生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响

为探索生物炭作为改良剂修复矿区重金属污染土壤的可行性,以玉米秸秆为原料在450℃制备生物炭,采用扫描电镜、能谱分析以及傅里叶变换红外光谱等分析与测试手段对其进行表征。采用室内连续培养的方法,研究在不同培养时间条件下,添加不同施用量(0、1%、3%和5%)的生物炭后,对矿区土壤pH,阳离子交换量(CEC),土壤重金属Cu、Zn、Pb和Mn有效性以及重金属不同形态变化的影响。结果表明:生物炭能够提高土壤的pH和CEC,且都随着添加量的增加而增加。56d土壤培养后,与对照相比,1%、3%和5%添加水平下pH分别增加了1.14个、1.42个和1.67个单位,土壤CEC分别增加了2.02cmol/kg、3.60cmol/kg和5.39cmol/kg。添加不同含量生物炭后,土壤中有效态重金属均呈现不同程度的降低,而且生物炭添加量越大,降幅也越大。在5%添加水平下,生物炭分别使Cu、Zn、Pb和Mn有效态下降了49.2%、46.2%、72.5%和26.3%。重金属有效态含量与土壤pH、CEC均呈显著负相关关系。添加生物炭后,土壤中重金属的形态发生了变化,由易迁移的弱酸提取态向更加稳定的残渣态转化,且生物炭添加量越大,钝化效果越显著。综上所述,玉米秸秆生物炭的添加提高了矿区重金属复合污染土壤的pH和CEC,促进了重金属复合污染土壤中Cu、Zn、Pb和Mn的弱酸提取态向化学性质稳定的残渣态转化,降低了土壤重金属的有效性,实现了对重金属复合污染土壤的修复。