生物炭和石灰作为泥土钝化剂施用可以或许有用地下降泥土中重金属的生物有用性，而聚丙烯酰胺（PAM）在改良泥土理化性质方面结果显著。本研究在摹拟镉（Cd）污染泥土中零丁施加分歧改进剂和其分歧组合，比力分歧处置对泥土理化性质、Cd 的有用性和形态转变的影响。

成果注解，石灰、生物炭可以有用钝化泥土中的重金属，泥土有用Cd 含量比对比组别离下降了43.69%~57.00%、8.42%~11.83%；石灰与生物炭的组合结果在复配处置中最为显著，使泥土有用Cd的含量下降45.38%~62.22%；可是石灰会使泥土pH 增添29.05%~50.90%，对泥土理化性质有必然的负面影响。PAM 虽没有显著影响Cd 的有用态和形态转变，但却提高了泥土团粒体含量。三者共施可以或许使泥土中有用态Cd 含量下降46.13%~62.48%，并改良泥土布局；从形态散布来看，则较着削弱了弱酸提取态和可还原态Cd 比例，难操纵态Cd 比例显著增添。

本研究成果注解，PAM+生物炭+石灰三者配合施用可以在不合错误泥土性质造成较年夜负面影响的条件下，有用下降泥土中可操纵态Cd 含量，这对重金属污染泥土的钝化修复具有必然的参考价值。

前 言

泥土重金属污染已成为全球存眷的重年夜情况问题之一，而重金属Cd 以其高毒性、高迁徙性和污染的隐藏性备受存眷，Cd 经由过程根系接收和体内转运在植物可食部门堆集从而进入食品链被人体摄取。泥土Cd 污染已对农产物平安和人体健康发生了极年夜的要挟，其污染修复手艺成为火急需求。今朝重金属泥土的修复手艺首要有工程办法、物理化学方式、植物修复方式和微生物修复方式。此中化学方式本钱较低、对泥土情况扰动小、轻易实行且不会带来二次污染，是一种经常使用的修复办法。此中，经常使用的化学改进剂有碱性物资和有机物等。

今朝生物炭在修复泥土重金属污染方面已睁开了年夜量的研究。生物炭的孔隙布局很是发财而且概况附着年夜量的官能团和负电荷，经由过程提高泥土pH、阳离子吸附感化和改良泥土肥力下降重金属的生物有用性、迁徙率和对植物的迫害感化。很多研究注解添加生物炭会增进泥土中可操纵态Cd 向难操纵态Cd 转化，而且会下降泥土中重金属的有用性；陈昱等研究注解添加量为5%的牛粪生物炭和秸秆生物炭可有用修复Cd 污染泥土。同时生物炭的原料易得而且含量丰硕，可以或许年夜量地用在修复被重金属污染的泥土。而石灰作为一种古老的泥土改进剂，经由过程改变泥土pH、泥土阳离子互换量、泥土微生物群落构成、泥土氧化还原电位等进程影响重金属在泥土中的吸附、沉淀、络合等，进而对受污染的泥土进行修复。谢运河等施用赤泥和石灰等碱性物资下降了泥土中重金属Cd 的有用性而且削减玉米对有用态Cd 的接收量。石灰和矿物肥处置可以或许使稻米Cd 含量下降到对比的20%~30%。石灰因为其在污染泥土修复方面具有本钱低廉、操作简单等特点遭到普遍存眷。

聚丙烯酰胺（PAM）是一种线型水溶性高份子物资，可与很多物资发生亲和、吸附从而具有絮凝、团圆感化。今朝，PAM 的利用研究多集中在泥土板结改进、水土流掉防治、节水灌概、农业莳植等方面。研究发现PAM 可以或许增添泥土的团粒布局，在改良泥土布局和保水持水等方面具有较着的结果。而且PAM 可以或许与废水中的重金属悬浮物产生絮凝感化，对重金属的钝化有必然的结果。但PAM 对重金属修复结果或与其他修复剂配施结果方面的研究尚很少见。另外，在泥土钝化剂研究方面，对单一钝化材料的研究较多，对常见钝化材料共同施用结果的研究相对较少。

