秸 秆 生 物 炭 吸 附 土 壤 中 重 金 属 的 研 究
不同原材料生物炭对土壤重金属Cd、Zn的钝化作用
不同原材料生物炭对土壤重金属Cd、Zn的钝化作用作者：白珊倪幸杨瑗羽方先芝柳丹叶正钱来源：《江苏农业学报》2021年第05期摘要：以質量分数0.1%、1.0%不同原料的生物炭（砻糠炭、木炭、竹炭）作为化学钝化修复材料，以空白土壤（CK）和钙镁磷肥作为对照，通过为期90 d的土壤培养试验，研究不同钝化材料及施用量对降低农田土壤重金属镉（Cd）和锌（Zn）污染风险的效果。
结果表明，相同施用量的钙镁磷肥比生物炭更有利于酸性土壤改良;各处理中1.0%木炭对土壤有机质含量提升效果最好（ P < 0.05）;与空白对照相比，各处理对土壤Cd、Zn均表现出显著的钝化作用，相同施用量的木炭、砻糠炭比钙镁磷肥的效果更好，其中0.1%木炭钝化效果最佳。
在相同施用量下，生物炭整体上更有利于降低土壤酸可提取态Cd、酸可提取态Zn含量，而钙镁磷肥更有利于增加残渣态Cd、残渣态Zn含量。
关键词：生物炭; 钝化修复; 镉; 锌中图分类号： X53 文献标识码： A 文章编号： 1000-4440（2021）05-1199-07Immobilization of soil cadmium and zinc by different raw material derived biocharsBAI Shan 1 ， NI Xing 1，2 ， YANG Yuan-yu 1 ， FANG Xian-zhi 1 ， LIU Dan 1 ， YE Zheng-qian 1（1.Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province， ZhejiangA&F University， Hangzhou 311300， China; 2.Nvbu Neighbourhood Office of Jinhua City in Zhejiang Province， Jinhua 321100， China）Abstract： Biochars made from different materials （husk charcoal， wood charcoal， bamboo charcoal） with mass fractions of 0.1%， 1.0% were used as chemical immobilization materials，blank soil （CK） and calcium-magnesium phosphate fertilizer （CaMgP） were used as comparisons to investigate the effect of different biochar materials and their dosages on reducing the risk of cadmium （Cd） and zinc （Zn） pollutions in the farmland soil， by an incubation experiment for 90 d. The results showed that， CaMgP was more suitable for the improvement of acid soil than biochar under the same application amount. Treatment of 1.0% wood charcoal showed the best effect on increasing soil organic matter content among all the treatments （ P < 0.05）. All the treatments showed significant immobilization effects on Cd and Zn in the soil compared with the blank control. The effects of wood charcoal， husk charcoal were more effective than CaMgP under the same dosages， among which 0.1% wood charcoal had the best immobilization effect. Biochar showed a better effect on reducing the acid extractable Cd and Zn contents in the soil with the same dosage as other materials， while CaMgP was more suitable for increasing residual Cd and Zn contents.Key words： biochar; immobilization remediation; cadmium; zinc耕地土壤重金属污染是危害生态环境及人类健康的重大环境问题之一，威胁着中国农业生态环境安全。
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
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。
生物炭对酸性土和盐碱土改良效果的研究进展
生物炭对酸性土和盐碱土改良效果的研究进展姜井军，郭瑞，陈伶俐(淮安市农业技术推广中心，江苏淮安 223001)摘要:我国酸性土和盐碱土面积大，类型多样，分布广泛，且存在着退化现象。
随着农业生产集约化水平不断提高，化肥大量使用和全球气候变化的影响，我国土壤酸化和盐碱化程度呈现加重趋势。
生物炭(Biochar)因具有特殊的理化性状，可用于酸性土和盐碱土的改良。
本文在介绍生物炭特性基础上，重点总结和论述了生物炭对酸性土和盐碱土的改良效果及机制的研究进展，提出了生物炭在上述领域的研究展望，以期为酸性和盐碱土壤改良利用提供依据。
关键词:生物炭;酸性土壤;盐碱土壤;改良;展望1 前言我国的酸性土面积约2.04×108 hm2，盐碱土面积约3.5×108 hm2，分别约占全国耕地面积的21%和36%，分布广泛，类型多样。
土壤酸化或土壤盐碱化本身是一个非常缓慢的自然过程。
但近几十年来，为了养活众多的人口，我国农业生产的集约化程度不断提高，在单位土地面积上投入的化肥尤其是氮肥数量越来越大，加上全球气候变暖的影响，使得土壤酸化和盐碱化进程呈加速趋势。
土壤酸化容易导致土壤环境质量和健康质量的降低，同时往伴随着盐基离子耗竭与养分淋失，造成土壤保蓄能力下降，从而对湖泊水体富营养化、水质变劣等起到推波助澜的作用;而对于盐碱化土壤，它们的盐分含量高，有机质含量低，容易削弱植物的蒸腾作用，抑制植物生长，甚至导致植物枯亡。
盐碱化不但造成了资源的破坏和农业生产的巨大损失，而且还对生物圈和生态环境构成威胁。
随着世界人口增长和土地退化的加速，世界各国高度重视酸性土和盐碱土改良、开发利用及保护。
目前，施用石灰石或白云石被认为是防止土壤酸化同时也是提高养分含量的有效方法，此法在世界上获得广泛应用，其优点是可以较为快速地缓解或消除土壤酸化及其影响，但其副作用亦不容忽视，特别是会导致土壤有机质含量的下降，同时，大量使用石灰会增加农业生产成本并消耗宝贵的矿产资源;另一种常见方法是施用生理碱性肥料，一般是施用硝酸钾、草木灰，但硝酸钾极易淋失，在化肥用量过多和氮素过量的情形下，施用硝酸钾并不适宜，而产生草木灰要焚烧秸秆，这不符合生态环保原则。
施用生物炭对土壤和作物的影响
施用生物炭对土壤和作物的影响黄德荣;衡德茂;倪宏章;陈实【摘要】生物炭是将农作物秸秆、木屑等含碳量丰富的生物质材料在无氧或限氧的条件下热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料,其农业利用的发展前景广阔.原料种类、生产过程中的温度以及添加物料对生物炭的性质都有较大的影响.土壤中施用生物炭可以改变土壤的基本性质、土壤养分和离子的赋存特征、土壤微生物和酶活性.生物炭施用量影响其作用效果.施用生物炭能够明显改变作物根系和植株的系统发育,影响产量和品质构成.要进一步强化生物炭与土壤的氮、磷等营养物质的互作效应、生物炭性质特征与保护地土壤质量改善、生物炭对作物生理生化和产量品质的影响以及“生物炭-土壤-作物”连续体等方面的研究.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P130-132)【关键词】生物炭;土壤;作物【作者】黄德荣;衡德茂;倪宏章;陈实【作者单位】江苏省宝应县西安丰镇农业技术推广服务中心,江苏扬州225800;江苏省宝应县西安丰镇农业技术推广服务中心,江苏扬州225800;江苏省宝应县西安丰镇农业技术推广服务中心,江苏扬州225800;江苏省南通华实生态农业科技发展有限公司,江苏南通222650【正文语种】中文【中图分类】S626.5随着温室大棚的推广和耕作技术的发展，土壤的复种指数明显增加，氮磷等营养物质投入增加，而碳的投入减小，加之耕作频繁，导致土壤温度、湿度及空气状况的变化，土壤肥力下降。
如何提升土壤碳库继而保持土壤肥力成为重要的课题。
生物炭是将农作物秸秆、木屑等含碳量丰富的生物质材料在无氧或限氧的条件下热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料[1-2]。
它含有较丰富的矿质养分元素如磷、钾、钙、镁及氮素，施入土壤后能够提高土壤中养分含量[3]，对保持土壤肥力的可持续性具有重要作用。
农作物秸秆生产成生物炭的盈亏平衡价格为736元/t，对农民非常具有吸引力。
生物炭研究进展及其研究方向
土 壤(Soils), 2011, 43 (6): 857~861生物炭研究进展及其研究方向①谢祖彬1， 刘 琦1,2， 许燕萍1,2， 朱春悟1(1土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008;2中国科学院研究生院，北京 100049)摘 要：近几年来，随着巴西亚马逊流域考古发现黑土（black earths，或terra preta de indio（葡萄牙语））及研究的深入，认为将生物质炭化还田不仅能藏碳于土，减缓全球气候变化，而且能提高全球粮食安全保障。
生物质在无氧或低氧条件下高温裂解炭化而成的产物被称为生物炭（biochar）。
本文将从生物炭特性；生物炭对作物产量和养分吸收的影响；生物炭分解和对土壤碳周转的影响以及对污染物降解和生物有效性影响方面进行综述，以期为国内生物炭研究提供参考。
关键词：生物炭；性质；肥力；碳周转；温室气体；污染物中图分类号： X71生物质（秸秆和枯枝落叶等）开发利用是永久而不竭的主题。
远在西周时期（公元前11世纪至公元前8世纪），中国农民就从实践中逐步认识到将杂草、秸秆和枯枝落叶燃烧成草木灰还田有利于作物的生长；14世纪初叶，王祯在《农书·粪壤篇》中把草木灰列为一大类农家肥料。
北魏时期，贾思勰在《齐民要术》（约成书于公元533年至544年）中就提到用松制墨（炭黑）的方法和炭黑性质。
在我国农田、草地和森林，经常可以看到没有分解的火烧黑色物质。
生物炭（biochar）是近几年国际上出现的新名词，是生物质在缺氧条件下高温裂解形成的物质。
据报道，生物炭具有促进植物生长、分解慢、降低重金属和有机污染物生物有效性等作用。
为促进生物炭生物和环境效应研究，本文汇编了生物炭特性；生物炭对作物产量和养分吸收的影响；生物炭分解和对土壤碳周转以及对污染物降解和生物有效性影响的研究结果，并根据国际、国内研究现状，提出了研究方向。
1 生物炭特性1.1 pH生物炭呈碱性，且裂解温度越高，pH越高[1-2] 。
农田土壤重金属污染的特点和治理对策研究
ECOLOGY区域治理农田土壤重金属污染的特点和治理对策研究叶赛克1，万星玥2，解浩31.江苏智环科技有限公司；2.扬州美境环保科技有限责任公司；3.扬州市仪征生态环境局摘要：农田土壤重金属污染是影响我国农田生态环境的重要因素。
随着工业文明的快速发展，大量含有重金属物质的废气、废渣、废水被排放到农田环境中，使农田土壤受到铬、镉、铅等重金属的污染，如果含量超标将严重影响到农田作物的正常生产，危害人类的身体健康。
而明确污染来源及特点，提出相应的治理手段，能够切实有效地控制重金属污染对我国农田的影响，提高我国农业经济的发展效率。
关键词：农田土壤；重金属污染；治理对策中图分类号：[TE991.3] 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）22-0139-0001引言：农田土壤重金属污染主要指镉、铬、汞、铅等生物毒素显著的重金属物质及锌、镍、铜等污染物对土壤的污染，拥有较为显著的可逆性、长期性、隐蔽性等特征，能够严重危害农田作物的健康生长，制约农业经济的健康发展。
因此加强治理并控制农田重金属污染，对我国农业经济发展有重要的现实意义和价值。
然而要控制并治理农田污染，就必须明确农田重金属污染的基本来源。
一、农田重金属污染的基本来源首先是空气沉降，空气中所蕴含的重金属元素通常来源于建筑材料、冶金、能源生产过程中的粉尘和废气，通常以气溶胶的方式进入大气层，并在自然降水与沉降的过程中，渗透到农田土壤里。
在市场经济快速发展的过程中，汽车尾气成为土壤重金属污染的主要来源，通常以汽油燃烧中的Cu、Cr、Cd、Zn、Pb污染为主。
其次是固体废弃物。
