生物炭對稻田土壤重金屬生物有效性的影響與作用機(jī)制.pdf

1、工礦業(yè)的迅速發(fā)展使土壤重金屬污染日益加劇，土壤重金屬污染已經(jīng)成為制約可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。生物炭具有高比表面積、孔隙率和離子交換能力等特性，可以固定土壤重金屬，具有降低重金屬生態(tài)毒性的潛力。本研究通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)明確生物炭對污染土壤中重金屬的環(huán)境行為與環(huán)境效應(yīng)的影響，對保護(hù)土壤環(huán)境、改善土壤質(zhì)量、減少有毒元素向食物鏈轉(zhuǎn)移具有積極意義和長遠(yuǎn)應(yīng)用前景。本研究以水稻秸稈和水葫蘆殘?bào)w為原材料制備生物炭(分別簡稱BCR和BCW)，施入Cd/Pb/

2、As復(fù)合污染土壤中進(jìn)行共育，系統(tǒng)分析該過程中土壤重金屬的化學(xué)形態(tài)變化，并利用模擬酸雨進(jìn)行土柱淋溶實(shí)驗(yàn)，考察生物炭對三類重金屬遷移性和生物有效性的影響。根據(jù)該部分結(jié)果，分別將BCR和稻草基負(fù)載鐵生物炭(BCFe)施入含Cd/As污染的稻田土壤，進(jìn)行水稻盆栽實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)解析了BCR和BCFe對水稻積累Cd/As的影響效果與機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　1.生物炭可以改善酸性稻田土壤性質(zhì)，增加土壤pH和CEC值，且隨施用量增加而增加。

3、　　2.稻草基生物炭和水葫蘆生物炭施入土壤中培育30d后，不同程度地降低了土壤中CaCl2提取態(tài)Cd/Pb含量和KH2PO4提取態(tài)As含量，其中，2％BCW對CaCl2-Cd和Pb的降低幅度最大，均高達(dá)73.3％。同時(shí)，兩類生物炭的施入使稻土中Cd、Pb、As的SPLP浸出量分別降低60％，31.9％和9.6％。
　　3.根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)論，采用2％比例BCW處理土壤和對照土壤進(jìn)行土柱酸雨淋溶實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭的施入可以有效

4、降低長期酸雨淋溶條件下的土壤Cd浸出量，同時(shí)對土壤中As的酸性溶出濃度影響較小，但生物炭的加入會(huì)顯著增加淋溶前期淋濾液中的Pb濃度，說明生物炭的施用會(huì)對土壤中Pb的溶出帶來重要風(fēng)險(xiǎn)。
　　4.通過對淋溶前后樣品中重金屬形態(tài)的分級提取，發(fā)現(xiàn)2％BCW降低了土壤中易溶態(tài)Cd，而增加了碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe/Mn氧化物態(tài)和有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)，說明BCW對土壤中Cd具有鈍化效果，可以降低Cd的生物有效性，而對Pb和As的溶出具有一定風(fēng)險(xiǎn)，2％BCW

5、會(huì)使土壤中可溶態(tài)和表面吸附態(tài)As含量增加，也會(huì)增加土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb含量。
　　5.通過水稻盆栽實(shí)驗(yàn)，研究了生物炭和負(fù)載鐵生物炭對Cd/As復(fù)合污染條件下水稻根際區(qū)環(huán)境的影響及不同器官中重金屬積累的差異性。結(jié)果表明BCR在在水稻生長前期可以增加根際區(qū)pH值;在水稻整個(gè)生長期，BCR可使孔隙水中總Cd含量降低8.4-66.2％，而BCFe可使孔隙水中總As含量降低11.3-50.9％。
　　6.BCR可使水稻根、谷殼和糙米

6、中Cd濃度分別降低48.9-68.4％、36.0-69.7％、26.1-48.7％;而BCFe處理可以使水稻根、莖、谷殼和糙米對As的積累濃度分別降低25.8-28.7％、13.1-28.8％、21.1-22.9％、3.5-8.8％。
　　根據(jù)以上結(jié)果，生物炭對降低土壤中重金屬生物有效性具有重要潛力，生物炭類型及其添加比例，對重金屬活性影響不同，其中BCW和BCR對土壤中Cd的固定效果較好，而BCFe對土壤中As具有顯著鈍化作用。