水分条件对生物炭钝化水稻土铅镉复合污染的影响

采用培养试验,探究30％ WHC、淹水和干湿交替等3种水分条件下,向Pb和Cd污染水稻土以1％添加量施入水稻秸秆生物炭后重金属的形态变化,为生物炭修复重金属复合污染稻田的水分管理提供科学依据.结果表明,添加生物炭后,淹水和干湿交替可显著提高土壤pH值、可溶性有机碳(DOC)和无定形氧化铁含量(Fe.).培养结束后,在添...     

生物质炭对土壤镉形态转化的影响

选取秸秆生物质炭为试验材料,通过模拟实验,研究生物质炭的输入对土壤镉形态转化的影响。结果表明,输入生物质炭的土壤经过90 d的钝化,pH、有机质随着输入生物质炭的比例增加有显著增加趋势;输入生物质炭后镉的可交换态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态、残渣态4种形态的含量变化显著,其中可交换态由2.243 mg/kg降低至1.095 mg/kg,最高降低了10.9%;碳酸盐结合态由1.474 mg/kg降低至0.874 mg/kg,最高降低了5.7%;Fe-Mn氧化物结合态由1.917 mg/kg降低至1.127 mg/kg,最高降低了12%;残渣态由5.023 mg/kg提升至7.414 mg/kg,最高提升了22.7%,有机物结合态变化不大。说明生物质炭输入后能够使土壤重金属由有效态向某些潜在的有效态或无效态转化,从而达到修复重金属污染土壤的目的。研究结果还表明,当输入生物质炭量为10 g/kg时,外加镉污染土壤中镉的钝化效果最佳。     

生物炭修复土壤重金属污染的潜在风险探讨

生物炭因其独特的吸附特性和制备来源广泛等优点,在土壤重金属污染修复中具有良好的应用前景,但生物炭的大量施用可能会带来许多潜在风险。文章对生物炭修复土壤污染的研究进行综述,重点讨论在现场修复的应用中,一些潜在的非生物和生物因素可能会削弱生物炭对重金属的固定化效应。同时总结了大量施用生物炭的缺陷,包括生物炭老化,生物炭原料附带有毒物质,以及生物炭对土壤动植物生长和土壤微生物的负面影响。此外,还提出了进一步的研究方向和建议（生物炭标准化、长期定位试验、修复机理研究及生产设计）,为生物炭生产和合理施用提供科学应用指导。     

李氏禾生物炭对重金属污染尾矿砂中铅、锌和砷形态转化的影响

以广西河池市某废弃铅锌矿区的尾砂为研究对象,选用李氏禾生物炭为修复材料,采用BCR连续提取法,探讨生物炭对尾矿砂重金属的钝化效果。结果显示:生物炭对尾矿砂中Pb和Zn的形态转化产生了显著影响,钝化效果Pb>Zn>As。对于Pb、Zn添加生物炭能显著降低尾矿砂中其弱酸提取态含量,有效降低可还原态含量,同时能显著增加Pb和Zn的残渣态含量,并增加Pb和Zn的可氧化态,但并不显著。对于As而言,生物炭添加量为0.4%和0.8%的处理可明显降低其弱酸提取态含量,As的可还原态及残渣态含量均随生物炭添加量增加呈现逐渐增大趋势,可氧化态并无明显变化。生物炭对尾矿砂中的Pb和Zn具有良好的钝化效果,可促进Pb、Zn的弱酸提取态向残渣态转化,降低其在尾矿砂中的迁移性和生物有效性,且0.2%、0.4%的处理钝化效果最佳。     

抗铅、镉菌株对土壤铅、镉生物有效性的影响

将从土壤中分离到的2株能同时耐铅(Pb)、镉(Cd)的抗性菌株(编号为H1和H2)分别接种至Pb、Cd污染的土壤中进行小白菜盆栽试验,研究2株抗性菌株对土壤Pb、Cd生物有效性的影响。结果表明:H1菌株可专一性的钝化交换态Cd,降幅为43.78%,并能显著促进小白菜地上部生长,与对照相比增产79.62%;H2菌可同时降低交换态Pb、Cd的比重,降幅分别为30.31%和27.61%,但小白菜产量与对照无显著差异。此外,与对照相比,接菌处理均能显著降低小白菜地上部Pb、Cd含量。     