在理论研究上，固体废弃物成分复杂、种类繁多，且不同废弃物的污染程度和危害方式也明显不同，其中工业废弃物和矿业废弃物的污染危害最大，通常在处理和堆放的过程中，通过水洗、雨淋、日晒的作用，使重金属物质以漏斗状或辐射状的形式向周围水体、土壤中移动、扩散。
最后是农药和化肥污染。
生物炭在土壤污染修复中的实践应用
ECOLOGY区域治理生物炭在土壤污染修复中的实践应用湖南盛大环保科技有限公司 童健，李儒静摘要：生物炭作为土壤改良剂以及污染物吸附剂，可以有效改良受到重金属污染的土壤，也受到了全社会的广泛关注。
从国内外现有的研究基础来看，生物炭在对土壤进行改良时，主要涉及了生物炭可影响土壤的理化性质、改变重金属迁移转化行为、改善土壤污染物稳固性以及微生物群落等方式，这些方式对土壤的污染修复有着十分重要的现实意义。
本文也对此进行了简要分析。
关键词：生物炭；土壤污染修复；实践应用中图分类号：[TE991.3] 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）27-0173-0001社会在不断进步，我国的工农业生产也在快速发展，土壤污染的程度也日渐加重，给食品安全以及环境带来了重大影响。
目前，从我国现有的资料情况能够看出，我国的土壤总超标率为16.1%，其中最主要的污染物类型为镉、汞、砷、铜、铅等。
鉴于此，如何有效控制以及处理我国现有的土壤污染，特别是现存的重金属污染，是值得深思的话题。
一、生物炭的来源所谓生物炭，其实是由生物质，比如农业废弃物、木材、动物废弃物或者是植物组织在缺氧的情况下，对其给予高温慢热解处理而最终产生的具有高度芳香化、难溶、丰富碳素以及稳定性的固态物质。
根据来源对其进行分类时，我们可把生物炭分成木炭、稻壳炭、竹炭以及动物粪便等。
随着社会的不断发展，这种全新环境功能材料也进入了人们视野，在环境修复、土壤改良、废弃生物质资源化以及碳排放贸易等方面发挥了很大价值，也是国内外学者十分关注的热点。
二、生物炭可改变土壤中污染物的稳定性生物炭在进入土壤之后，其表层会拥有大量的基团结构，比如-OH、-COO、-COOH等，这些含氧官能团能让生物炭具有较高的CEC 交换量，对土壤中的重金属进行有效吸附，产生十分稳定的化合物。
Yang[1]等借助水稻秸秆、生物炭以及燃烧小麦对农药敌草隆进行吸附时发现，生物炭的吸附作用是土壤的400—500倍，对土壤中的有机污染物有着较大改善。
秸秆生物炭的研究进展
秸秆生物炭的研究进展王志鹏;陈蕾【摘要】从秸秆生物炭的制备及其改性方法:秸秆生物炭对污染物控制的机理与效果和农业应用方面进行综述,对秸秆生物炭面临的问题以及未来的研究方向提出展望,以期为我国秸秆生物炭的研究提供参考.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】4页(P444-447)【关键词】秸秆;生物炭;污染控制;农业应用【作者】王志鹏;陈蕾【作者单位】南京林业大学土木工程学院,江苏南京 210000;南京林业大学土木工程学院,江苏南京 210000【正文语种】中文【中图分类】TQ029+.4;X7我国是一个农业大国，随着农业的发展，农作物产量大幅提高，农作物秸秆广泛分布在我们农村地区，其中主要来源为水稻秸秆、玉米秸秆和小麦秸秆，截止2009年，我国农作物秸秆年产量为8.2亿t[1]。
秸秆是农作物收割后残留的茎叶部分，富含植物生长需要的氮、磷、钾、镁、钙和硫等营养元素[2]。
然而目前我国秸秆的资源化利用效率低，经济效益差，不仅造成了资源的浪费而且严重污染环境[3]。
近年来，由于缺乏对秸秆的合理处置方法，农村秸秆的大量焚烧屡禁不止，引发了严重的社会问题，秸秆资源的处置越发引起人们的关注。
近年来，利用农作物秸秆制备生物炭因其突出的效果备受关注。
秸秆生物炭是利用农作物秸秆在低温限氧条件下热解产生的富碳固体[4]。
秸秆生物炭比表面积大和孔隙结构复杂，表面富含丰富的活性官能团，使得生物炭作为吸附剂和催化剂表现出巨大的潜力。
秸秆制备生物炭资源化利用可显著减少温室气体CO2的排放，作为一种新型多功能材料生物炭广泛应用于：水污染控制、改良土壤肥力、土壤固炭、土壤修复、微生物燃料电池电极等方面[5]。
本文综述了秸秆生物炭的制备方法和理化性质，着重总结了秸秆生物炭在污染物修复和农业中的应用，为秸秆生物炭的研究和应用提供借鉴。
1 秸秆生物炭的制备热解法是利用高温在限氧条件下对秸秆进行分解，根据加热速率和热解时间的不同，热解反应可分为快速热解和慢速热解。
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。
生物炭老化及其对重金属吸附的影响
生物炭老化及其对重金属吸附的影响生物炭具有丰富含氧官能团、多孔结构、阳离子交换量、芳香性结构等使其对重金属具有良好的固持作用，进而在重金属污染土壤修复中具有良好的应用前景。
生物炭施入土壤中在与土壤接触过程中受物理、化学和生物作用而发生老化现象，致使生物炭特性发生改变。
下文阐述了原料来源、热解温度和老化方法对老化生物炭特性的影响，以及老化生物炭对重金属吸附的影响机制。
老化作用对生物炭特性的改变主要体现在灰分、表面元素组成、含氧官能团、pH、形貌特征、孔隙结构及比表面积。
老化生物炭表面含氧官能团、负电荷和CEC 含量增加会促进其对重金属的吸附；而比表面积和pH 的降低、酚羟基和芳香醚含量增加以及羧基数量减少则抑制其对重金属的吸附。
前言生物炭（bio）是由生物质在完全或部分缺氧的状态下热解（通常<700 ℃）产生一类含碳量较高且高度芳香化固态物质。
近年来，生物炭在固碳减排、土壤改良和污染修复等方面的环境效应和生态效应已经引起广泛关注。
自然界中生物炭作为森林火灾的残留物具有很长的寿命可以在土壤生态系统中保存时间超过10000 年，但也有研究人员指出，生物炭的平均残留时间最少只有19 年。
因此，生物炭在进入环境以后，可能在生物、非生物过程中被很快降解，或者至少是表面迅速氧化，而这样的过程无疑对生物炭的环境功效产生影响。
研究者初步证实，生物炭老化后一方面其表面含氧官能团（如羟基、酚羟基等）的增加可以促进其对重金属的吸附，而另一方面其比表面积和pH 的降低会导致生物炭对重金属吸附量降低，那么老化过程对生物炭特性的改变及其对重金属吸附的促进或降低机制如何? 这个问题还亟待研究解决。
本文在阐述老化作用对生物炭特性影响的基础上，综述了老化作用对生物炭吸附重金属的影响机制，并提出生物炭的老化及其对重金属吸附影响进一步研究的相关科学问题。
一、老化作用对生物炭特性的影响1 原料来源及热解温度对老化生物炭特性的影响生物炭原料来源非常广泛，常见的有木屑、秸秆、竹屑、稻壳等，也有动物粪便、沉积物、污泥等，其主要组分是木质素、纤维素、半纤维素和无机矿物组分。
生物炭对土壤重金属形态影响的研究进展
生物炭对土壤重金属形态影响的研究进展作者：张平屠娟丽黄超群来源：《绿色科技》2017年第08期摘要：指出了作为一种新型的吸附剂，生物炭具有良好的结构基础、较大的比表面积以及吸附力，近年来成为环境、能源等领域的关注热点。
通过介绍重金属在土壤中的赋存形态，概述了生物炭与土壤的相互作用，包括其在改变土壤pH值、有机质含量、阳离子交换量和氧化还原电位等方面的环境效应，分析了这些效应与土壤重金属形态有效性的关系，展望了生物炭对污染土壤修复的研究方向，以期为生物炭技术的应用和推广提供参考。
关键词：生物炭；土壤；重金属；修复中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：16749944（2017）80102031引言土壤重金属污染是由于人类活动导致土壤中重金属含量升高，超出正常范围，造成土壤质量退化与环境恶化的现象。
汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的元素被称为重金属污染中的“五毒” [1]，它们通过不同的途径进入环境中，即使浓度很小，也可在生物体内积累，产生食物链浓缩，危害人类的身体健康。
目前，我国不少地区都遭受着重金属污染的危害，其对粮食作物产生不良影响，时常发生农产品重金属超标事件，国内外都在积极研究有效的重金属污染修复方法，国内外常用的方法有物理修复、化学修复、生物修复、农艺措施修复等 [2]。
利用生物炭作为改良剂，施入污染土壤中，改变土壤的理化性质，属于化学修复方法。
生物炭是生物质在供氧不足条件下发生不完全燃烧热裂解后所形成的产物[3]。
目前已有研究证明，生物炭有良好的结构基础、较大的比表面积以及吸附力，因此它是一种良好化学钝化修复剂，可用于土壤重金属污染修复。
通过吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应[4]，使有效态重金属向稳定化形态转化，降低重金属的有效性，修复污染土壤。
2土壤中的重金属赋存形态土壤中重金属的生物有效性不同，对植物的毒害和对环境的污染程度也有所不同，它们与重金属元素在土壤中存在的形态和含量有关 [5]。
生物炭修复重金属污染土壤研究进展
生物炭修复重金属污染土壤研究进展司马小峰，孟玉，沈贤城，李堃，于鹏㊀（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽合肥２３００５１）摘要㊀作为一种经济有效的土壤原位修复材料，生物炭可以通过对土壤重金属的固定与转化，降低重金属的生物有效性㊂生物炭与植物㊁动物㊁微生物或其他类型材料联合使用对重金属污染土壤进行修复，不仅能提高污染的修复效率，还能增强污染修复效果的稳定性㊂探讨了生物炭单一修复对土壤理化性质及土壤重金属的影响，并综述了生物炭与其他技术联合修复重金属污染土壤相关的研究进展，展望了未来的研究趋势㊂关键词㊀生物炭；重金属；污染土壤；联合技术；原位修复中图分类号㊀Ｘ５３㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２２）１２－００３１－０３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２２．１２．００７㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＢｉｏｃｈａｒＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌＣｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄＳｏｉｌＳＩＭＡＸｉａｏ⁃ｆｅｎｇ，ＭＥＮＧＹｕ，ＳＨＥＮＸｉａｎ⁃ｃｈｅｎｇｅｔａｌ㊀（ＡｎｈｕｉＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ２３００５１）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ａｓａｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ，ｂｉｏｃｈａｒｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｔｈｒｏｕｇｈｆｉｘａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｓｏｉｌ．Ｂｉｏｃｈａｒｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｌａｎｔ，ａｎｉｍａｌｓ，ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｏｒｏｔｈｅｒｔｙｐｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍ⁃ｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｂｕｔａｌｓｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｉｎｇｌｅｏｎｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｉｔｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｂｉｏｃｈａｒ；Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ；Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ；Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｉｎ⁃ｓｉｔｕｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ作者简介㊀司马小峰（１９８６ ），男，湖北公安人，高级工程师，博士，从事重金属污染土壤原位修复研究㊂收稿日期㊀２０２２－０１－１１㊀㊀随着矿产开采㊁金属冶炼㊁化工生产㊁污水灌溉等人类生产活动的进行，土壤重金属污染日益严重㊂据２０１４年发布的‘全国土壤污染状况调查公报“公开数据，全国土壤总的点位超标率为１６．１％，主要污染物为无机污染物，其中镉㊁汞㊁砷㊁铜㊁铅㊁铬㊁锌㊁镍８种重金属超标率分别为７．０％㊁１．６％㊁２．７％㊁２．１％㊁１．５％㊁１．１％㊁０．９％㊁４．