生物炭钝化土壤中重金属的效果比较研究

金俊伟 黄晓慧

（1.浙江农林大学环境与资源学院，浙江 临安 311300；2.浙江农林大学法政学院，浙江 临安 311300）

生物炭钝化土壤中重金属的效果比较研究

金俊伟1黄晓慧2

（1.浙江农林大学环境与资源学院，浙江 临安 311300；2.浙江农林大学法政学院，浙江 临安 311300）

研究不同生物质原料通过热解得到的生物炭对土壤中重金属钝化的效果，结果表明，来源于不同生物质原料的生物炭对土壤中重金属钝化的效果各不相同，归因于他们各不相同的理化性质，包括灰分含量、表面官能团数量、比表面积和孔隙结构等。

生物炭；重金属；土壤；理化性质

近年来，由于我国金属矿山的大量开采以及化工企业三废的不合理排放，导致周边土壤中重金属含量显著上升，这直接威胁到环境安全及人体健康。因此，急需修复受重金属污染的土壤。生物炭因其生物质资源丰富，材料来源广泛，有机碳含量高，较活性炭对污染物有更好的吸附效果，被广泛运用到土壤的污染修复中［1］。

1 生物炭对土壤重金属钝化效果的比较分析

1.1 来源于污泥的生物炭

来源于马德里区域的污水处理厂的污泥，在500℃下热解而得污泥生物炭，其pH值、阳离子交换量（cmol/kg）及Cu、Ni重金属的含量（mg/kg）值分别为9.54、2.36、222、35［2］。通过向土壤加入污泥生物炭，土壤中重金属Cu的有效态含量与对照相比，从85.18 mg/kg显著降低到了43.55 mg/kg，Ni的有效态浓度从31.04大幅地降低到了0.63。

1.2 来源于甘蔗秸秆的生物炭

来源于坎皮纳斯农业协会试验田的甘蔗秸秆，在700℃下热解得到甘蔗秸秆生物炭。其pH值、灰分含量（%）和阳离子交换量（mmol/kg）的值分别为10.2、13.4和14.3［3］。通过向土壤加入甘蔗秸秆生物炭，土壤中重金属Cd的浓度与对照相比从2.7降低到了2.2，而土壤中重金属Pb和Zn与对照相比也分别从15.7 mg/kg降至8.2 mg/kg和从31.7 mg/kg降至26.4 mg/kg。

2 生物炭对土壤重金属钝化效果的原因分析

2.1 生物炭对土壤理化性质的影响

通过向土壤中加入生物炭，其pH值基本上都显著上升，因为生物炭含有一定的矿物质成分，其进入土壤后能与土壤中的H离子结合，使得土壤的pH值升高。同时，生物炭中有机质含量很高，施入土壤后能显著提升土壤有机质含量，增加土壤肥力。此外，生物质通过热解能显著提升其比表面积和孔隙结构，被施入土壤后能显著改善土壤的保水性能和微生物的活性。

2.2 生物炭对土壤重金属浓度和形态的影响

通过向土壤加入生物炭，土壤pH值被提高，导致土壤中重金属的有效态浓度显著降低，还原态和残渣态浓度明显增加；生物炭有丰富的比表面积和发达的孔隙结构，当生物炭被施入土壤后，其能够为重金属的吸附提供更多的吸附点位，从而使重金属的有效态含量降低。此外，生物炭中还含有一定的无机矿物质成分，这些无机矿物质组分能够与土壤中的重金属发生沉淀和络合反应，从而使大量的重金属有效态向残渣态转变，达到土壤修复的效果。

3 结论

研究分析了不同来源的生物质通过热解得到的生物炭的理化性质，以及将生物质施于土壤后对土壤重金属的钝化效果研究。结果表明，不同来源的生物质炭对土壤中重金属的钝化效果各不相同，主要归因于各生物炭的理化性质的不同，如pH值、灰分含量、比表面积及有机质含量等，从而在施入土壤后改变土壤的理化性质，进而改变了土壤中重金属的钝化效果。

［1］Beesley L，Marmiroli M.通过生物炭钝化和保留可溶性砷、镉和锌［J］.环境污染，2011（2）：474-480.

［2］A Mendez，A Gomez.污泥生物炭施用在地中海性土壤中对其植物中重金属可利用性研究［J］.光化层，2012（89）：1354-1359.

［3］AP Puga，CAAbreu.生物炭施用于污染土壤以降低锌、铅和镉的可利用性和植物吸收［J］.环境管理期刊，2015（159）：86-93.

X53

A

1674-7909（2016）18-83-1

金俊伟（1991-），男，硕士在读，研究方向：农业资源利用；黄晓慧（1990-），女，硕士在读，研究方向：农业科技组织与服务。