生物炭负载铁前后对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失和形态转化的影响研究

复合污染土壤中Cd、Cu等阳离子重金属与As具有不同的化学性质和迁移转化行为.本研究以负载铁前后的小麦秸秆生物炭作为修复材料,研究酸雨淋溶条件下两者对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失量及赋存形态的影响;通过分析淋滤液pH值、电导率和溶解性有机碳含量等,探讨其可能的作用机制.结果表明,生物炭和负载铁生物炭均显著提高了淋滤液pH值和电导率.溶解性有机碳淋失量在生物炭处理中较对照(CK)处理提高3.4%~15.9%,而在负载铁生物炭处理中则降低27.3%~60.8%.与生物炭不同,负载铁生物炭能够不同程度地降低Cd、Cu和As的淋失,5%施用量下累积淋失量较CK处理分别降低85.7%、19.0%和62.1%.对淋溶后土壤中重金属和As赋存形态进行分析发现,施用生物炭促进了土壤中Cd和Cu由酸提取态向残渣态转化,却使As由无定形及弱结晶铁铝氧化物结合态向专性吸附态转化.负载铁生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu和As含量,相较于CK处理酸提取态Cd、Cu和非专性吸附态As含量分别减少3.6%~13.4%、7.5%~24.4%和19.0%~58.8%,而可还原态Cd和残渣态Cu、As含量分别增加4.3%~43.3%、2.2%~18.1%和44.9%~53.5%,其中,5%施用量下差异达到显著水平.综合而言,在5%施用量下,生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu含量,却提高了As的迁移性和有效性;而负载铁生物炭既降低了酸雨淋溶条件下Cd、Cu、As的淋失,还促进了土壤中Cd、Cu、As由有效态向潜在有效态或稳定态转化,是修复重金属和砷复合污染土壤的有效材料.     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

改性酒糟生物炭对紫色土壤镉形态及水稻吸收镉的影响

生物炭及改性生物炭已被广泛应用于重金属污染农田土壤修复领域.为探寻经济有效的镉（Cd）污染酸性紫色土壤修复改良材料,将酒糟制成酒糟生物炭（DGBC）,并用纳米二氧化钛（Nano-TiO₂）对其改性,制得两种改性酒糟生物炭TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC,采用水稻盆栽试验研究不同生物炭和不同施用量（1%、3%、5%）处理对土壤理化性质、养分含量、Cd赋存形态与生物有效性、水稻生长与Cd富集的影响.结果表明：①施用DGBC显著提高了酸性紫色土pH、CEC和养分含量,且TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC效果更好.②DGBC和改性DGBC使土壤Cd形态由可溶态向难溶态转变,残渣态Cd相较对照增加了1.22%~18.46%.土壤Cd生物有效性显著降低,DGBC、TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC分别使有效态Cd降低11.81%~23.67%、7.64%~43.85%和19.75%~55.82%.③施用DGBC和改性DGBC提高了水稻产量,DGBC、TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC在3%添加量时水稻产量最高,分别为30.60、37.85和39.10 g·pot^-1,是对照的1.13、1.40和1.44倍.水稻各部位Cd含量显著降低,施用3种生物炭时水稻籽粒ω（Cd）分别为0.24~0.30、0.16~0.26和0.14~0.24 mg·kg^-1,TiO₂/DGBC在5%、Fe-TiO₂/DGBC在3%和5%添加量时,水稻籽粒ω（Cd）低于0.2 mg·kg^-1,符合国家食品中污染物限量标准（GB 2762-2022）.总体来看,Nano-TiO₂改性DGBC通过自身的吸附作用和影响土壤Cd形态分布有效降低了土壤Cd生物有效性,从而降低了水稻对Cd的吸收,同时促进了水稻生长,提高水稻产量.是一种具有潜在应用前景的Cd污染土壤修复改良材料.研究结果可以为Cd污染酸性紫色土农田修复和农业安全生产提供科学依据.     

