镧改性生物炭对砷污染红壤的修复效应及酶活性的影响

高温限氧裂解制备而成的生物炭作为农业废弃物资源化利用及固碳减排的重要抓手,在环境污染修复领域发挥了重要作用,市场前景较好。作为土壤修复的功能材料,生物炭对重金属吸附固定能力不足,限制了其应用推广,而生物炭经改性设计后制备的工程材料已成为修复土壤重金属污染的重要发展方向。本研究以木屑为原料制备生物炭(BC),辅以镧改性设计制得镧改性生物炭(LBC),开展为期30d的土壤培养试验,以施用镧改性生物炭(LBC)、生物炭(BC)、不施炭材料(CK)的砷污染红壤为研究对象,设置30%、70%、100%田间持水量共3种土壤含水量条件,探讨生物炭在镧改性前后对不同水分条件下的砷污染红壤的修复效应。结果表明:(1)施用镧改性生物炭有利于缓解南方红壤的酸化现象。当土壤培养试验结束时,在30%、70%、100%田间持水量下,LBC处理的土壤pH值较CK处理升高0.86~1.20个单位,较BC处理提升0.09~0.44个单位。(2)施用镧改性生物炭有助于固定污染红壤中的砷。LBC应用于不同土壤含水量条件下的砷污染红壤,全周期固定效率达54.7%~90.0%,培养末期(第30天)固定效率达81.0%~85.8%,BC施用后在全周期内土壤砷较CK处理活化135.4%~895.9%。(3)镧改性生物炭对土壤砷的固定效应主要与施用后土壤砷形态的转化有关。LBC施用后土壤砷由非专性吸附态向残渣态等稳定的形态转化,而添加BC的土壤中非专性吸附态砷含量升高,促进了土壤砷活化。(4)镧改性生物炭修复砷污染红壤的同时,对土壤酶活性等微生态情况未构成明显不良影响。施用LBC可以提升土壤脲酶及过氧化氢酶活性,虽导致土壤磷酸酶及蔗糖酶活性略有降低,但土壤蔗糖酶活性较BC处理更高。综上所述,镧改性生物炭应用于砷污染红壤修复潜力较大。