为此，本研究以石灰、生物炭、PAM 为材料，研究其零丁和共同施用对泥土Cd 形态和泥土理化性质的影响，为泥土Cd 污染防控供给理论根据。

1 材料与方式

1.1供试材料

供试泥土取自青岛市城阳区某耕地的棕壤，该pH 为6.9，CEC 为26.93 cmol?kg-1，有机质为17.84 g?kg-1，总Cd 含量为0.20 mg?kg-1。泥土颠末天然风干、研磨过5 mm 筛后施加以CdSO4 配制的Cd 溶液，使外源Cd 含量到达5 mg?kg-1，并连结田间持水量的80%，培育90 d 后，风干、木锤研碎、搅拌混匀、过2 mm 筛。

供试生物炭材料选自原材料较遍及的玉米秸秆，用磨碎机充实研磨，装入铁盒，并将其放入马弗炉内，采取“高温分化”法在450 ℃ 的高温下，将有机物资置在缺氧状况下加热4 h，在炉温降至室温后掏出，将所制备的生物炭过2 mm 筛，装入密封袋备用；玉米秸秆生物炭根基理化性质：产率为30.21%、pH 为9.72、总磷为10.11 g?kg-1、总氮为1.06 g?kg-1。扫描电镜不雅察显示（图 1），玉米生物资炭化后的骨架布局变得加倍清楚、凸起，主体炭架布局较着，孔隙布局很是丰硕。由电镜阐发可知，其平均孔径巨细为6.5 μm。所用PAM 为阴离子型，份子量年夜在300 万；供试石灰为阐发纯的氢氧化钙试剂。

1.2尝试方案

实验在山东省青岛农业年夜学尝试室中进行。按尝试要求插手生物炭（B）、石灰（L）和PAM（P），每盆处置在装入泥土之前，在桶外将所加试剂与供试泥土充实混匀，定量转移到盆中后插手去离子水，使泥土水份连结其田间持水量的80%，并在（25±2）℃前提下在人工天气箱内培育180 d。尝试设置三个PAM 程度：0、60、120 mg?kg-1、三个石灰程度：0、10、20 g?kg-1 和三个生物炭程度0、10、20 g?kg-1，而且将分歧浓度两种和三种改进剂共同施用，分歧组合中的改进剂采取低浓度与低浓度、高浓度与高浓度进行复配。尝试所用容器为圆柱形塑料桶，蒸馏水清洗清洁后晾干。每盆基准泥土为1 kg。培育前设定尺度试样，后期向泥土中添加去离子水，施加频率定为每周两次，施加量为所定尺度试样到达田间持水量的80%。培育竣事后，先用环美金取土，将称量后的环美金和泥土在105 ℃烘箱中烘至恒质量后测定泥土容重和比重，将剩下的供试泥土在天然前提下风干、木锤研碎、搅拌混匀、过2 mm 筛，装入密封袋中保留待测。所有处置反复3 次。

1.3指标阐发

泥土理化性质测定参考鲁如坤等的方式，pH 值采取玻璃电极法（土:水=1:2.5）测定，全氮采取凯氏定氮法测定，速效磷采取碳酸氢钠法测定，CEC 采取乙酸铵互换法测定，有机质采取重镉酸钾容量法测定。泥土孔隙度按照泥土容重和比重计较而得。样品Cd 的浓度采取原子接收光谱仪测定，此中全Cd 采取HCl-HNO3-HF-HClO4 消煮，有用态Cd 采取DTPA 浸提法，酸溶态Cd（弱酸提取态）、可还原态Cd、难操纵态Cd 三种形态采取改良BCR 持续提取法，此中，可氧化态较难被生物操纵，且所占比例较低，与残渣态归并难堪操纵态Cd。