８％［１］㊂重金属污染不仅会降低土壤肥力及作物产量，而且会通过生物积聚㊁生物放大作用威胁人类健康，并破坏生态环境［２］，所以，解决土壤的重金属污染问题刻不容缓㊂近年来，生物炭的炭封存效应引起了广泛关注，同时生物炭也开始用于土壤污染修复，其孔隙率高㊁比表面积大等特点，使其有极强的吸附能力，能够降低土壤中重金属生物毒性［３］，且生物炭制备来源广泛，制备方式简单，在土壤污染修复方面具有巨大潜力㊂１㊀生物炭修复技术生物炭是生物质（如木头㊁粪便㊁树叶等）在缺氧或限氧且相对低温（＜７００ħ）条件下加热制得的富含碳的固体残渣［４］㊂生物炭主要成分是烷基和芳香结构，组成元素主要为Ｃ㊁Ｈ㊁Ｏ等，且含有Ｎ㊁Ｐ㊁Ｋ等植物生长所需的营养物质，具有较高的ｐＨ和阳离子交换能力，可以改善土壤肥力㊁促进作物生长㊂另外，生物炭颗粒具有大量微孔结构和丰富的含氧官能团，从而降低土壤重金属的迁移性和生物有效性，因此，利用生物炭修复土壤重金属污染得到了越来越多的关注［５－６］㊂１．１㊀对重金属的吸附固定作用㊀生物炭对土壤中重金属的吸附固定机理比较复杂㊂部分学者认为生物炭对重金属以物理吸附为主，由于生物炭具有高比表面积和多孔结构，重金属离子会被吸附至生物炭表面或扩散进入孔隙内［７］㊂Ｂｅｅｓｌｅｙ等［８］也认为生物炭降低Ａｓ㊁Ｃｄ和Ｚｎ等重金属离子的迁移和生物有效性主要依靠物理吸附，这种物理吸附主要源于分子间力，故这种吸附可能是可逆的［７］㊂相关研究发现［９］，低温热解制备的生物炭对重金属离子的固定主要依靠静电作用，这主要是由于低温条件热解制备的生物炭表面有更多含氧官能团，使其带有更多的负电荷，通过静电吸引力降低了重金属离子的移动性㊂沉淀作用也是生物炭固定重金属的重要机理，生物炭的ｐＨ普遍较高，在土壤中会促进重金属离子生成金属氢氧化物㊁金属磷酸盐或碳酸盐沉淀㊂Ｊｉａｎｇ等［１０］发现加入稻秸秆生物炭使土壤ｐＨ上升，土壤生成氢氧化物沉淀，且生物炭对氢氧化物的吸附力更大，进一步降低了土壤中的重金属移动性㊂Ｃａｏ等［１１］也通过ＸＲＤ和ＦＴＩＲ表征方式证明了乳制品生物炭对土壤中Ｐｂ去除主要是由于生成磷酸盐与碳酸盐沉淀，且沉淀在总吸附作用中占比达到８４％ ８７％㊂此外，生物炭表面含氧官能团也能通过离子交换和络合作用参与重金属离子的吸附固定［１２－１３］㊂１．２㊀改变土壤性质与环境㊀生物炭在土壤中不仅可以直接与重金属离子发生反应，还可以通过改变土壤的生物化学性质影响土壤重金属的迁移性与生物有效性㊂生物炭的添加主要会影响土壤ｐＨ㊁有机质㊁阳离子交换量（ＣＥＣ）㊁持水能力及微生物群落等㊂生物炭含有的碱性物质会导致土壤ｐＨ升高，降低酸可提取态重金属的含量，进而降低其生物有效性［１４］㊂生物炭含有的矿物质会导致土壤阳离子交换容量升高，从而提高其对重金属的静电作用，更容易发生络合，促进重金属在土壤中的吸附［１５－１６］㊂大量研究表明，生物炭的添加会提高土壤有机质含量［１７－１８］，其表面官能团会与重金属形成金属络（螯）合物，从而影响重金属在土壤中的迁移［１９］㊂生物炭添加还会导致土壤可溶性磷含量提高，与Ｃｄ㊁Ｐｂ㊁Ｚｎ等重金属形成磷酸盐难溶性物质，促进对重金属的固定［２０］㊂安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２２，５０（１２）：３１－３３㊀㊀㊀２㊀生物炭联合修复技术单一使用生物炭修复土壤存在一定的局限性，所以生物炭的联合修复逐渐兴起，将生物炭与植物㊁微生物㊁动物和其他添加物联合使用，可降低土壤重金属的生物有效性，缩短重金属污染土壤的修复周期㊂２．１㊀生物炭与植物联合使用㊀植物修复技术是指利用植物生长特性对土壤重金属进行吸收和富集，并通过收割植物实现土壤重金属的转移㊂该技术具有治理成本低㊁土壤微生态影响小等优点，但是存在修复周期长㊁适应性弱及重金属植物毒害影响等局限性㊂生物炭的添加不仅对土壤重金属有一定的钝化作用，而且可以提高土壤肥力㊁改善土壤结构，缓解重金属对植物生长的毒害㊂生物炭与植物修复联合用于土壤重金属修复时，生物炭不仅能通过吸附固定作用降低重金属的生物有效性，缓解重金属对植物的毒性，还能提供营养物质促进植物生长，从而有效修复土壤重金属㊂王玺洋等［２１］研究了稻秆炭与巨菌草联合修复铜㊁镉复合污染土壤，发现稻秆生物炭的施用不仅提高了巨菌草的成活率和其地上部分的生物量，也提升了巨菌草的地上部分对Ｃｕ㊁Ｃｄ的富集量，土壤有效态Ｃｕ㊁Ｃｄ含量显著降低㊂董双快等［２２］的研究也表明，土壤中过高浓度的Ｃｄ和Ｐｂ会抑制苏丹草的生长，而生物炭的添加能缓解这种抑制作用，并促进土壤对Ｃｄ和Ｐｂ的固持能力㊂然而，有研究发现这种协同促进作用与生物炭的添加量相关，刘蕾等［２３］发现采用麦秸秆生物炭㊁玉米秸秆生物炭和黑麦草联合修复镉污染土壤时，生物炭的添加可以提高黑麦草对土壤中镉的吸收效果，但过量添加反而会使镉固定在土壤中，这与笔者前期的相关研究结论类似［２４］㊂２．２㊀生物炭－微生物联合修复技术㊀在重金属污染土壤中，部分微生物可以分泌一些特殊蛋白与重金属生成螯合物，或通过铁载体络合作用降低重金属的生物毒性，从而实现重金属污染土壤的修复［２５］㊂然而，游离微生物在污染土壤中极易遭受不良环境的影响，导致修复效果不佳，生物炭表面的孔隙结构可能成为微生物的庇护所，添加至土壤中能改善土壤的通气条件㊁ｐＨ和保水能力，并提高土壤矿物质和有机物等含量，进而改善微生物栖息环境，促进土壤微生物丰度和数量的增加［２６－２７］㊂任晓斌等［２８］通过室内盆栽试验探究了光合细菌和生物炭对土壤铬污染的修复效果，修复３０ｄ后，联合修复后土壤中铬的生物可利用性较单一光合细菌和生物炭修复分别降低了８．０３％和９．１１％，土壤中的过氧化氢酶㊁脲酶㊁转化酶和碱性磷酸酶活性均显著增高，极大地促进了铬胁迫下小白菜植株生长，同时还大幅度降低了小白菜根系及地上部分的铬含量㊂龚诚君等［２９］研究发现，产吲哚乙酸菌与生物炭联合修复Ｎｉ和Ｃｄ污染土壤效果较好，土壤中重金属有效态的固定能力高于二者单独修复，小白菜的生长鲜重为３８．９４ｇ，也远高于二者单独修复的９．９７ｇ和５．８６ｇ，这可能是生物炭缓解了Ｃｄ㊁Ｎｉ对菌株的毒害作用，同时，其孔隙结构和营养元素为菌株生长提供了良好的环境，进而使得产吲哚乙酸菌保持较高的活性㊂李琋等［３０］利用生物炭负载微生物修复石油烃－镉复合污染土壤的试验也得到了相似结论，生物炭固定化微生物使土壤中的可交换态镉含量显著降低，且明显低于单独添加生物炭和游离微生物，此外，固定化微生物可显著增加土壤细菌数量㊁土壤脱氢酶活性㊁过氧化氢酶活性以及多酚氧化酶活性㊂Ｚｈａｎｇ等［３１］研究了内生菌㊁生物炭和植物３种方式协同强化固定化修复镉污染土壤，他们发现３种方式联合使用具有显著的植物促生效果，能显著降低土壤镉含量及有效态含量㊂２．３㊀生物炭－动物联合修复技术㊀目前，生物炭与动物联合修复技术主要为蚯蚓相关的研究㊂蚯蚓广泛存在于土壤中，是典型的无脊椎动物，其体内含有的微生物能增加土壤微生物量，并提高重金属的生物有效性［３２］㊂苏倩倩等［３３－３４］研究发现，蚯蚓与生物炭联合修复后，土壤的水溶态Ａｓ含量明显低于蚯蚓或生物炭单独修复，蚯蚓的引入增加了变形菌门的相对丰度，而变形菌门与土壤水溶态Ａｓ含量呈显著负相关，即变形菌门可能参与了土壤Ａｓ的转化与固定，此外，生物炭添加后蚯蚓体内富集的Ａｓ含量显著增加，且蚯蚓存活率没有明显变化㊂２．４㊀生物炭－其他材料联合修复技术㊀近年来有研究人员开始将生物炭与其他材料联合用于土壤重金属修复㊂余红等［３５］将生物炭和堆肥产品联合用于土壤汞污染修复，结果显示，生物炭和堆肥产品联合修复时，汞的生物有效性下降６１．８％，明显优于生物炭或堆肥产品单独施用的修复效果，发现堆肥过程促进了生物炭表面活性基团的形成，同时生物炭促进了堆肥过程中腐殖质的形成，而腐殖质通过阳离子交换㊁吸附㊁形成配位化合物等方式进一步改变重金属的赋存形态［３６］㊂赵首萍等［３７］研究发现，石灰与生物炭联合使用对土壤镉有效态的降低发挥了叠加作用，对土壤理化性质的改善作用明显优于石灰或生物炭单独使用，并大幅度降低水稻中Ｃｄ含量㊂肖亮亮等［３８］研究发现，麦饭石的添加也能促进生物炭的修复效果，二者联合施用后，Ｃｄ的弱酸提取态显著降低，残渣态明显增加，主要原因是麦饭石在短时间提高了土壤ｐＨ，与生物炭提供的有机质共同作用促进了土壤重金属的吸附固定与沉淀作用㊂３㊀展望生物炭原位修复具有良好的生态和经济效益，但是单一的生物炭修复存在局限性，针对生物炭修复存在的问题，目前已有较多生物炭相关的联合技术研究，在一定程度上提高了修复效率，但仍然存在各种问题㊂如何进一步改善生物炭修复效果，提高修复效率，可以从以下几个方面进一步深入研究㊂①生物炭可以降低土壤重金属的生物有效性，但存在活化形成二次污染的风险，通过超富集植物可将重金属富集而从土壤移除，且经济环保，具有较好应用前景㊂但是需要进一步寻找生长周期短㊁环境适应能力强㊁且对多种重金属富集效率高的超富集植物㊂②将生物炭修复与植物㊁转基因㊁微生物㊁农艺措施等相结合，进一步提高重金属修复效率㊂③改性生物炭在土壤重金属修复方面相关研究也较多，２３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２２年未来可考虑针对与其他技术联合修复进行定向改性研究㊂④目前大部分的试验仍在实验室或小型田间进行，大规模田间试验将是后续研究的重点方向㊂参考文献［１］环境保护部，国土资源部．全国土壤污染状况调查公报［Ｒ］．２０１４．［２］李富荣，王琳清，李文英，等．水芹对重金属的吸收累积及其应用研究进展［Ｊ］．生态环境学报，２０２１，３０（１２）：２４２３－２４３０．［３］常春英，曹浩轩，陶亮，等．固化／稳定化修复后土壤重金属稳定性及再活化研究进展［Ｊ］．土壤，２０２１，５３（４）：６８２－６９１．［４］ＬＥＨＭＡＮＮＪ，ＪＯＳＥＰＨＳ．Ｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｍ］．２ｎｄｅｄ．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｒｏｕｔｌｅｄｇｅ，２０１５．［５］鲁秀国，过依婷，奉向东．生物炭对土壤中重金属作用及影响研究进展［Ｊ］．应用化工，２０１８，４７（４）：７７５－７７９．［６］兰玉顺，刘维娜，王丹，等．施用典型有机固废生物炭对土壤重金属生物有效性的影响［Ｊ］．环境工程学报，２０２１，１５（８）：２７０１－２７１０．［７］王宏胜，唐朝生，巩学鹏，等．生物炭修复重金属污染土研究进展［Ｊ］．工程地质学报，２０１８，２６（４）：１０６４－１０７７．［８］ＢＥＥＳＬＥＹＬ，ＩＮＮＥＨＯＳ，ＮＯＲＴＯＮＧＪ，ｅｔａｌ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｓｔａｎｄｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｏｘｉｃｉｔｙｏｆｍｅｔａｌｓａｎｄａｒｓｅｎｉｃｉｎａｎａｔｕｒａｌｌｙｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｍｉｎｅｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕ⁃ｔｉｏｎ，２０１４，１８６：１９５－２０２．［９］贾明云，王芳，卞永荣，等．秸秆生物质炭吸附溶液中Ｃｕ２＋的影响因素研究［Ｊ］．土壤，２０１４，４６（３）：４８９－４９７．［１０］ＪＩＡＮＧＪ，ＸＵＲＫ，ＪＩＡＮＧＴＹ，ｅｔａｌ．ＩｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｕ（ＩＩ），Ｐｂ（ＩＩ）ａｎｄＣｄ（ＩＩ）ｂｙｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｔｏａｓｉｍｕｌａｔｅｄｐｏｌｌｕ⁃ｔｅｄＵｌｔｉｓｏｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２２９／２３０：１４５－１５０．［１１］ＣＡＯＸＤ，ＭＡＬＮ，ＧＡＯＢ，ｅｔａｌ．Ｄａｉｒｙ⁃ｍａｎｕｒｅｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅ⁃ｌｙｓｏｒｂｓｌｅａｄａｎｄａｔｒａｚｉｎｅ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，４３（９）：３２８５－３２９１．［１２］ＤＯＮＧＸＬ，ＭＡＬＱ，ＺＨＵＹＪ，ｅｔａｌ．ＭｅｃｈａｎｉｓｔｉｃｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｙｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙＢｒａｚｉｌｉａｎｐｅｐｐｅｒｂｉｏｃｈａｒｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｙｒｏｌｙｔｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｂａｓｅｄｏｎＸ⁃ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｆｌｏｗｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，４７（２１）：１２１５６－１２１６４．［１３］ＳＵＮＪＫ，ＬＩＡＮＦ，ＬＩＵＺＱ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｃｈａｒｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｖａｒｉｏｕｓｃｒｏｐｓｔｒａｗｓ：ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＣｄ（ＩＩ）ｒｅｍｏｖａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．Ｅｃｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ＆ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓａｆｅｔｙ，２０１４，１０６（２）：２２６－２３１．［１４］李江遐，吴林春，张军，等．生物炭修复土壤重金属污染的研究进展［Ｊ］．生态环境学报，２０１５，２４（１２）：２０７５－２０８１．［１５］杨惟薇，张超兰，曹美珠，等．４种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究［Ｊ］．水土保持学报，２０１５，２９（１）：２３９－２４３．［１６］张迪，胡学玉，柯跃进，等．生物炭对城郊农业土壤镉有效性及镉形态的影响［Ｊ］．环境科学与技术，２０１６，３９（４）：８８－９４．［１７］ＳＭＥＢＹＥＡ，ＡＬＬＩＮＧＶ，ＶＯＧＴＲＤ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔｔｏｓｏｉｌｃｈａｎｇｅｓｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏ⁃ｓｐｈｅｒｅ，２０１６，１４２：１００－１０５．［１８］张华纬，甄华杨，岳士忠，等．水稻秸秆生物炭对污染土壤中镉生物有效性的影响［Ｊ］．生态环境学报，２０１７，２６（６）：１０６８－１０７４．［１９］曹人升，范明毅，黄先飞，等．金沙燃煤电厂周围土壤有机质与重金属分析［Ｊ］．环境化学，２０１７，３６（２）：３９７－４０７．［２０］牛晓丛，何益，金晓丹，等．酵素渣和秸秆生物炭钝化修复重金属污染土壤［Ｊ］．环境工程，２０１８，３６（１０）：１１８－１２３．［２１］王玺洋，辛在军，李晓晖，等．稻秆炭与巨菌草联合对铜镉污染土壤的修复［Ｊ］．农业环境科学学报，２０２１，４０（１）：７４－８２．［２２］董双快，朱新萍，梁胜君，等．添加生物炭对苏丹草修复Ｃｄ㊁Ｐｂ污染土壤的影响［Ｊ］．新疆农业大学学报，２０１６，３９（３）：２３３－２３８．［２３］刘蕾，王淑晴，黄子玲，等．生物炭联合黑麦草修复镉污染土壤研究［Ｊ］．河南工程学院学报（自然科学版），２０２１，３３（１）：４３－４７，５３．［２４］司马小峰，孟玉，吴东彪，等．生物炭－超富集植物联合修复镉污染土壤的研究［Ｊ］．安徽农业科学，２０２１，４９（６）：８０－８４．［２５］杨雍康，药栋，李博，等．微生物群落在修复重金属污染土壤过程中的作用［Ｊ］．江苏农业学报，２０２０，３６（５）：１３２２－１３３１．［２６］ＺＨＥＮＧＨ，ＷＡＮＧＸ，ＬＵＯＸＸ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｃｈａｒ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｎｅｇａｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｉｍｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｉｎａｃｏａｓｔａｌｗｅｔｌａｎｄｓｏｉｌ：Ｒｏｌｅｓｏｆｓｏｉｌａｇ⁃ｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１０／６１１：９５１－９６０．［２７］ＹＵＡＮＰ，ＷＡＮＧＪＱ，ＰＡＮＹＪ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｔｈｅｍａｎａｇｅ⁃ｍｅｎｔｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ：Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔ［Ｊ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６５９：４７３－４９０．［２８］任晓斌，白红娟，卫燕红，等．光合细菌和生物炭对污染土壤中铬的稳定化效果及小白菜生长的影响［Ｊ］．农业环境科学学报，２０２１，４０（１０）：２１４１－２１４９．［２９］龚诚君，周昕霏，杨昳，等．产ＩＡＡ菌与生物炭对镍和镉复合污染土壤的修复［Ｊ］．环境科学与技术，２０２１，４４（５）：１４０－１４７．［３０］李琋，王雅璇，罗廷，等．利用生物炭负载微生物修复石油烃－镉复合污染土壤［Ｊ］．环境工程学报，２０２１，１５（２）：６７７－６８７．［３１］ＺＨＡＮＧＸ，ＹＵＪＬ，ＨＵＡＮＧＺＬ，ｅｔａｌ．ＥｎｈａｎｃｅｄＣｄｐｈｙｔｏｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅｂａｃｔｅｒｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＲｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａＬ．ｂｙｅｎｄｏ⁃ｐｈｙｔｅＥｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＹＧ⁃１４ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｌｕｄｇｅｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ／ＯＬ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２１，７８７［２０２１－０７－２８］．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０２１．１４７６６０．［３２］成杰民，俞协治．蚯蚓在植物修复铜㊁镉污染土壤中的作用［Ｊ］．应用与环境生物学报，２００６，１２（３）：３５２－３５５．［３３］苏倩倩，李莲芳，朱昌雄，等．蚯蚓／改性生物炭对Ａｓ污染红壤的稳定化效应［Ｊ］．农业环境科学学报，２０２１，４０（５）：９９９－１００７．［３４］杨生权．蚯蚓与生物质炭联合作用对土壤吸附铅的影响［Ｊ］．山西农业科学，２０１８，４６（２）：２４６－２５０．［３５］余红，檀文炳．生物炭和堆肥产品施用对水稻体系中汞生物有效性的影响［Ｊ］．环境生态学，２０２１，３（２）：４７－５２．［３６］罗高节，黄志宏．生物炭和腐殖质联合修复重金属污染土壤研究进展［Ｊ］．河南科技学院学报（自然科学版），２０１８，４６（６）：５－１０．［３７］赵首萍，陈德，叶雪珠，等．石灰㊁生物炭配施硅／多元素叶面肥对水稻Ｃｄ积累的影响［Ｊ］．水土保持学报，２０２１，３５（６）：３６１－３６８．［３８］肖亮亮，丁园．药渣生物炭联合麦饭石对铜镉污染土壤修复研究［Ｊ］．环境科学与技术，２０１９，４２（２）：１４５－１５０．３３５０卷１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀司马小峰等㊀生物炭修复重金属污染土壤研究进展。
生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展
生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展梁慧，李如美，朱钰晓，刘同金，李瑞娟，房锋∗㊀（山东省农业科学院植物保护研究所，山东济南２５０１００）摘要㊀土壤中重金属和有机物污染既造成巨大经济损失，又严重威胁人类健康㊂生物炭作为来源广泛㊁制备简单，比表面积大㊁表面官能团丰富㊁孔隙结构发达的材料，被广泛应用于农业㊁生态修复和环境保护领域㊂从生物炭的来源与制备工艺㊁对污染物的吸附机理㊁影响因素以及在土壤重金属和有机物污染修复中的应用现状等方面进行了综述，同时对生物炭材料在土壤污染修复中的研究重点进行了展望，为生物炭在土壤污染修复中的应用提供参考㊂关键词㊀生物炭；重金属；有机物；土壤修复中图分类号㊀Ｘ５３㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２４）０６－００１７－０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０６．００４㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＢｉｏｃｈａｒｆｏｒＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌａｎｄＩｎｏｒｇａｎｉｃＰｏｌｌｕｔａｎｔｉｎＳｏｉｌＬＩＡＮＧＨｕｉ，ＬＩＲｕ⁃ｍｅｉ，ＺＨＵＹｕ⁃ｘｉａｏｅｔａｌ㊀（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉｎａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２５０１００）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｉｎｓｏｉｌｎｏｔｏｎｌｙｃａｕｓｅｓｈｕｇｅｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｓｅｒｉｏｕｓｌｙｔｈｒｅａｔｅｎｓｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈ．Ｂｉｏｃｈａｒｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｉｍ⁃ｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｒｉｃｈｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｉｏｃｈａｒ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｎｄｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｒｅ⁃ｍｅｄｉａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｃｈａｒｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｇ⁃ｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｉｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆ⁃ｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｒｉｃｈｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｎｄｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｂｉｏｃｈａｒ；Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ；Ｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ；Ｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ基金项目㊀山东省农业科学院农业科技创新工程项目（ＣＸＧＣ２０２１Ｂ１３）㊂作者简介㊀梁慧（１９８４ ），女，山东泰安人，助理研究员，博士，从事污染修复与农产品安全研究㊂∗通信作者，副研究员，从事农药科学使用与残留检测㊁作物病虫草害综合防控研究㊂收稿日期㊀２０２３－０４－２４㊀㊀随着现代工农业生产的快速发展，大量的无机㊁有机类污染物进入土壤环境中㊂根据２０１４年公布的全国土壤污染状况调查［１］，受无机（镉㊁砷㊁铅等）和有机物（滴滴涕㊁多环芳烃等）污染的耕地面积约占全国耕地总面积的１／５，直接导致了严重的粮食污染与减产，造成了巨大的经济损失㊂重金属㊁农药㊁抗生素及多环芳烃是无机和有机类污染物的典型代表，来源广泛且能在土壤中长期存在㊂由于常具有致突变㊁致畸㊁致癌效应和较高的生物累积性，这些土壤污染物的扩散不仅会破坏生态平衡㊁污染环境，还可以通过食物链途径危害人体健康㊂因此，重金属和有机物污染土壤的修复引起了众多研究者的关注㊂土壤中施用生物炭能够改善土壤环境，降低环境风险，并能提高粮食产量，因而生物炭技术受到广泛关注㊂生物炭原料来源丰富，制备工艺相对简单，具有比表面积大㊁含氧官能团丰富㊁孔隙结构发达㊁导电性良好等特点［２－３］，可作为一种经济高效的吸附剂用于治理土壤中的无机和有机污染物㊂该研究对生物炭的来源与制备工艺㊁与土壤中重金属和有机污染物的作用机理进行了综述，总结了生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用现状，为生物炭在土壤污染修复中的应用提供参考㊂１㊀生物炭的来源及制备工艺生物炭通常由生物质在缺氧或限氧情况下，经高温热解产生，是一类多孔㊁稳定㊁芳香度高㊁富含碳素的固态物质［４］㊂由于其具有较高的化学稳定性㊁优异的吸附能力和良好的环境相容性等特点，被视为一种性能优良的土壤污染修复材料［５］㊂生物炭来源广泛，根据原料来源不同，主要有植物源生物炭（木头㊁树叶㊁秸秆㊁稻壳等生物炭）㊁动物源生物炭（动物粪便生物炭）和污泥生物炭㊂研究发现，原料来源㊁制备条件对生物炭的理化性质及吸附能力影响显著㊂一般来说，植物源生物炭的比表面积更大，吸附性能和重金属固定性能更高，而动物粪便生物炭含有更多的钙㊁磷㊁钾等微量元素［６］㊂除高温热解外，生物炭还可由水热法碳化制得㊂水热碳化是在相对较高（２ １０ＭＰａ）的压力下，将生物质在热水（１８０ ２８０ħ）中转化为生物炭的方法㊂与热解生物炭相比，水热生物炭表面含有更多的含氧官能团和阳离子交换量，对土壤污染物具有更好的吸附性能［７］㊂２㊀生物炭修复土壤污染的机理２．