玉米秸秆生物炭对稻田土壤砷、镉形态的影响

通过室内土壤培养的方法模拟稻田土壤环境,研究淹水环境下添加(1%添加量)不同温度制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500)对砷、镉复合污染稻田土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及不同形态砷、镉含量动态变化的影响.结果表明,热解温度会影响玉米秸秆生物炭的理化性质,热解温度由300℃升至500℃,玉米秸秆生物炭芳香性增加,亲水性和极性降低,灰分含量增加,pH值升高.淹水环境下添加玉米秸秆生物炭处理相比对照(CK)可提高土壤pH值0.20~1.24,升高幅度大小为CB-500CB-400CB-300CK,随着培养时间的延长,pH值趋于平衡状态;淹水环境下土壤氧化还原电位均迅速下降,且不同处理组间存在显著差异,生物炭制备温度越高下降效果越明显,培养至第96 d时氧化还原电位降到最低.CK、CB-300、CB-400、CB-500处理组弱酸可提取态镉含量由淹水前的73.55%分别降至63.46%、57.73%、54.50%、53.94%,随着培养时间的延长,土壤中弱酸可提取态及可氧化态镉逐渐向残渣态及可还原态镉转化.土壤pH值与弱酸可提取态镉含量之间呈显著负相关关系.淹水环境下土壤可交换态砷含量升高,玉米秸秆生物炭的施加导致土壤交换态、Ca-结合态、Al-结合态和Fe-结合态砷含量逐渐上升,上升幅度分别为75.68%、20.92%、13.49%、48.66%,残渣态砷含量下降;土壤pH值与交换态砷含量之间呈显著正相关关系.研究结果可为砷、镉复合污染稻田安全生产与阻控提供数据支持.     

几种有机物料对设施菜田土壤Cd、Pb生物有效性的影响

利用风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料,采集陕西关中地区设施菜田土壤,通过2014~2015年两季盆栽模拟试验,研究了3种有机物料在设施菜田土壤重金属Cd、Pb单一和复合污染条件下对Cd、Pb生物有效态等赋存形态的影响,探究风化煤、草炭和生物炭对设施菜田重金属Cd、Pb污染土壤修复的可行性.结果表明,风化煤显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量,达11.9%(P0.05),并使Pb有效态含量显著降低达83.5%以上(P0.05);对Cd、Pb的交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和分别降低了26.4%~34.4%和12.0%~34.5%.草炭显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量18.9%(P0.05),分别显著降低了Pb单一和Cd、Pb复合污染土壤中Pb有效态含量2.7%和7.2%(P0.05),对Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态三者之和分别降低了15.8%和14.6%.生物炭提高了土壤p H 0.03~0.08个单位,分别降低了Cd有效态、Pb有效态含量4.7%~15.0%和1.0%~6.8%,Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和降低了11.9%~66.6%.风化煤、草炭和生物炭使番茄地上部对Cd的累积量显著降低15.0%~38.0%(P0.05),使复合污染条件下番茄地上部对Pb的累积量显著降低17.9%~30.0%(P0.05).番茄Cd含量与土壤中Cd交换态含量呈现极显著正相关关系(P0.01).番茄Pb含量与Pb交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态三者含量之和呈现极显著正相关关系(P0.01).综合来看,风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料可以通过改变设施菜田土壤p H值和对重金属的吸附、络合等固定作用,降低土壤中Cd、Pb高活性态比例,进而减少植物对Cd、Pb的累积.     

