根际环境对生物炭吸附锁定镉长效性影响研究

Based on the important role in agricultural production and resistance control of contaminants, biochar is an efficient and low-cost remediation material for contaminant soils. However, biochar may happen a series of physicochemical and biological reactions in soil, and change its properties, which will affect the biochar’s sorption capacity, and thus alter the remediation effect for long-term. In order to evaluate the sorption and sequestration ability of biochar for long-term, this project will investigate the impact of tomato rhizosphere environment on the bioavailability of familiar pollutant cadmium (Cd) in biochar amended soils through continuous potted experiment. Several kind of biochars with different physicochemical properties produced from representative agricultural waste and pyrolysed at different temperatures will be used as the materials. To achieve this goal, three aspects will be studied centering the tomato rhizosphere environment in biochar amended soil: the real existed form of biochars, dynamic changes in the bioavaibility of the biochar sorbed Cd, and the desorption effect of rhizosphere solution and its compositions on biochar sorbed Cd. This study will elucidate the mechanism of rhizosphere effect on biochar properties, and definite the key components in rhizosphere solution affecting bioavaibility of biochar sorbed Cd. Finally, the external key factors controlling tomato uptaking of Cd will be confirmed, and this study will provide scientific basis to promote the healthy development for remediation technology of contaminated soil with biochar.

生物炭在农业生产和污染物阻控方面的突出作用，成为了一种高效低廉的污染土壤修复材料。但生物炭在土壤环境中发生的物理化学和生物学变化，导致其理化性质改变，从而影响其对污染物的吸附锁定能力，这直接关系到生物炭修复污染土壤的长效性。本项目选择了几种不同性质的生物炭作为研究材料，以番茄作为模式农作物，采用实际镉污染土壤进行连续盆栽实验，研究根际环境下生物炭吸附锁定镉的长效性，重点围绕根际环境下生物炭的真实赋存形态及其吸附锁定镉的生物有效性的动态变化，和根际溶液在生物炭胁迫下组分的变化及对生物炭吸附态镉的解吸作用，初步阐明根际环境对生物炭性质的影响机制和根际溶液中影响生物炭吸附态镉生物有效性的关键组分，明确控制番茄作物吸收富集镉的外部关键因素，以期为推动生物炭修复污染土壤技术的健康发展提供科学依据。

生物炭在农业生产和污染物阻控方面的突出作用，成为了一种高效低廉的污染土壤修复材料。但生物炭在土壤环境中发生的物理化学和生物学变化，导致其理化性质改变，从而影响其对污染物的吸附锁定能力，这直接关系到生物炭修复污染土壤的长效性。本项目选择性质和来源不同的生物炭，以及理化性质不同且受镉污染的土壤为受试介质，以小麦为研究对象，系统研究镉污染土壤中小麦根际环境对生物炭赋存形态和生物炭吸附态镉生物有效性的影响及其机制。研究结果表明：. 随着生物炭热解温度的升高，沉淀作用在生物炭吸附Cd过程中的贡献率升高，而离子交换作用和络合作用贡献率下降；无机沉淀作用和离子交换作用为灰分含量较高的生物炭吸附Cd的主要机理。土壤粘土矿物可通过孔填充作用或者粘附着在生物炭表面，一方面改变了生物炭的整体和表面元素组成，另一方面影响了生物炭的微孔结构和比表面积。植物根系也对生物炭性质造成影响。小麦根系对生物炭性质的影响与生物炭自身性质以及距离小麦根系远近程度有关。低温制备的生物炭内无机组分更容易释放出来。高温制备的生物炭元素组成变化主要是由根系分泌物及其代谢物在生物炭上的吸附导致的。. 根系分泌物也会促使生物炭上吸附的Cd解吸下来，对低温生物炭上Cd的解吸作用较高温生物炭明显。草酸和苹果酸主要通过溶解Cd沉淀促进生物炭上吸附态Cd的解吸，而对络合态吸附的Cd解吸作用较弱。. 生物炭对土壤Cd钝化效果具有一定的长效性。生物炭对酸性土壤中Cd的钝化效果强于碱性土壤。随着种植时间延长，生物炭对碱性土壤中Cd的钝化作用逐渐增强。灰分含量高的高温制备的生物炭对两种土壤中Cd的固定能力最强。. 生物炭施用对碱性土壤pH值影响不显著，但缓解了Cd污染对油菜生长的影响，提高了油菜生长量，也抑制了油菜对Cd的富集。但是生物炭钝化碱性土壤机理于酸性土壤不同，生物炭可能间接地影响土壤颗粒性质，导致土壤颗粒上的重金属释放到土壤溶液中而重新分布。