１㊀生物炭修复重金属污染土壤的机理㊀生物炭孔隙结构发达，比表面积大，阳离子交换量高，并含有丰富的含氧基团［８］，对重金属污染土壤有良好的修复效果㊂大量研究表明，生物炭对重金属污染土壤的修复机理较为复杂，主要通过物理吸附㊁静电吸引㊁离子交换㊁表面络合㊁共沉淀等多种途径稳定重金属，实现土壤中重金属的钝化［９］㊂安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２４，５２（６）：１７－２０㊀㊀㊀物理吸附主要是通过范德华力将重金属吸附在生物炭表面或分散进孔隙中，因此生物炭的吸附能力受其孔隙结构和比表面积制约㊂原料来源㊁制备工艺对生物炭的孔隙结构和比表面积有着重要的影响㊂Ｎｚｅｄｉｅｇｗｕ等［１０］研究表明，５００ħ下热解，秸秆生物炭的比表面积为３．２ｍ２／ｇ，动物粪便生物炭为９．７ｍ２／ｇ，而锯末生物炭可达４３．０ｍ２／ｇ；并且，生物炭表面的官能团丰度也随着热解温度的升高而降低㊂Ｃａｏ等［１１］研究了不同热解温度下制备的牛粪生物炭，发现生物炭的比表面积随热解温度的升高而增大，在高温下热解制得的生物炭比低温时的微孔数量和比表面积都要大得多，而在低温生物炭却含有更多的含氧官能团，这与Ｎｚｅｄｉｅｇｗｕ等［１０］的研究发现一致㊂Ｚｈａｎｇ等［１２］测试了不同热解温度生物炭对Ｐｂ的固定能力，发现７００ħ制得的生物炭是４００ħ的９倍㊂生物炭表面所带电荷与带相反电荷的重金属离子之间的静电吸引是生物炭固定重金属的另一重要机制㊂静电吸引机理主要依赖于生物炭的ｚｅｔａ电位和土壤ｐＨ，生物炭的ｚｅｔａ电位通常为负值，表明生物炭表明带负电荷，因此容易与带正电荷的重金属离子（Ｈｇ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｒ３＋等）发生静电吸附；然而土壤ｐＨ较低易引起官能团质子化而致使生物炭带正电，此时生物炭对阴离子具有较强的静电引力，如ＨＡｓＯ２－４㊁Ｃｒ２Ｏ２－７和Ｓｂ（ＯＨ）－６等更容易被吸附［１３］㊂生物炭表面的离子与含相同电荷的重金属离子进行交换从而固定重金属的过程即为离子交换㊂离子交换能力与生物炭表面官能团的性质㊁离子半径及带电性质紧密相关［１４］㊂研究表明，采用枣籽生物炭吸附Ｃｕ（Ⅱ）和Ｎｉ（Ⅱ），离子交换可占Ｃｕ（Ⅱ）㊁Ｎｉ（Ⅱ）总吸附量的６９％和７２％，同时同样电荷量的Ｎａ＋㊁Ｋ＋㊁Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋被释放出来［１５］㊂周雅兰等［１６］在污泥生物炭对Ｃｄ（Ⅱ）的吸附研究中，发现溶液中Ｎａ＋㊁Ｋ＋㊁Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋浓度随Ｃｄ（Ⅱ）初始质量浓度的增加而增加，说明Ｃｄ（Ⅱ）的去除是通过离子交换实现的㊂生物炭表面的羟基㊁羰基㊁羧基等含氧基团可与土壤中的重金属离子发生络合作用，形成金属配合物㊂Ｗａｎｇ等［１７］研究发现，在吸附Ｃｒ（Ⅵ）后玉米秸秆生物炭的Ｃ―Ｃ／Ｃ―Ｈ㊁Ｃ―Ｏ―Ｃ及Ｏ＝Ｃ―Ｏ等键含量发生了不同程度的改变，说明表面络合对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附起着重要的作用㊂同样的，莫官海等［１８］在去除Ｕ（Ⅵ）时，吸附后的生物炭羟基㊁羧基等基团出现峰位迁移，验证了生物炭表面的含氧基团与重金属发生了络合反应㊂生物炭中的ＣＯ２－３㊁ＰＯ３－４㊁ＳＯ２－４㊁ＯＨ－等矿物组分易与重金属阳离子结合形成不溶于水的沉淀物，促进重金属的吸附和固定［１９］㊂例如，稻秆生物炭中ＣＯ２－３的Ｃ２Ｏ２－４和可与Ｐｂ分别形成Ｐｂ３（ＣＯ３）２（ＯＨ）２和ＰｂＣ２Ｏ４沉淀，是固定Ｐｂ的主要机制［２０］㊂研究发现，生物炭表面的酚羟基也能够促进重金属形成共沉淀，以提高重金属的固定效率［２１］㊂２．２㊀生物炭修复有机物污染土壤的机理㊀土壤中的有机污染物主要有农药㊁抗生素和多环芳烃等，生物炭主要通过静电吸引㊁孔隙填充㊁π－π相互作用㊁分配作用和氢键等途径去除土壤中有机污染物［２２］㊂与吸附重金属离子类似，孔隙结构㊁比表面积和表面官能团也是影响生物炭对有机污染物吸附的重要因素㊂研究表明，增大比表面积㊁提高含氧基团的丰度后，稻壳生物炭对四环素的吸附量提升了１倍，且主要是π－π相互作用增强引起的［２３］；而提高污泥生物炭的孔隙率，能够有效降低空间位阻效应，增强孔隙填充作用从而促进对四环素的吸附［２４］㊂Ｚｈｅｎｇ等［２５］认为，质子化作用能够有效增强有机污染物与生物炭表面负电荷的静电吸引，因此生物炭经酸处理改性后，对莠去津的吸附能力得到显著提升㊂低温热解制备的生物炭对有机污染物的吸附多是分配作用，而高温热解生物炭则是表面静电吸附和分配作用共同作用［２６］㊂Ｃｈｅｎ等［２７］探讨了多环芳烃在松叶生物炭上的吸附机理，当热解温度较低时，生物炭中无定形的有机质含量丰富，对多环芳烃的吸附以分配作用为主；当热解温度升高，生物炭中芳香碳结构增多，表面静电吸附起主导作用㊂氢键是指氢原子与电负性大的原子之间以共价键结合，低温热解生物炭或水热生物炭表面含有较多的极性官能团，易与含极性官能团的有机污染物形成氢键，一般来说，生物炭表面的羟基中的氢为供体，有机物氮和氧为受体［２８］㊂Ｔａｎ等［２９］通过改性增加玉米秸秆生物炭表面的含氧官能团，阿特拉津与生物炭之间的π－π相互作用和Ｈ键作用得到增强，因而提升了对阿特拉津的吸附能力㊂除了吸附土壤污染物外，生物炭的应用还可显著改善土壤质量㊁提高土壤肥力和持水能力，同时有利于提升土壤微生物的种群数量和丰度，促进微生物对有机污染物的降解［３０］㊂３㊀生物炭在修复土壤污染领域中的应用现状生物炭用于修复土壤重金属污染已开展了大量的研究和应用㊂Ｂｉａｎ等［３１］将小麦秸秆生物炭施用在水稻田中，有效地固定了重金属镉，减少了水稻植株中的Ｃｄ含量，因而水稻呈现更好的生长态势㊂Ｍｏｏｒｅ等［３２］开展鸡粪生物炭固定铜离子的田间试验，发现土壤中施加５％的鸡粪生物炭时，９０％的可交换态铜能够得到有效固定；同时，该课题组研究发现，当生物炭的施用量为２０ｔ／ｈｍ２时，土壤中Ｃｄ含量最多可降低８９％，而用量为１０ｔ／ｈｍ２时最多只降低了６２％㊂因此，重金属的固定效果与生物炭的投加量有关㊂Ｇａｏ等［３３］制备的玉米秸秆生物炭可使土壤中可提取态Ｃｄ含量降低９１％，并有效缓解了Ｃｄ对植物生长的胁迫；对浸出前后生物炭的分析表明，钝化机理以离子交换和表面络合为主㊂Ｇｕｏ等［３４］提出，花生壳生物炭的施用使土壤有机质含量得到显著提升，土壤碱解氮（Ｎ）㊁速效磷（Ｐ）㊁速效钾（Ｋ）含量明显提高；同时，土壤中脲酶㊁磷酸酶㊁过氧化氢酶㊁蔗糖酶的活性，以及土壤中细菌㊁放线菌和真菌的数量都有明显的增加；研究还发现，施用花生壳生物炭降低了土壤中Ｃｒ的有效性，与对照组相比，不同处理下的根部和地上部分的Ｃｒ含量均有所降低㊂目前，生物炭用于修复土壤重金属污染的研究相对较８１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２４年多，而用于修复土壤有机物污染的研究相对较少，但呈逐年递增的趋势㊂Ｄｅｎｇ等［３５］采用热解法制得木薯生物炭，并开展对除草剂阿特拉津的吸附研究㊂结果表明，生物炭对阿特拉津的吸附量随着投加量增大而增大，当投加量增加到５％时，阿特拉津在木薯生物炭上的吸附量高达２４６ｍｇ／ｋｇ㊂因此，生物炭对土壤中除草剂有显著的固定作用，能够有效减少阿特拉津在土壤中的淋溶和迁移，进而降低除草剂在土壤中的浓度，修复土壤污染㊂同样，Ｓｐｏｋａｓ等［３６］的研究也证明，当土壤中的锯末生物炭含量达到５％时，可明显增加对乙草胺等除草剂的吸附，减少其淋溶和径流损失；同时研究结果还表明，锯末生物炭具有抗微生物降解的能力，是一种有效的固碳方式㊂李桂荣等［３７］开展生物炭与黑麦草联合修复Ｃｄ－芘复合污染土壤研究，发现当黑麦草种植密度合适，并投加适量的生物炭时，能够有效降低土壤中Ｃｄ和芘的含量，同时，土壤微生物群落的丰富度也得到显著提升㊂随着研究的深入，如吸附位点少㊁吸附能力有限等不足束缚了生物炭的进一步应用；但经过物理㊁化学或生物方法改性后，其孔隙体积㊁比表面积㊁表面官能团的种类和数量以及理化性质都有较大的改变㊂大量研究表明，改性后的生物炭具有更强的吸附能力和土壤修复能力㊂表１中列举了部分不同改性方法处理后的生物炭对土壤污染物的吸附情况，由表１可知，改性生物炭的吸附能力和土壤修能力得到极大的提升，但提升效果随污染物和改性方式的不同而有所差异㊂表１㊀不同改性方法生物炭对土壤污染物的吸附Ｔａｂｌｅ１㊀Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｂｙｂｉｏｃｈａｒｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ序号Ｎｏ．原料Ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ热解温度Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅʊħ改性方法Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ污染物Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ效果Ｅｆｆｅｃｔ参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ１松木６００氯化锰Ｐｂ２＋吸附速率提高１８倍［３８］２坚果壳６００氧化铁Ｃｄ２＋吸附量增加１０倍［３９］３玉米秸秆５００硫化钠Ｈｇ２＋吸附能力增强７６．９５％［２９］４稻壳５００聚乙烯亚胺Ｃｒ６＋吸附能力增强１８倍［４０］５木屑５００硫酸＋硝酸Ｃｕ２＋吸附能力增强８倍［４１］６稻壳４５０ ５００甲醇四环素吸附量增加１倍［２３］７玉米秸秆５００氢氧化钾阿特拉津吸附能力增强４６．３９％［２９］８稻壳５００磁性氧化铁菲吸附量可达９７．６ｍｇ／ｇ［４２］９坚果壳５００硝酸盐菲吸附能力增强１．９倍［４３］４㊀结论综述了生物炭的来源与制备工艺，总结了生物炭对土壤中重金属㊁有机物等污染物的去除机理，以及生物炭在土壤污染修复中的应用现状㊂生物炭在土壤修复中的应用，既可固定土壤中的污染物，又可提升土壤微生物的种群数量和丰度，改善土壤质量㊂总体来看，生物炭在土壤污染修复中发挥着越来越重要的作用㊂首先，生物炭用于土壤污染修复的研究大多处于实验室阶段，实际应用还有待开展；其次，多数研究局限于单一污染物的修复，对土壤复合污染的情况研究较少，机理难以明确；最后，生物炭的长期影响和负面影响也需受到重视㊂参考文献［１］环境保护部，国土资源部．全国土壤污染状况调查公报［Ｊ］．国土资源通讯，２０１４（８）：２６－２９．［２］ＹＡＡＳＨＩＫＡＡＰＲ，ＫＵＭＡＲＰＳ，ＶＡＲＪＡＮＩＳ，ｅｔａｌ．Ａｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅｂｉｏｃｈａｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｃｉｒｃｕｌａｒｂｉｏｅｃｏｎｏｍｙ［Ｊ］．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｐｏｒｔｓ，２０２０，２８：１－１５．［３］ＬＩＵＺＧ，ＺＨＡＮＧＦＳ．Ｒｅｍｏｖａｌｏｆｌｅａｄｆｒｏｍｗａｔｅｒｕｓｉｎｇｂｉｏｃｈａｒｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉ⁃ａｌｓ，２００９，１６７（１／２／３）：９３３－９３９．［４］ＨＡＭＩＤＹ，ＴＡＮＧＬ，ＳＯＨＡＩＬＭＩ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｔｏｒｅｄｕｃｅｃａｄｍｉｕｍｐｈｙｔｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｔｏｆｏｏｄｃｈａｉｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６６０：８０－９６．［５］ＷＥＢＥＲＫ，ＱＵＩＣＫＥＲＰ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１８，２１７：２４０－２６１．［６］宗大鹏，田稳，李韦钰，等．农林废弃物生物炭钝化典型土壤重金属的机制研究进展［Ｊ］．生态毒理学报，２０２３，１８（１）：２３２－２４５．［７］ＨＵＦＦＭＤ，ＫＵＭＡＲＳ，ＬＥＥＪＷ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｉｎｅｗｏｏｄ，ｐｅａｎｕｔｓｈｅｌｌ，ａｎｄｂａｍｂｏｏｂｉｏｍａｓｓｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓｐｒｏｄｕｃｅｄｖｉａｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１４，１４６：３０３－３０８．