施用生物质炭对土壤Cd、Pb有效性影响的整合分析

大量研究表明生物质炭施用可改变重金属在土壤中的生物有效性,但这种影响取决于土壤理化性质、生物质炭的种类与施用量等.本文以公开发表的81篇有关生物质炭与土壤重金属有效性的研究论文为基础进行归纳整理,采用数据整合分析方法,从土壤性质、生物质炭的特性与施用量等方面量化了生物质炭对土壤有效态Cd、Pb的影响.结果显示,与不施用生物质炭处理相比,施用生物质炭对土壤中Cd和Pb均具有显著的钝化效果,其有效态含量平均降低了37.59%和51.37%.其中,生物质炭对不同质地土壤Cd、Pb钝化效果表现为:砂质土壤壤质土壤粘质土壤,且生物质炭施用可使砂质土壤中有效态Cd、Pb平均降低47.18%和57.82%;生物质炭施用对弱酸性土壤Cd、Pb的钝化效果均最佳,弱酸性土壤Cd、Pb有效态含量平均降幅分别为50.05%和58.60%,略高于中性土壤,明显高于碱性土壤.从生物质炭类型看,壳渣类生物质炭施用使土壤有效态Cd、Pb降幅最大,分别为58.44%和71.28%;在500～600℃的温度区间下制备获取的生物质炭可使土壤有效态Cd、Pb显著降低52.23%和60.90%;当生物质炭pH在7～8,土壤中Cd的有效态含量降低了71.93%,当生物质炭pH小于7时,有效态Pb降幅最大为61.88%.另外,土壤Cd、Pb的钝化效果随着生物质炭施用量的增加而提高,当生物质炭施用量大于5%时,Cd、Pb有效态的降幅最大,分别达到54.41%和77.47%.可见,在选择生物质炭来修复重金属污染土壤时,应根据土壤性质来选择适宜的生物质炭种类及其施用量,以达到更好的钝化效果.     

生物质炭对Cd污染土壤团聚体酶活性的影响

为探究生物质炭对Cd污染土壤团聚体酶活性的影响,采用盆栽试验,向模拟Cd污染土壤中添加生物质炭并测定水稻根际土壤团聚体碳循环酶与氧化还原酶活性.结果表明:Cd污染土壤团聚体酶活性对添加量为2.5％的生物质炭响应明显,氧化还原酶活性指数值介于0.522～0.792之间.在2.5mg/kg的外源Cd条件下,2.5％的生物质...     

生物质炭对土壤重金属形态转化及其有效性的影响

为了解土壤重金属形态转化及其有效性对生物质炭修复措施的响应,以Cd、Cu、Pb和Zn复合污染水稻土为供试土样,添加不同粒径(1 mm和0.25 mm)和不同施用量(0、1%和5%)的竹炭(BB)、稻草炭(RSB)进行为期1年的恒温((25±1)℃)培养试验后,检测土壤p H、有效磷含量及重金属DTPA有效态含量的变化,并采用BCR连续浸提法分析生物质炭对土壤中重金属元素化学形态再分配的影响.结果表明:稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的p H值,且在RSB-5%(0.25 mm)处理下效果最显著;稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的有效磷含量,且5%用量比1%用量效果更明显;而竹炭的施用对土壤p H值和有效磷含量均无显著性影响;RSB-5%(0.25 mm)处理对降低土壤中Cd、Cu、Pb和Zn有效态含量的效果最佳,分别减少了34.5%、50.1%、52.5%和52.1%;在细粒径(0.25 mm)稻草炭处理下,酸溶态Cd和Cu向可还原态和可氧化态转化,酸溶态Zn向可还原态转化;在粗粒径(1 mm)竹炭处理下,酸溶态Cu和Zn向可还原态、可氧化态和残渣态转化;酸溶态Pb在稻草炭处理下向可还原态和可氧化态转化,且细粒径比粗粒径效果更佳;竹炭和稻草炭的施用改变了土壤中上述重金属各形态的分配,且5%用量比1%用量效果更明显.     

组配改良剂对稻田土壤中镉铅形态及糙米中镉铅累积的影响

通过田间实验,研究了镉(Cd)和铅(Pb)复合污染稻田土壤中施加组配改良剂(LS,石灰石+海泡石)对黄华占和丰优9号2种水稻种植土壤中p H、Cd和Pb形态转化以及水稻糙米中Cd和Pb累积量的影响.结果表明,施加LS,通过提高2种水稻土壤的p H值,可以有效地改变土壤中Cd和Pb的存在形态,使土壤Cd和Pb由酸可提取态不同程度地转化为铁锰氧化态和有机结合态.LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,使黄华占水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低19.6%~23.8%、7.7%~14.3%,丰优9号水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低7.6%~31.1%、11.7%~24.8%,且降低效果为CdPb.LS还能显著降低2种水稻糙米中Cd和Pb含量,LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,黄华占和丰优9号2种水稻糙米中Cd含量分别降低了56.5%~67.2%、29.0%~38.7%,Pb含量分别降低了9.8%~34.2%、6.8%~45.4%,同种水稻Cd和Pb含量降低效果为CdPb.研究表明,土壤中Cd和Pb酸可提取态含量能很好地反映土壤中Cd和Pb的生物有效性和迁移性.     