1.4数据处置

所得数据采取Excel 2010 进行清算，并用SPSS 19 统计阐发软件进行阐发，Origin 7.5 制图。

2 成果与会商

2.1泥土理化性质

石灰、生物炭和PAM 都能提高泥土孔隙度，增添量别离为4.07%~7.53%、2.10%~5.42%和4.93%~ 8.95%（表 1）。石灰的施用会将泥土中的互换性铝转换成羟基铝聚合物，这些聚合物经由过程削减泥土黏粒的概况负电荷使泥土胶体与颗粒相连系构成团圆体，增添泥土孔隙度。生物炭本身具有的多孔布局和吸附能力可以或许增添泥土孔隙度进而改进泥土布局。战秀梅等研究注解生物炭可以或许显著地增添泥土孔隙度与本尝试成果相一致，PAM 不但能保持泥土中的团粒布局，而且能增进新的泥土团圆体的构成，增添泥土孔隙度，改良泥土布局。

与对比组比拟施加生物炭后泥土有机质含量提高了15.07%~61.71%。有机质含量显著增添（表 1），与泥土有机质含量同生物炭施用量呈显著正相干结论相一致。生物炭的元素构成首要包罗碳（一般高达60%以上），在泥土中插手生物炭能有用削弱有机质的矿化效应而且增添有机质的含量；石灰与生物炭恰好相反，插手后使泥土有机质含量下降13.85%（P 0.05）；施用石灰改良泥土微生物的勾当前提，加快含碳有机物的转化，增添泥土含氮量，增进有机质的分化，从而释放出更多的营养。可是PAM 的插手对泥土中有机质的含量并未发生影响，这与他人的研究成果一致，PAM 首要是加强泥土的团粒布局，对泥土布局和保水性质影响较年夜，而对泥土化学性质无显著影响。

由表 1 可知，施用石灰、生物炭后的泥土pH 值别离增添到7.24 和7.81、8.84和10.34，石灰和生物炭复配组合使泥土pH 相对对比组别离增添了1.69 和1.8。因为石灰是一种碱性物资，可以中和泥土中互换性酸和活性酸且使泥土pH 值升高；添加生物炭增添泥土中的盐基离子（钾、钠、钙、镁等）经由过程吸持感化下降泥土的互换性氢离子和互换性铝离子的含量使泥土pH 值升高。在施加PAM 后泥土的pH 值转变不显著，与PAM 首要影响泥土物理性质相吻合。

石灰中年夜量的Ca2+ 迁徙到粘土颗粒概况代替泥土中的Na+ 和K+ 等阳离子，进行阳离子互换，亦使阳离子互换量增添；由表 1 可知，石灰的插手使阳离子互换量显著提高了19.01%~39.1%。生物炭和PAM 的插手使泥土中阳离子互换量转变不显著，这与生物资炭可以提高泥土CEC 的结论相反，可是也有研究注解泥土CEC 的构成首要与泥土中有机质含量和黏粒含量有关，而在有机质含量高的泥土中，因为泥土自己已具有较高CEC，生物资炭对提高泥土CEC 的感化相对较弱；而且PAM 在泥土中首要以阴离子情势存在，不会对泥土CEC 发生影响。

2.2分歧改进剂对泥土中Cd 形态的影响

2.2.1分歧改进剂对泥土有用态Cd 含量的影响

图 2 为施加分歧种类、浓度的改进剂后泥土中有用态Cd 的含量。与对比组比拟，单一施用石灰、生物炭、PAM 三种改进剂，在低浓度时有用态Cd 含量别离下降了43.69%、8.42%、0博冠体育%，高浓度时别离下降了57.00%、11.83%、0%，在三种改进剂分歧组合中，施加低浓度时有用态Cd 含量别离下降43.77%（P+L）、7.63%（P+B）、45.38%（L+B）、46.13%（P+L+B），高浓度时别离下降60.57%（P+L）、11.58%（P+B）、62.22%（L+ B）、62.48%（P+B+L）。石灰、生物炭的施加能使泥土中有用态Cd 含量显著减小，但石灰的结果要优在生物炭。石灰是碱性物资，插手泥土后会在必然水平上改变其酸碱性，使泥土pH 值升高，pH 值的升高致使了泥土Cd 赋存形态的转变，重金属在泥土固相中的吸附能力随pH 值的升高而加强，其生物有用性随pH 值的升高而下降；而且生物炭具有很年夜的比概况积、孔隙率和离子互换能力，可以吸附有机污染物和重金属；有研究注解，PAM 在泥土中的感化首要是改良泥土物理性质，所以PAM 的插手没有改变有用态Cd 含量。在下降泥土有用态Cd 含量方面，L+B 和P+L+B 的组合下降结果较着要优在其他组合，且各组随浓度提高其各自下降有用态Cd 含量的结果均有显著性提高。

