生物质灰分对土壤重金属迁移和转化的影响研究

森林火灾不仅使得土壤表面残留大量灰分,还导致土壤物化性质变化,其对土壤中重金属迁移和转化的影响至关重要。通过模拟野火燃烧生物质制备灰分,将不同比例(0%、1%、5%、10%)的灰分与污染土样混匀进行土壤培养试验,探究灰分比例对土壤理化性质和重金属迁移、转化的影响;通过土柱淋溶试验模拟不同pH(3.8、4.7、5.6)降雨条件下土壤重金属的释放特征。土壤培养表明:灰分的引入显著提高土壤pH、阳离子交换量和有机质含量,且随着灰分投加比例越大,效果越明显;生物质灰分能显著降低土壤中重金属有效态的比例,降低重金属的迁移能力;随着灰分投加比例的增加,重金属固定率不断增加;各重金属固定率的顺序为Pb>Zn>Cu>Cd。淋溶试验表明:淋溶前期,燃烧土壤淋出液中重金属浓度普遍高于未燃烧土壤(Cd除外),分别可增加7.43~24.34 mg/L(Zn)、0.89~1.69 mg/L(Cu)、0.102~0.141 mg/L(Pb);淋溶中后期燃烧土壤的淋出液中重金属浓度则低于未燃烧土壤,说明生物质灰分对土壤中重金属的释放起到一定缓冲和固定作用。

降雨条件下生物质灰对土壤镉迁移性的影响

为了探究林火中生物质灰在降雨条件下对土壤中镉(Cd)迁移行为的影响机制,以樟树树叶为原料通过露天燃烧制备生物质灰,按0,5%灰土比加入林地污染土壤中,并在两种雨水(pH=3.8,7.0)条件下开展系列土柱淋溶试验。结果表明:(1)生物质灰在两种淋溶条件下均会提高淋溶液pH、电导率(EC)、土壤溶解性有机碳(DOC)和阳离子交换量(CEC),在酸雨淋溶下pH和DOC值会略低于降雨pH为7.0时。(2)施加生物质灰后土柱中Cd迁移量分别下降了2.5 mg/kg(pH=7.0),2.8 mg/kg(pH=3.8),总镉累计释放量下降了52.6%~64.6%,总淋失率降低了2.8%~34.8%。(3)对土壤中Cd元素释放过程进行拟合,结果较好的是抛物线扩散方程和Elovich方程,表明Cd在降雨条件下的释放过程是由多种因素控制且活化能变化较大的复杂反应过程。综合而言生物质灰会改善土壤物化性质,降低Cd向土壤深层迁移的风险,减少Cd的淋失量,简廉易得且二次污染小,研究为评估重金属镉从林地土壤向水体迁移的环境风险提供理论支撑,生物质灰可作为一种修复材料应用于林地镉污染土壤中,有效促进地表植被生长。