［８］ＭＡＮＤＡＬＳ，ＳＡＲＫＡＲＢ，ＢＯＬＡＮＮ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｃｈｒｏｍａｔｅｒｅ⁃ｄｕｃｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌｓｂｙｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１７，１８６：２７７－２８４．［９］ＱＩＮＰ，ＷＡＮＧＨＬ，ＹＡＮＧＸ，ｅｔａｌ．Ｂａｍｂｏｏ⁃ａｎｄｐｉｇ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓｒｅ⁃ｄｕｃｅｌｅａｃｈｉｎｇｌｏｓｓｅｓｏｆｄｉｂｕｔｙｌｐｈｔｈａｌａｔｅ，ｃａｄｍｉｕｍ，ａｎｄｌｅａｄｆｒｏｍｃｏ⁃ｃｏｎ⁃ｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２０１８，１９８：４５０－４５９．［１０］ＮＺＥＤＩＥＧＷＵＣ，ＡＲＳＨＡＤＭ，ＵＬＡＨＡ，ｅｔａｌ．Ｆｕｅｌ，ｔｈｅｒｍａｌａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅ⁃ｐｙｒｏｌｙｚｅｄｂｉｏｃｈａｒｓｄｅｐｅｎｄｏｎｆｅｅｄｓｔｏｃｋｔｙｐｅａｎｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，３２０：１－１１．［１１］ＣＡＯＸＤ，ＨＡＲＲＩＳＷ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄａｉｒｙ⁃ｍａｎｕｒｅ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｐｅｒｔｉ⁃ｎｅｎｔｔｏｉｔｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｓｅｉｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１０１（１４）：５２２２－５２２８．［１２］ＺＨＡＮＧＪＺ，ＨＯＵＤＹ，ＳＨＥＮＺＴ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｉｍｐｒｅｇｎａ⁃ｔｉｏｎ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎＭｇＯ⁃ｃｏａｔｅｄｗａｔｅｒ⁃ｍｅｌｏｎｒｉｎｄｂｉｏｃｈａｒａｎｄｉｔｓｌｅａｄｒｅｍｏｖａｌｃａｐａｃｉｔｙ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈ，２０２０，１８３：１－７．［１３］ＬＹＵＰ，ＬＩＬＦ，ＨＵＡＮＧＸＹ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅ⁃ｍａｇｎｅｔｉｃｂａｍｂｏｏｂｉｏｃｈａｒｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｅｄＣａＭｇＡｌｌａｙｅｒｅｄｄｏｕｂｌｅ⁃ｈｙｄｒｏｘｉｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：Ｈｉｇｈ⁃ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒｅ⁃ｍｏｖａｌｏｆＡｓ（ＩＩＩ）ａｎｄＣｄ（ＩＩ）ｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｎｄｉｎｓｉｇｈｔｉｎｔｏｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔ，２０２２，８２３：１－１４．［１４］黄安香，杨定云，杨守禄，等．改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展［Ｊ］．化工进展，２０２０，３９（１２）：５２６６－５２７４．［１５］ＭＡＨＤＩＺ，ＹＵＱＪ，ＥＬＨＡＮＡＮＤＥＨＡ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｎｉｃｋｅｌａｎｄｃｏｐｐｅｒｉｏｎｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｂｙｄａｔｅｓｅｅｄｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，６（１）：１１７１－１１８１．［１６］周雅兰，周冰．Ｆｅ浸渍污泥生物炭对含Ｃｄ（Ⅱ）废水的吸附性能研究［Ｊ］．工业水处理，２０２１，４１（５）：８０－８５．９１５２卷６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀梁慧等㊀生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展［１７］ＷＡＮＧＫ，ＳＵＮＹＢ，ＴＡＮＧＪＣ，ｅｔａｌ．ＡｑｕｅｏｕｓＣｒ（ＶＩ）ｒｅｍｏｖａｌｂｙａｎｏ⁃ｖｅｌｂａｌｌｍｉｌｌｅｄＦｅＯ－ｂｉｏｃｈａｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：Ｒｏｌｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｃａｐａｃｉｔｙｕｎｄｅｒｈｉｇｈｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２０２０，２４１：１－１１．［１８］莫官海，谢水波，曾涛涛，等．污泥基生物炭处理酸性含Ｕ（Ⅵ）废水的效能与机理［Ｊ］．化工学报，２０２０，７１（５）：２３５２－２３６２．［１９］ＹＡＮＧＸ，ＺＨＡＮＧＳＱ，ＪＵＭＴ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏ⁃ｃｈａｒｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｓ，２０１９，９（７）：１－２５．［２０］ＴＡＮＺＸ，ＬＩＮＣＳＫ，ＪＩＸＹ，ｅｔａｌ．Ｒｅｔｕｒｎｉｎｇｂｉｏｃｈａｒｔｏｆｉｅｌｄｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄｓｏｉｌｅｃｏｌｏｇｙ，２０１７，１１６：１－１１．［２１］ＥＬ⁃ＳＨＡＦＥＹＥＩ．ＲｅｍｏｖａｌｏｆＺｎ（Ⅱ）ａｎｄＨｇ（Ⅱ）ｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎａｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓｓｏｒｂｅｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｒｉｃｅｈｕｓｋ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，１７５（１／２／３）：３１９－３２７．［２２］ＡＮＡＥＪ，ＡＨＭＡＤＮ，ＫＵＭＡＲＶ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｂｉｏｃｈａｒｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒｓｏｉｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｃｈｅｍｉｃａｌｍｉｘｔｕｒｅｓ：Ｒｅｍｅｄｉａ⁃ｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔ，２０２１，７６７：１－２５．［２３］ＪＩＮＧＸＲ，ＷＡＮＧＹＹ，ＬＩＵＷＪ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｂｙｍｅｔｈａｎｏｌ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌ，２０１４，２４８：１６８－１７４．［２４］ＴＡＮＧＬ，ＹＵＪＦ，ＰＡＮＧＹ，ｅｔａｌ．Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｄｓｏｒｂｅｎｔ：Ａｌｋａｌｉ－ａｃｉｄｍｏｄｉｆｉｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｂｉｏｃｈａｒｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅｆｏｒａｑｕｅｏｕｓｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｒｅｍｏｖａｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌ，２０１８，３３６：１６０－１６９．［２５］ＺＨＥＮＧＷ，ＧＵＯＭＸ，ＣＨＯＷＴ，ｅｔａｌ．Ｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒｅｅｎｗａｓｔｅｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｔｗｏｔｒｉａｚｉｎｅｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，１８１（１／２／３）：１２１－１２６．［２６］ＰＩＧＮＡＴＥＬＬＯＪＪ，ＸＩＮＧＢＳ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｌｏｗｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｏｎａｔｕｒａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６，３０（１）：１－１１．［２７］ＣＨＥＮＢＬ，ＹＵＡＮＭＸ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃａｒｏｍａｔｉｃｈｙｄｒｏ⁃ｃａｒｂｏｎｓｂｙｓｏｉｌａｍｅｎｄｅｄｗｉｔｈｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｏｉｌｓａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，２０１１，１１（１）：６２－７１．［２８］ＫＥＥＲＴＨＡＮＡＮＳ，ＲＡＪＡＰＡＫＳＨＡＳＭ，ＴＲＡＫＡＬＬ，ｅｔａｌ．Ｃａｆｆｅｉｎｅｒｅｍｏｖ⁃ａｌｂｙＧｌｉｒｉｃｉｄｉａｓｅｐｉｕｍｂｉｏｃｈａｒ：Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ，２０２０，１８９：１－１２．［２９］ＴＡＮＧＣ，ＳＵＮＷＬ，ＸＵＹＲ，ｅｔａｌ．Ｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｙ（Ⅱ）ａｎｄａｔｒａｚｉｎｅｂｙｂｉｏｃｈａｒ，ｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒｓａｎｄｂｉｏｃｈａｒｂａｓｅｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｉｎａｑｕｅ⁃ｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，２１１：７２７－７３５．［３０］ＺＨＡＮＧＧＸ，ＧＵＯＸＦ，ＺＨＵＹＥ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｉｏｃｈａｒｓｏｎｍｉｃｒｏｂｉａｌｑｕａｎｔｉｔｙ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｈｉｆｔ，ｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｂｉｏ⁃ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃａｒｏｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓｉｎｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２０１８，３２８：１００－１０８．［３１］ＢＩＡＮＲＪ，ＪＯＳＥＰＨＳ，ＣＵＩＬＱ，ｅｔａｌ．Ａｔｈｒｅｅ⁃ｙｅａｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｎｆｉｒｍｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃａｄｍｉｕｍａｎｄｌｅａｄｉｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｐａｄｄｙｆｉｅｌｄｗｉｔｈｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１４，２７２：１２１－１２８．［３２］ＭＯＯＲＥＦ，ＧＯＮＺÁＬＥＺＭＥ，ＫＨＡＮＮ，ｅｔａｌ．Ｃｏｐｐｅｒｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｂｉｏｃｈａｒａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙａｂｕｎｄａｎｃｅｉｎｍｅｔａｌ⁃ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１６／６１７：９６０－９６９．［３３］ＧＡＯＸ，ＰＥＮＧＹＴ，ＺＨＯＵＹＹ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍｆｅｒｒｉｔｅｂｉｏｃｈａｒｏｎｔｈｅｃａｄｍｉｕｍｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｉｎａｃｉｄｉｃｓｏｉｌａｎｄｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｐａｃｋｏｉ（ＢｒａｓｓｉｃａｃｈｉｎｅｎｓｉｓＬ．）［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１９，２５１：１－９．［３４］ＧＵＯＸＦ，ＪＩＱ，ＲＩＺＷＡＮＭ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒａｎｄｆｏｌｉａｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｅｎｉｕｍｏｎｔｈｅｕｐｔａｋｅａｎｄｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｈｒｏｍｉｕｍｉｎＩｐ⁃ｏｍｏｅａａｑｕａｔｉｃａｉｎｃｈｒｏｍｉｕｍ⁃ｐｏｌｌｕｔｅｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔａｌｓａｆｅｔｙ，２０２０，２０６：１－１２．［３５］ＤＥＮＧＨ，ＦＥＮＧＤ，ＨＥＪＸ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｔｏｓｏｉｌｏｎｔｈｅｍｏｂｉｌｉｔｙｏｆａｔｒａｚｉｎｅｕｓｉｎｇｓｏｒｐｔｉｏｎ⁃ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｓｏｉｌｔｈｉｎ⁃ｌａｙｅｒｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，９９：３８１－３９０．［３６］ＳＰＯＫＡＳＫＡ，ＫＯＳＫＩＮＥＮＷＣ，ＢＡＫＥＲＪＭ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐａｃｔｓｏｆｗｏｏｄｃｈｉｐｂｉｏｃｈａｒａｄｄｉｔｉｏｎｓｏｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｈｅｒｂｉｃｉｄｅｓｉｎａＭｉｎｎｅｓｏｔａｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２００９，７７（４）：５７４－５８１．［３７］李桂荣，陈富凯，贾胜勇，等．茄子秆生物炭联合黑麦草对土壤镉－芘复合污染修复的影响［Ｊ］．河南农业科学，２０２０，４９（９）：５１－６１．［３８］ＷＡＮＧＬ，ＷＡＮＧＹＪ，ＭＡＦ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｒｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｉ⁃ｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒｕｓｅｄｆｏｒｒｅｍｏｖａｌｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｆｒｏｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６６８：１２９８－１３０９．［３９］ＴＲＡＫＡＬＬ，ＶＥＳＥＬＳＫÁＶ，ŠＡＦＡＲ㊅ÍＫＩ，ｅｔａｌ．Ｌｅａｄａｎｄｃａｄｍｉｕｍｓｏｒｐ⁃ｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｎｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，２０１６，２０３：３１８－３２４．［４０］ＭＡＹ，ＬＩＵＷＪ，ＺＨＡＮＧＮ，ｅｔａｌ．Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒａｄ⁃ｓｏｒｂｅｎｔｆｏｒｈｅｘａｖａｌｅｎｔｃｈｒｏｍｉｕｍｒｅｍｏｖａｌｆｒｏｍｔｈｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，１６９：４０３－４０８．［４１］ＹＡＮＧＧＸ，ＪＩＡＮＧＨ．Ａｍｉｎｏｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄａｄ⁃ｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｐｐｅｒｉｏｎｓｆｒｏｍｓｙｎｔｈｅｔｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１４，４８：３９６－４０５．［４２］ＧＵＯＷ，ＷＡＮＧＳＪ，ＷＡＮＧＪＫ，ｅｔａｌ．Ｓｏｒｐｔｉｖｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｐｈｅｎａｎｔｈｒｅｎｅｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃａｎｄｎｏｎ⁃ｍａｇｎｅｔｉｃｒｉｃｅｈｕｓｋ⁃ｄｅ⁃ｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓ［Ｊ］．Ｒｏｙａｌｓｏｃｉｅｔｙｏｐｅｎｓｃｉｅｎｃｅ，２０１８，５（５）：１－１１．［４３］ＹＡＮＧＸＮ，ＣＨＥＮＺＦ，ＷＵＱＨ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｅｎａｎｔｈｒｅｎｅｄｅｇｒａｄａ⁃ｔｉｏｎｉｎｒｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｓｕｓｉｎｇａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒａｎｄｎｉｔｒａｔｅ［Ｊ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１９／６２０：６００－６０５．０２㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２４年。
生物炭基肥在土壤修复方面的应用和研究进展
从区域分布来看，我国的西部地区，东北地区，云南地区，华南地区以及长江三角洲地区均存在重金属超标土壤污染问题。其中，我国华南地区一方面具有矿产资源丰富的特点，矿产资源中存在着重金属。由于矿区的经济条件和土壤保护意识的相对落后，造成土壤遭受重金属污染。另一方面华南地区的大部分区域位于亚热带地区，具有雨水量大，地势低洼已形成排水不利的渍害型红土壤。富含铝元素的红土壤不利于植物的生长。因此，我国土壤污染分布特征在经济发达和重工业发达地区重金属污染程明显趋势。
5.2制备生物炭基肥影响因素
首先，制备生产工艺不同，生物炭基肥效能不同。生物炭基肥生产工艺主要包括掺混法、包膜法、吸附法和混合造粒法等[17]。掺混法制备的生物炭基肥起效快，不易储存。包膜法主要是将速效性的化肥小颗粒物质包裹在生物炭颗粒内在的空腔中，从而达到化肥在农作物和土壤中养分释放的可控性。包膜法主要通过分子筛作用，对要挥发的大分子污染土壤物质具有拦截作用。如钟雪梅等运用粘合剂成分将尿素颗粒包裹在竹炭中，通常粘合剂成分应具有改变竹炭孔隙大小的作用。该方法的应用结果是其可显著提高氮肥在农作物体内的吸收效果[18]。吸附法主要应用在肥料液体状态下，利用生物炭多孔性和吸附性的特点，混合造粒法与掺混法类似，但比掺混法多一步制粒步骤。
生物修复法为利用微生物和动植物对于重金属污染的吸附作用和降解潜力，将土壤里的对重金属进行富集到地上达到去除的目的[12]。该方法缺点在于要种植大面积的植物，植物有一定的生长周期，需要较长的时间才能达到去除重金属的目的。
4.2生物炭在土壤修复中的应用
生物炭是在生物体如秸秆，树叶，动物残体等物质在有氧或无氧条件下高温碳化形成的黑色固体。它具有多空隙，表面积大，化学性质和结构稳定的特点。生物炭在土壤修复中主要应用于重金属吸附和土壤农药吸附。重金属通过土壤的吸附作用达到初步降解的目的，其作用原理为用生物炭表面的含氧官能团和游离电子和重金属离子形成络合反应从而达到降低土壤中重金属离子的目的。同时，大多数的重金属离子化合价高，易于与游离电子结合，从而改变金属离子的存在状态，提高土壤pH值。然而生物炭的表面积有限，结合重金属的数量有限，吸附达到饱和状态时，多余的重金属可能重新返回土壤中，有可能对土壤进行二次污染。因此，使用生物炭进行土壤修复时，应该建立对土壤的监测技术。其次，土壤农药的吸附，主要针对农药中的有机物进行吸附。生物炭孔隙结构可以给予大分子物质贮存，同时颗粒表面容易和有机物形成不易断裂的化学键和氢键，以此对有机物进行固定和吸附。陈淼等人运用生物炭吸附作用对土壤中的抗生素氧氟沙星进行实验，结果表明土壤中的抗生素含量降低。土壤中的微生物有代谢和分解有机物的作用，但是土壤自我净化时间较长[13]。因此，生物炭的加入可以加快土壤的自我净化作用。Li等人对含有敌草隆农药的土壤施加生物炭后，土壤中的农药成分含量明显减少[14]。此外，生物炭对土壤中的氮素有吸附作用。将生物炭和相应的氮肥制成生物炭基肥可对在土壤中的氮元素释放后的肥力效果具有缓释作用，没有在土壤中起到肥力效果的氮素固定在生物炭颗粒中，不会因土壤日照和温度升高形成氧化氮产物，从而对空气造成污染。
生物炭材料的制备及其应用效果研究
生物炭材料的制备及其应用效果研究徐力刚;何跃;祁琳琳【摘要】研究以小麦秸秆、水稻秸秆和油茶果壳为原料，采用水蒸气活化和磷酸再活化的工艺，制备出性能优良的生物炭样品，分析麦秆、稻秆和油茶果壳生物炭样品的性能以及制备条件对生物炭性能的影响。
研究结果显示，试验制备得到的麦秆生物炭，其亚甲基蓝吸附值为225 mg/g，碘吸附值为838 mg/g，焦糖为120%，比表面积为1279 m2/g，孔容为1.36 m3/g，中孔率为76.6%，而稻秆生物炭的炭亚甲基蓝吸附值为215 mg/g，碘吸附值为815 mg/g，焦糖>100%，比表面积为967 m2/g，孔容为1.23 cm3/g，中孔率为84.6%，2种原料制备的生物炭与市售生物炭的性能指标相近；油茶果壳生物炭对亚甲基兰和碘的最大吸附值分别为330 mg/g和1326 mg/g。
本研究制备的油茶果壳生物炭的主要质量指标均达到或超过了净水用活性炭国家标准。
本研究表明，小麦秸秆、水稻秸秆和油茶果壳可以作为制备优质生物炭的原料。
%Biochar is a kind of carbonaceous solid material,which is Produced from biomass during Pyrolysis under limited or no oxygen condition. In order to exPlore the characteristics ofthe biochars, three tyPes of biochars were PrePared from wheatstraw,Paddy straw and nutshell of camellia oleifera resPectively. For biochars made from wheat straws,the adsorPtion of methylene blue and iodine was 225 mg/g and 838 mg/g,resPectively. For biochars made from Paddy straws,however,the adsorPtion of methylene blue and iodine was 215 mg/g and 815 mg/g,resPectively. For biochars made from nut-shell of camellia oleifera,the maximum adsorPtion value of methylene blue and iodine are 330 mg/g and 1 326 mg/g,resPectively. Little differencebetween the two biochars was found,and the main quality indicators of the biochar from nutshell of camellia oleifera meet or exceed the national stand-ards of activated carbon in the asPect of water Purification. The three materials could be concluded that both wheat and Paddy straw can be used as the raw materials for PreParation of biochars.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P873-879)【关键词】油茶果壳;生物炭;麦秆;稻秆;吸附性能【作者】徐力刚;何跃;祁琳琳【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所，中国科学院流域地理学重点实验室，210008，南京; 江西省科学院鄱阳湖研究中心，330096，南昌;环境保护部南京环境科学研究所，210042，南京; 南京君源环保工程有限公司，210016，南京;南京君源环保工程有限公司，210016，南京【正文语种】中文【中图分类】X712全球气候变暖和近年来频繁的极端气候事件已经影响到了人类的社会生产与消费、生活方式以及生存空间[1-2]。