2.2.2分歧改进剂对泥土弱酸提取态Cd 含量的影响

添加生物炭可以增进弱酸提取态Cd 向可氧化态Cd 转化。Pb、Cd 复合污染泥土中Pb-Cd 交互感化极显著，添加生物炭削弱了交互感化对弱酸提取态Pb 的影响。图 3 为泥土中施加分歧种类、浓度改进剂后泥土中弱酸提取态Cd 的含量，与对比组比拟较，在三种分歧改进剂处置中，石灰的插手使得弱酸提取态含量削减最为显著，低浓度削减23.28%、高浓度削减34.31%。而施加PAM 的处置组泥土中所含的弱酸提取态Cd 含量并没有产生显著改变，可疏忽。在泥土中施加分歧种类、浓度的夹杂改进剂后，与对比组比拟，L+B、P+L、P+B和P+B+L的组合在施加后泥土中的弱酸提取态Cd 含量别离在低浓度时削减38.75%、24.77%、20.05%、36.35%，高浓度时削减41.17%、35.20%、27.94%、39.45%（图 3）。在下降泥土弱酸提取态Cd 方面，L+B、L+B+P组合要比其他组合的下降结果显著；各组合随浓度提高其各自下降弱酸提取态Cd 含量的结果均有显著性提高。

2.2.3分歧改进剂对泥土还原态Cd 含量的影响

图 4 为泥土中施加分歧种类、浓度改进剂后泥土中可还原态Cd 的含量。由图 4 可知，在施加石灰、生物炭、PAM 后，泥土中的可还原态Cd 含量在低浓度时别离下降19.30%、15.99%、0.80%，高浓度时别离下降24.45%、23.16%、-0.70%；施加分歧种类、浓度的夹杂改进剂后，三种改进剂的分歧组合处置在与对比组比拟，泥土中可还原态Cd 含量在低浓度时别离下降14.56%（L+B）、8.64%（P+B）、14.89%（P+L）、21.23%（P+B+L），高浓度时别离下降22.24%（L+B）、9.74%（P+B）、26.84%（P+L）、21.87%（P+B+L），经由过程添加石灰和生物炭提高泥土pH，使泥土中的胶体和黏粒对重金属离子的吸附能力削弱，使泥土和泥土溶液中的有用态和可互换态重金属离子数目削减，促其向铁锰氧化态Cd 和有机连系态Cd 转化，从而下降泥土中的重金属含量。而且从泥土可还原态Cd 转变量可以看出石灰的改进结果最好，生物炭较好，而PAM 的插手与对比组比拟影响不显著。

2.2.4分歧改进剂对泥土难操纵态Cd 含量的影响

图 5 为泥土中施加分歧种类、浓度改进剂后泥土中难操纵态Cd 的含量。三组处置与对比组比拟，泥土中难操纵态Cd 含量在单一施加低浓度改进剂时别离增添了2.23%（P）、29.36%（L）、23.27%（B），施加高浓度时别离增添3.31%（P）、40.67%（L）、25.21%（B）；泥土中施加分歧种类、浓度的夹杂改进剂后，与对比组比拟，泥土中难操纵态Cd 含量在施加低浓度改进剂时别离增添29.87%（P+L）、23.78%（P+B）、34.48%（L+B）、36.29%（P+L+B），高浓度时别离增添42.62%（P+L）、26.39%（P+B）、53.61%（L+B）、56.18%（P+L+ B）。三种改进剂分歧处置泥土中难操纵态Cd 的含量均有所增添，且增添量与施加浓度呈正相干，此中P+ L+B 的组合结果最好，可以或许有用地增添泥土中难操纵态Cd 的含量。颠末生物炭和石灰处置的泥土中难操纵态Cd 含量显著增添，而在PAM 处置后泥土中难操纵态Cd 有所增添，但与对比组差别其实不显著。生物炭带有年夜量的概况负电荷和高电荷密度的特征，能构成电磁场，使得生物炭能很好地吸附泥土中的重金属Cd，进而下降生物可操纵态Cd 的含量；而PAM 对残渣态的重金属有必然的的絮凝感化，可是这类絮凝感化会遭到石灰和生物炭pH 值等多种身分彼此感化的影响。

