增加了土壤对Ｃｄ的钝化作用１ＯＣ含量的增加也

能促进土壤对Ｃ其可通过羟基、羧基和氨基增加土壤表面吸附位点，从而使Ｃｄ的吸附，ｄ通过外表面络合被吸

１９］

。但是，土壤Ｃ附，降低了生物有效性［说明在本研究条件下，添加ｄ的化学形态与ＳＯＣ的相关性并不明显，

，因为生物炭对土壤中水溶性有机质、生物炭并不能通过提高土壤中Ｓ腐殖质和富ｄＯＣ直接钝化修复土壤中Ｃ里酸含量影响不大，但增加了胡敏酸的含量，原因可能是生物炭与胡敏酸的结构相似，都是土壤碳库的重要组

２０］

。成部分，加上培养时间较短，最终生物炭中的有机碳大部分都留在胡敏酸中［

大量试验证明，在重金属污染土壤中，重金属的环境行为和生物有效性及毒性不仅与重金属的总量有关，而且与重金属的化学形态也密切相关，重金属的赋存形态是判断土壤中重金属毒性以及生态风险的重要指

２１］

。在重金属Ｃ标［弱酸可提取态迁移性强，易被生物直接利用；可还原态和可氧化态在适当ｄ的化学形态中，

的环境条件下转化为酸可提取态，即间接被植物利用；残渣态最稳定，不能被植物利用，迁移性小。本研究中，土壤８表明土壤中Ｃ０％以上的Ｃｄ处于弱酸可提取态和可氧化态，ｄ元素具有较强的生物可利用性和生态毒性。添加生物炭后土壤ｐ且ｐ都ＯＣ含量均升高，ｄ化学形态呈现显著相关性，Ｈ值、ＣＥＣ和ＳＨ值、ＣＥＣ与Ｃ

第１期４种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究　　　　　杨惟薇等：

２４３

将有助于土壤中Ｃ达到了很好的钝化效果。ｄ元素向难容利用形态转化，

表２　镉的化学形态与ｐＯＣ的相关性分析Ｈ、ＣＥＣ和Ｓ

赋存形态酸可提取态

可还原态可氧原态残渣态

１５ｄ

Ｈ　ｐ

－０．８１６－０．８７３

＊１６９　０．＊

６９８　０．

ＥＣＣ　

ＳＯＣ

Ｈ　ｐ

＊

－０．９５２

＊＊

－０．９６９

＊＊

９９７　０．

＊＊

９６４　０．

＊

２９６　－０．－０．９４０

＊

９９０．６－０．７５９

＊＊

５１０．４９８４　０．

＊

９６０．０９０１０．

３０ｄＥＣＣ　

＊＊

９７４－０．

＊＊

－０．９７１

＊＊

９８５　０．

＊＊

９９３　０．

４５ｄ

ＳＯＣ３１７－０．

４２１－０．７８４　０．９９２　０．

Ｈ　ｐ

ＥＣＣ　

ＳＯＣ４９９０．

１８０．７９６０．２８３０．６

＊＊＊＊

－０．９８８９６７－０．

＊＊

－０．－０．８８７７５６＊＊＊

９９４８７１　０．　０．

＊＊＊

８８９９７５　０．　０．

００５和Ｐ＜０．１水平。　　注：＊和＊＊分别表示达到Ｐ＜０．

３　结论

（）在培养时间内，土壤ｐ１４种生物炭均显著提高了土壤的ｐＨ值和ＣＨ值和ＣＥＣ随着培养时间的增ＥＣ，

加而增大，与Ｃ但ｄ的化学形态呈现显著相关性。而土壤ＳＯＣ含量则呈先增加至最大值而后缓慢降低的趋势，仍高于对照，与Ｃｄ的化学形态没有表现出明显的相关性。

（）不同原材料制备的生物炭对土壤Ｃ促进Ｃ２ｄ都有较好的钝化效果，ｄ的生物可利用态向生物难利用态转化，从而降低其生物有效性。４种生物炭对土壤的修复效果为蚕沙生物炭＞水稻秸秆生物炭＞木薯秆生物炭＞甘蔗叶生物炭，其中蚕沙生物炭的钝化效果最好。同时，本研究使用了木薯秆炭和蚕沙炭２种新生物炭，在一定程度上拓展了生物炭的来源。

