浅谈科学发展与城市经济管理
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： 以质量分数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）05-1199-07
Immobilization of soil cadmium and zinc by different raw material derived biochars
BAI 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， Zhejiang A&F University， Hangzhou 311300， China; 2.Nvbu Neighbourhood Office of Jinhua City in Zhejiang Province， Jinhua 321100， China）
百花悬念故事
中国图书馆分类法 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.
文化大繁荣
Key words： biochar; immobilization remediation; cadmium; zinc
耕地土壤重金屬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。相关报道显示，全国污染土地面积累计约 2 000 hm 2 ，几乎涵盖了所有省（区、市） [1] 。与其他重金属元素相比，土壤镉（Cd）表现出更强的毒性，且更易在土壤中溶解、迁移，在食物链中富集 [2] 。土壤中锌（Zn）是营养元素，但浓度过高时则是重金属污染元素 [3] 。为了保障农产品质量安全，目前普遍采用的化学钝化修复技术，被认为是土壤重金属污染治理最经济有效的修复方法之一，即通过添加钝化剂，调节污染土壤重金属赋存形态，促进植物可吸收的不稳定形态向稳定态转化，降低重金属污染风险 [4-5] 。常用钝化剂如生石灰、钙镁磷肥等可通过提升土壤pH值，促使重金属Cd 2+ 、Zn 2+ 向结合态发生转化，并且钙离子、镁离子与重金属离子存在一定的拮抗作用 [6] 。实际生产中，为了达到良好的钝化效果，往往需要加大钝化剂用量，由此又会带来次生风险，如土壤磷积累易引起富营养化，施用生石灰易引起土壤板结及微量元素营养失调等问题 [7] 。
近年来，生物炭在耕地土壤修复方面表现出极大的潜力，可以降低重金属在土壤中的
富集量，因此常将生物炭作为钝化材料 [8] 。木材、果壳、秸秆等农林废弃物（AFW）均可作为生物炭的原材料，这些原材料种类多、来源广、成本低，更适合大规模推广应用。 AFW中常含有相当可观的纤维素和半纤维素，经炭化改性，能极大地提高其对重金属的吸附效率，这种处理方式不仅能够减轻废弃物处理的环境压力，更有利于提升农林废弃物的利用效率。生物炭钝化效果受原料类型、土壤特性、施加量及污染程度等因素影响 [9] 。岳建芝等 [10] 的研究结果显示，不同施用量的花生壳炭对污泥中铜、锌钝化效果差异较大，30%花生壳炭能显著减少铜可利用态含量，但对锌作用效果较差。李双丽等 [11] 的研究结果显示，等量稻壳炭对铅（Pb）、Cd高污染土壤修复能力有限，而对低污染土壤修复效果良好。周强等 [3] 采用350 ℃、550 ℃热解温度制得稻壳炭，以1%、3%、5%质量分数施入Zn污染土壤中，结果显示，稻壳炭对Zn的吸附固定能力以及自身稳定性随施用量和制得温度不同而有较大差异。
考虑到材料资源、投入成本及次生风险，本研究以Cd、Zn复合污染农田土壤为研究对象，添加不同用量的生物炭（砻糠炭、木炭、竹炭），探究不同原材料生物炭对土壤理化性质的影响及其对重金属污染土壤修复效果的差异，以期探索Cd、Zn污染土壤最佳钝化材料及其施用量，为耕地土壤污染治理提供理论依据和材料。中板厂
1 材料与方法
1.1 供试土壤样品
供试土壤样品采自温州市农业科学院试验基地种植小麦和蔬菜的旱地 0～ 20 cm表层土壤，属轻黏土，在阴凉处风干后，捣碎、研磨过10目筛备用。土壤pH值为6.16，有机质、碱解氮、速效钾、有效磷含量分别为50.23 g/kg ，355.98 mg/kg 、170.76 mg/kg 、31.43 mg/kg ，全Cd、全Zn含量分别为3.43 mg/kg 、228.15 mg/kg ，有效态Cd、有效態Zn含量分别为0.49 mg/kg 、39.01 mg/kg 。
1.2 供试材料
供试材料共4种，钙镁磷肥、木炭、砻糠炭、竹炭均为市售，其理化性质如表1所示。
1.3 试验设计
1.3.1 土壤培养试验 按质量分数0、0.1%、1.0%将上述不同种类钝化剂分别添加至供试土壤中，进行土壤培养试验，共设9个处理：不添加钝化剂（CK）、0.1%钙镁磷肥（T1）
、1.0%钙镁磷肥（T2）、0.1%砻糠炭（T3）、1.0%砻糠炭（T4）、0.1%木炭（T5）、1.0%木炭（T6）、0.1%竹炭（T7）、1.0%竹炭（T8），每个处理重复3次。将600 g风干土壤与钝化剂混合均匀后，置于1.5 L的塑料盆中，塑料盆放置在25 ℃的恒温培养箱中，每7 d称质量并补充水分，调节并保持土壤含水量在田间持水量的70%。使用带小孔的保鲜膜和橡皮筋将塑料盆封口，培养90 d。样品风干、研磨后，分别过孔径为2 mm和0.149 mm（100目）筛供分析测定。
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