老化生物炭对黑麦草累积重金属的影响
摘要：采用化学老化法制得老化生物炭，通过黑麦草盆栽试验，比较生物炭老化前后对土壤中重金属残留量的影 响及黑麦草对重金属累积量的影响，探 讨 老 化 生 物 炭 对 土 壤 中 重 金 属 铅 （Ｐｂ）、镉 （Ｃｄ）、铬 （Ｃｒ）生 物 有 效 性 的 影 响。 结果表明，与新鲜炭相比，老化生物炭增加了黑麦草的生物量和土壤中重金属的残留量，同时减少了黑麦草体内的重 金属累积量。其中，５％老化生物炭处理的效果最为明显，可以使土壤中重金属 Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｒ残留量分别增加 ６．８５％、 １３．８３％、３４．３６％，使植物地上部分对 ３种金属的累积量分别减少 ５６．５３％、５５．６８％、４７．２７％，使植物地下部分对 ３种 金属的累积量分别减少 ４１．７１％、２１．７９％、４３．３７％。此外，施加生物炭可以显著减少植物地上部分、地下部分的富集 系数及转运系数，其中对 Ｃｒ的作用效果最明显。生物炭老化后对重金属具有更强的吸附固定能力，能减少植物对重 金属的累积，降低重金属的毒害效应，进而提高植物生物量。研究结果为生物炭的长期应用提供了理论依据。 关键词：老化生物炭；重金属；累积量；黑麦草；富集系数；转运系数 中图分类号：Ｘ５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２０）０１－０２４２－０６
矿和冶炼产业发展的影响，重金属污染的形势更是 十分严峻［１］。因此，改善山西省矿区的生态环境刻
优点而被广泛应用于修复重金属污染土壤。侯艳 伟等研究了不同水稻秸秆的生物炭施用量（０、１％、
收稿日期：２０１９－０９－１６ 作者简介：李玉婷（１９９４—），女，河南三门峡人，硕士研究生，主要研
５％）对湖南郴州、福建龙岩地区矿山周边重金属污 染的农田土壤油菜产量、重金属累积和富集系数等
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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秸秆生物炭吸附土壤中重金属的研究祖科吉李万海*（环境科学与工程系，环境1401）摘要：玉米秸秆为原料，在350℃和700℃热解温度下分别制备两种生物炭（BC350和BC700），通过等温吸附实验、初始pH、不同粒径对玉米秸秆生物炭对Cd2+吸附影响。
根据吸附结果，选BC700做吸附动力学试验。
通过实验室模拟污染土壤添加生物炭，探究其对污染土壤中有效态Cd2+和水溶态Cd2+的影响，以及施入生物炭后对土壤pH的影响。
结果表明：Langmuir 方程和Freundlich方程，两个方程均能较好的拟合，Langmuir方程能更好地拟合两种生物碳对Cd2+的吸附等温过程，其最大吸附量分别为34.22 mg·g -1和54.29 mg·g-1。
BC700对Cd2+吸附过程更符合准二级动力学方程，对Cd2+的吸附效果更佳。
初始pH对Cd2+的吸附影响较大，当pH=5时，吸附量最大为30.45mg·g -1，生物炭粒径对Cd2+的吸附影响较小。
以土壤重量的0.05%，0.25%，0.5%，1%的量分别单个施入生物炭BC700，培养20d后，共4个处理同CK相比土壤pH0.24-0.32个单位值，土壤有效态Cd2+含量下降10.21 %-18.21%，土壤水溶态Cd2+下降13.3 %-40%。
关键词：生物炭；镉污染土壤；吸附量近年来，由于玉米秸秆农业废弃物资源化利用处理比较困难。
生物炭制备原料包括农业废弃物，工业和城市产生的有机固体废弃物等，制备秸秆生物炭可以改善此类问题。
生物炭由于具有表面积大，呈现碱性，含有丰富的有机官能团和无机灰分等特点，生物炭在重金属修复方面的研究逐渐增多[1-2]。
重金属Cd的环境风险大，具有潜在的“三致”效应。
Cd去除方法包括物理吸附、化学沉淀和生物修复等。
由于具有简单，见效快等特点，吸附法被广泛的应用到处理重金属Cd中，然而，常用的商用活性炭的成本较高。
因此，具备较高经济效益的吸附剂成为研究的重点[3-4]。
其超标点位占全国土壤调查点位的7%[5]。
当植物体中Cd的含量达到5-10ug·g-1（干质量）及会引起生物体毒性效应，到来严重的农产品安全问题[6]。
Cd污染不仅会降低农作物产量和品质，还会影响土壤养分循环，导致土壤退化。
本研究以实验室模拟污染农田土壤为供试土壤，通过添加不同量的玉米秸秆生物炭，探究其对Cd污染土壤的影响（pH、有效态Cd2+含量、水溶态Cd2+含量等），以期将秸秆生物炭应用到龙潭川重金属污染原为钝化修复中，提供理论依据。
本实验烧制的生物炭灰分多，产量低，但对土壤pH提高幅度较大，烧制过程中没有添加改性剂，无需处置可直接施入土壤，对土壤环境无有害影响。
1材料与方法1.1 供试生物炭与土壤首先收集废弃的玉米秸秆(玉米秸秆取自吉林化工学院后山农田）。
生物炭的制备采用缺氧低温热解法，先将玉米秸秆用剁段，然后玉米秸秆用去离子蒸馏水洗净后放入105℃烘箱中烘干7h，用粉碎机粉碎后过80目筛保存，以备生物炭烧制使用。
然后将粉碎后的秸秆放入坩埚压实，放入预热后的马弗炉，以升温速率10℃/min，并在目标温度350℃和700℃下处理2h，得到不同热解温度下的生物炭制品（分别为BC350和BC700）。
冷却后，研磨过作者：祖科吉（Zukeji），男，吉林吉林，环境科学与工程本科生，E-mail:1132335448@*通讯作者：李万海（Liwanhai），男，吉林吉林，教授，主要从事污染源治理及解析的研究方向，E-mail：12532272507@60目、100目、140目储存于广口瓶备用。
供试土壤：称取100g（精确至0.01g）过18目筛的风干土壤于锥形瓶中，加入10ml 50mg·L-1CdCl2溶液，混合均匀，制备污染土壤（C Cd=5mg·L-1）,用去离子水调节含水量为田间最大持水量的40％，将样品放置于于（25±2）℃恒温智能培养箱中恒温培养一周，期间定期通过称重法补充水分。
培养好的土壤后，将土壤过18目孔径筛后，将土壤磨碎后过20目孔径筛后分别取土50g放入25个250锥形瓶中,将BC700研磨过80目筛孔，B1加入0.05%（0.025g）生物炭、B2加入0.25%(0.125)生物炭B3加入0.5%(0.25g)生物炭、B4加入1%(0.5g)生物炭，设三组平行样。
将BC700研磨过60目筛孔，B1加入0.05%（0.025g）生物炭、B2加入0.05%(0.125)生物炭B3加入5%(0.25g)生物炭、B4加入1%(0.5g)生物炭，设三组平行样。
将加入生物炭修复的土壤，培养20d，后测定Cd2+有效态含量和Cd2+水溶态土壤的含量。
1.2 吸附等温线实验准确称取0.025g玉米秸秆生物炭于250 ml锥形瓶中，再加入20 ml初始Cd2+浓度分别0 mg·L-1-30 mg·L-1的CdCl2溶液，以0.01 mg·L-1的NaNO3溶液作为支持电解质，用稀HNO3和NaOH溶液调节pH为5.0，生物炭粒径为80目-100目。
在,298.15 K条件下在恒温水浴振荡器上振荡8h，离心后，取上清液，Cd2+浓度用原子吸收分光光度计测定。
1.3 吸附动力学试验向500 ml烧杯中加入250 ml浓度为30 mg·L-1的Cd2+溶液，298.15 K下在磁力搅拌器上搅拌，加入0.5 g生物炭，粒径为80目-100目，稀HNO3:和NaOH溶液调节pH为5.0，温度为298.15 K，lmin-60min内于不同的时间点分别取样过0.45 um水系滤膜，滤液中Cd2+浓度用原子吸收分光光度计测定。
1.4 初始pH值对吸附的影响实验取初始浓度为35 mg·L-1的Cd2+溶液20 ml于若干50 ml锥形瓶中，稀HN03和NaOH 溶液调节pH为2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9，分别加入0.02 g生物炭，粒径为80目,温度为298.15K，在恒温水浴振荡器上振荡8h，离心后取上清液测定Cd2+浓度。
1.5 生物炭粒径对吸附的影响实验分别称取粒径为＞100目,80-100目,60-80目，40-60目的生物炭0.02g于50ml锥形瓶，加入20 ml浓度为30mg·L-1的Cd2+溶液，稀HN03和NaOH溶液调节pH为5.0，温度为298.15 K，在恒温水浴振荡器上振荡8h，离心后取上清液测定Cd2+浓度。
1.6 土壤中Cd2+有效态含量的测定土壤中Cd2+有效态采用CaCl2浸提剂提取。
称取过80目筛的风干土样5g于250mL锥形瓶中，准确加入25 mL 0.1 mo1·L-1的CaCl2提剂，将锥形瓶置于振荡机中，以180士20 r·mir-1的速度在25士2℃下振荡2h后转移到50ml离心管中离心过滤，用原子吸收分光光度法测定样品溶液Cd2+含量。
1.7 土壤中水溶态Cd2+含量的测定将采好的土样晾晒，烘干，用陶瓷干锅研磨，再次烘干，然后用18目筛孔筛取土壤。
称取过筛好的土壤20.0g放入250ml锥形瓶中，加入20ml蒸馏水，密封，温度为298.15K，在恒温水浴振荡器上振荡8h，取下静置过夜。
取样过0.45 um水系滤膜，滤液用原子吸收分光光度法测定样品溶液Cd2+含量。
1.8 土壤pH的测定土壤pH采用土壤水浸提液pH测定法，水土比为2.5:1，用玻璃棒搅拌3min，使土粒充分分散，放置30min后用pH计(PB-10型)进行测定。
1.9 数据分析平衡时，生物炭对Cd 2+的吸附量q e ( mg·g -1)按下列公式计算:q e :平衡时单位生物炭吸附溶液中重金属的量mg·L -1C 0:初始溶液的重金属离了质量浓度mg·L -1C e :平衡时溶液的重金属离了质量浓度mg·L -1v:溶液的体积(L)m:生物炭烘干重量(g)用Microsoft Excel 2016和Origin 2018 进行数据处理。
2 结果与讨论2.1 吸附等温线本文采用Langmuir 方程和Freundlich 方程两种模型对试验结果进行拟合，Langmuir 方程模型对试验结果进行拟合，见图1和2，相关参数见表1 。
Langmuir 方程属于理论推导公式: ，其中，q m 为饱和时吸附剂对吸附质的最大吸附量(mg·g - 1)，它是吸附剂吸附性能的重要指标k 为Langmuir 吸附特征常数(L·g -1)，是表征吸附剂与吸附质之问亲和力的一个参数，k 值越大，吸附亲和力越大[7]。
两个方程拟合显示，Langmuir 方程，在298.15K 时，生物炭对Cd 2+的最大平衡吸附量达54.29 mg·g -1，在低浓度段，Cd 2+的吸附量随着溶液浓度的升高迅速增大，但是随着溶液浓度进一步增大，Cd 2+在生物碳上的吸附量趋于平衡。
Freundlich 是指数型吸附等温方程，属于纯经验公式: ，由表2可知BC700的n 跟BC350相近，但 却比BC350的高2.38个单位值。
于是选用BC700，进行吸附动力学试验，土壤重金属的原位钝化实验。
图1 BC700对Cd 2+的吸附等温线 L 型Figure 1 Adsorption isotherms of BC700 on Cd 2+L-type10203040吸附量 (m g ·g -1)平衡浓度 (mg·L-1)图2 BC350对Cd2+的吸附等温线 L型Figure 2 Adsorption isotherms of BC350 to Cd2+ L-type表1生物炭对Cd2+的吸附等温线拟合参数Table 1 Adsorption isotherms of biochar on Cd2+生物炭Langmuir等温线拟合R2k/L·g-1q m/mg·g-1 BC350 0.98342 0.10799 34.22 BC700 0.99561 0.09974 54.29图3 BC350Cd2+的吸附等温线 F型Figure 3 Adsorption isotherm of BC350Cd2+ F-Type图4 BC700 Cd2+的吸附等温线 F型Figure 4 Adsorption isotherm of BC700 Cd2+ F-type表2生物炭对Cd2+的吸附等温线拟合参数Table 2 Adsorption isotherms of biochar on Cd2+生物炭Freundlich等温线拟合R2k f nBC350 0.97527 4.87444 0.52435BC700 0.97998 7.2589 0.536052.2吸附动力学用一级动力学方程和二级动力学方程对实验结果进行拟合，方程如下:1)一级动力学方程:2)二级动力学方程:式中；Q t和Q e分别为t时刻的吸附量和平衡时的吸附量，mg·g-1；t为时间min；k1为准一级吸附速率常数min-1,k2为准二级吸附速率常数g·mg-1·min-1。