（）不同培养时间对土壤中Ｃ随着培养时间的增加，更促进了Ｃ３ｄ生物有效性的影响也不同，ｄ的化学形态

）从生物可利用态向难利用态转化，减小其生物有效性，培养结束（时的钝化效果最理想。但本试验设计的４５ｄ，，最终培养时间太短，不足以深入、全面进行机理研究。因此，今后的试验应把培养时间延续至６０ｄ１２００ｄ９，以更好地明确生物炭对重金属污染土壤的钝化修复机理。ｄ

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［］，，１１ａｎＺｗｉｅｔｅｎＬ，ＫｉｍｂｅｒＳＭｏｒｒｉｓＳｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｒｏｍｓｌｏｗｒｏｌｓｉｓｏｆａｅｒｍｉｌｌｗａｓｔｅｏｎａｒｏｎｏｍｉｃｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｙｙｐｐｇｐ

［］，（／）：ａｎｄｓｏｉｌｆｅｒｔｉｌｉｔＪ．ＰｌａｎｔａｎｄＳｏｉｌ２０１０，３２７１２２３５２４６．　　　　－ｙ［］，［］，１２ｉａｎＢ，ＬｅｈｍａｎｎＪＳｏｈｉＳＰ，ｅｔａｌ．ＢｌａｃｋｃａｒｂｏｎａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｃｃｌｉｎｏｆｎｏｎｂｌａｃｋｃａｒｂｏｎｉｎｓｏｉｌＪ．ＯｒａｎｉｃＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒ　Ｌ　　　　　　　　　－　　　　ｇｙｇｇｙ　　

（）：２０１０，４１２２０６２１３．－［］：１３ｃｈｉｍｉａＭ，ＣｈａｎＳＣ，ＫｌａｓｓｏｎＫ　Ｔ．ＳｃｒｅｅｎｉｎｂｉｏｃｈａｒｓｆｏｒｈｅａｖｍｅｔａｌｒｅｔｅｎｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌＲｏｌｅｏｆｏｘｅｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｕ　　　　　　　　　　　ｙｇｇｙｙｇ　　　［］，（／）：４４１．ｒｏｕｓＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ２０１１，１９０１３４３２－　　　ｇｐ［］，１４ｔｋｉｎｓｏｎＣＪＦｉｔｚｅｒａｌｄＪＤ，ＨｉｓＮ　Ａ．Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒａｃｈｉｅｖｉｎａｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｂｅｎｅｆｉｔｓｆｒｏｍｂｉｏｃｈａｒａｌｉｃａｔｉｏｎ　Ａ　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｇｇｐｐ　

：］，（／）：ｔｏｔｅｍｅｒａｔｅｓｏｉｌｓＡｒｅｖｉｅｗ［Ｊ．ＰｌａｎｔａｎｄＳｏｉｌ２０１０，３３７１２１１８．　　　　　－ｐ］［］［５ｉｎｈＢ，ＳｉｎｈＢＰ，ＣｏｗｉｅＡＬ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｆｏｒｔｈｅｉｒａｓａｓｏｉｌａｍｅｎｄｍｅｎｔＪ．Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ１　Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇ

，（）：ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｉｌＲｅｓｅａｒｃｈ２０１０，４８７５２５．５１６　　　－］（）：［］裴中健，等．施用生物炭和石灰对土壤镉形态转化的影响［水土保持学报，梁成华，６１．Ｊ．２０１４，２８２２５８２１６－　高译丹，

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，（）：ｉｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ２０１２，４２５５３３．４８９　　　　－ｇｙ

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