施用生物炭对土壤Cd形态转化及烤烟吸收Cd的影响

采用盆栽试验模拟Cd污染土壤,研究施用烟秆炭(0、10、20 g·kg~(-1))对土壤pH、有机质含量、土壤Cd形态分布及烤烟Cd含量和Cd累积量的影响.结果表明:随着生育期的延长,土壤pH和有机质含量均呈现升高的趋势.在同一Cd污染水平下,土壤pH和有机质含量均随生物炭施用量的增加而升高.随生物炭施用量的增加,土壤有效态Cd和可交换态Cd含量显著降低,土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd含量升高.移栽后30 d,处理G2T2和G2T1的土壤有效态Cd含量的降幅分别达到45.59%和24.56%.外源添加Cd的土壤中,土壤pH和有机质含量均与土壤有效态Cd和可交换态Cd含量呈显著负相关关系(p0.01),与土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量呈显著正相关关系(p0.01).在Cd污染土壤上,施用生物炭能明显降低烟株各部位Cd含量,烟株各部位干物质积累量随生物炭施用量的增加显著升高,烟株各部位Cd累积量和总Cd累积量随生物炭施用量的增加呈降低的趋势.由此说明,在Cd污染的土壤上施用生物炭能够使土壤中可被植物吸收利用的有效态Cd转化为潜在的无效态Cd,从而达到修复土壤并减轻作物受Cd毒害的目的.     

吉林黑土中Cd、Pb、As的空间分布及潜在生态风险

研究了吉林省黑土区耕层土壤(0～20cm)中Cd、Pb、As含量的分布特征及其潜在生态风险.结果表明,煤矿区周围、公路旁和城郊为农田黑土Cd、Pb、As的高含量分布区,煤矿区周围土壤Cd、Pb、As均具有明显的累积效应,公路旁和城郊的土壤外源Pb进入量较大.采用Muller地累积指数法和Hakanson潜在生态危害指数法得出的潜在生态风险评价结果表明,煤矿区土壤Cd具有很高的潜在生态风险,As具有一般风险;各采样区的Pb含量均呈现一般风险.总体而言,煤矿区土壤具有一般潜在风险,而公路旁和城郊土壤均具有低潜在生态风险.关键词:黑土;Cd;Pb;As;潜在生态风险;吉林省     

不同环境材料对Pb、Cd污染土壤的淋溶效应

为了探索环境材料对土壤中重金属的去除效果,采用土柱淋溶方法研究了不同环境材料（腐植酸HA、高分子材料SAP、粉煤灰FM及沸石FS）对污染土壤（单一Pb污染土壤、单一Cd污染土壤和Pb-Cd复合污染土壤）中铅（Pb）、镉（Cd）的淋溶效应。结果表明：添加不同环境材料处理的淋出液pH值呈现先上升后降低再上升的趋势,均为弱碱性。添加FM和复合N1（HA+SAP+FM+FS）、N2（HA+SAP+FM）处理淋出液的电导率（EC）明显高于其他。FM和复合N1、N2对单一Pb污染土壤中Pb达到显著固定作用;单一Cd污染土壤中,添加单一SAP处理所淋溶出的Cd量小于CK（未加任何环境材料）,淋溶出的Cd量为CK的63.68%,对Cd起到一定的固定作用;Pd-Cd复合污染土壤中,HA对Pb达到显著固定作用,淋出Pb量仅为CK的40.6%。SAP及复合N3对Cd的固定作用明显,淋溶出的Cd量分别为CK的55.32%、78.13%。可见,采用的环境材料对重金属淋溶能起到一定的抑制作用。