生物炭调控草原矿区土壤重金属迁移转化行为及其生物有效性的影响研究

Desert Grassland area is ecological fragile zone, in arid and semiarid climate characterized as exists in our country most serious natural ecological problems. As the economic development in pastoral area, mineral resources are developed using a wide range of, causing further damage and deterioration of the ecological environment of grassland, ecological restoration mechanism has become an important problem solving theory of ecological restoration of grassland area.. Salix and Caragana microphylla sand-fixation forest can provides the material basis of biological carbon.Bio-char is widely used in agriculture and forestry production because it has the advantages of such as high porous, specific surface area and strong adsorption ability et al.But the biological carbon for restoration of grassland area ecological environment restoration and repair mechanism is less..This project through the migration of soil elements analysis of the impact of research on biological carbon migration behavior and bioavailability of heavy metals in soil is the key technical problems,to reveal the coupling mechanism of biochar soil system. Provides new theoretical basis forgrassland ecological restoration in mining area..

荒漠草原地区为生态脆弱区，存在着我国最严重的自然生态问题。为发展地区经济，草原牧区的矿产资源被大范围的开发利用，引起了生态环境的进一步破坏和恶化，草原矿区生态修复机理的研究成为解决草原矿区生态修复的重要理论问题。. 沙柳、柠条防风固沙林的更替为生物炭提供了大量的物质基础。生物炭具有多孔性和高比表面积、强吸附能力等优点被广泛的应用农林业生产。但将生物炭用于恢复草原矿区生态系统进行生态环境修复及研究其修复机理的工作比较少。本项目通过土壤元素迁移分析技术研究生物炭对土壤重金属迁移转化行为及其生物有效性的影响这一关键技术问题，去揭示生物炭-土壤系统耦合机理。为草原矿区的生态修复提供新的理论基础。

本研究以锡林郭勒盟某铜矿区为例，评估该矿区重金属污染特征，开展了沙柳生物炭特性及对土壤理化性质的影响研究、生物炭对矿区主要重金属吸附机制的研究以及生物炭-土壤系统生态修复效应等方面的研究。结果表明： (1)沙柳生物质pH值呈碱性，具有比表面积大、阳离子交换量高等特性，碘离子吸附量是秸秆生物炭的150倍左右。沙柳生物炭添加土壤系统后，可有效改善土壤系统理化性质。（2）研究区受西北风影响，以矿区为中心，重金属污染空间分布为东南＞东北＞西南＞西北，其中Cu和Cd都为重度污染，Cu的单项污染指数最大为18.59，Cd的单项污染指数最大为4.42，均高于单项污染指数评价的重度污染指标。（3）沙柳生物炭吸附水溶液中的Cu2+过程表明是表面和内部同时进行的复合吸附过程。Lagergren准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Freundlich、Temkim等温吸附模型能够较好的描述沙柳生物炭对溶液中Cu2+的动力学吸附过程（R2>0.99）及等温吸附过程（R2>0.56），沙柳生物炭对溶液中Cu2+的吸附并非单层的吸附，而是复杂的吸附过程。沙柳生物炭对溶液中Cu2+的吸附量最大为19.13mg/g,且在弱酸环境下有利于沙柳生物炭的吸附作用；当吸附16h后，沙柳生物炭对Cu2+的吸附量和吸附率均达到峰值后且不再随吸附时间的延长而增加；沙柳生物炭的吸附量、吸附率与吸附时间、溶液PH值均呈显著正相关关系（p<0.05）。（4）沙柳生物炭的生物有效性好，影响铜元素的迁移行为。在不同污染条件下，富集程度表现为：冰草根系＞土壤＞冰草茎叶。不同污染条件下，沙柳生物炭添加比例为1%时，铜在土壤-冰草中的迁移系数最小，分别为0.05、0.04、0.04。添加0.8%-1%沙柳生物炭对土壤和冰草的有效性表现最优。.因此，生物炭具有很好的环境安全性，具有比较好的土壤改良作用，同时是植物“碳封存”的重要组成部分，具有广阔的应用前景。因此，本研究为荒漠草原矿区的生态修复提供了理论和实践基础，为今后深入开展生物炭的环境效应及推广生物炭技术提供了理论基础。