图 6 为施加分歧种类、浓度改进剂后泥土中Cd 形态阐发成果。与对比组比拟，在添加分歧试剂组合的改进剂后泥土中各形态Cd 的含量转变中P+L+B 的难操纵态Cd 含量最高，重金属钝化结果最好。经P+ L+B 复配处置后，泥土中Cd 酸可提取态由对比的15.13%降落至13.55%，可还原态由48.16%降落至32.04%，残渣态由36.71%升至54.41%。泥土中插手石灰和生物炭会使泥土pH 升高，从而增添泥土对重金属Cd 的吸附能力，而且影响泥土Cd 形态转变。相对生物炭处置，石灰使泥土中的有用态Cd 向难操纵态Cd 的转化结果显著。

由表 2 可知，有用态、弱酸提取态、还原态与难操纵态Cd 与pH 极显著相干（P 0.01），这与提高泥土中的pH 会下降重金属Cd 有用性的成果相一致。而弱酸提取态则与有机质极显著正相干（P 0.01），这多是有机质中的酸性物资易与重金属Cd 构成酸溶态化合物致使的。阳离子互换量与几种形态Cd 之间的相干性其实不较着，申明阳离子互换量对重金属Cd 形态的影响结果很小。经由过程相干性阐发可以看出pH 是下降有用态Cd 含量的首要影响因子，pH 升高会致使泥土有用态Cd 含量显著下降，而且使泥土中还原态Cd 显著下降，非可操纵态Cd 含量显著增添。因为还原态Cd 在泥土Cd 中所占比例较年夜，所以提高pH 可以有用下降有用态Cd 含量。

本文用的三种改进剂均为散布普遍、本钱低廉的常见材料，此中生物炭在建造进程中不需要活化处置，个体环境下仅需要化学改性便可极年夜提高其吸附能力，其建造进程更简单，造价更低，而且原料丰硕易得。石灰与生物炭类似，来历普遍而且本钱低廉，合适在年夜田泥土重金属污染治理，但零丁施用石灰会对泥土发生必然的负面影响，好比使泥土pH 发生较年夜转变、使泥土板结等。为了削减施用石灰对泥土发生的负面影响，我们采取PAM 与石灰夹杂利用，PAM 虽没有显著影响Cd 的有用态和形态转变，却经由过程提高泥土团粒体含量进而改良泥土性状。是以生物炭、石灰和PAM 用在泥土重金属的修复是实际可行的。

3 结 论

（1）石灰、生物炭可以或许使泥土有用态Cd 含量别离下降43.69%~57.00%、8.42%~11.83%；石灰与生物炭的组合结果在复配处置中钝化结果最为显著。可是石灰会对泥土理化性质有必然的负面影响，使泥土pH 年夜幅度增添29.05%~50.90%。PAM 虽没有显著影响Cd 的有用态和形态转变，却经由过程提高泥土团粒体含量进而改良泥土性状。

（2）分歧改进剂处置对泥土中Cd 的形态含量转变注解，在下降泥土中有用Cd 方面pH 是首要身分，石灰和生物炭起主导感化，而且石灰对Cd 的钝化结果要优在生物炭。

（3）泥土中施加PAM+生物炭+石灰，不但可以或许下降泥土中有用态Cd 含量，并且还能改良泥土理化性质，使被重金属污染后的泥土在颠末修复后可以或许尽快获得有用操纵。

（编纂;Wendy）