模拟酸雨条件下生物质炭添加对Cu、Zn污染土壤的影响.pdf

摘 要 酸雨是全世界最严重的环境污染问题之一，各国都遭受其害，尤其是中国，重工业的 发展，化工废气、汽车尾气等的排放，使得原本就严重的问题加剧恶化，我国40% 以上的 国土面积都遭受到酸雨的侵蚀；并且随着冶金、电镀行业的发展，重金属污染也越来越严 重，作物减产，危害人类健康和社会环境。酸雨和重金属的协同作用，降低土壤 pH 和土 壤肥力等，因此寻找一种安全、环保和便捷的改土方式具有重要的现实意义。 生物质炭具有表面积大、吸附能力强、表面官能团丰富等因素，近年来作为土壤改良 剂颇受欢迎。本研究立足于国家林业和草原局长江三角洲森林生态系统定位研究站（镇江 句容下蜀林场），以麻栎林林下土壤为研究对象，采取林下土壤，按照天然土壤属性配置淋 溶柱土壤，添加重金属铜、锌，进行室内模拟酸雨淋溶试验，模拟在不同酸度（pH3.5 、pH4.5 、 pH5.6 、pH7.0 ）酸雨和不同生物质炭添加 0%添加（CK ）、2%生物质炭添加（BC-2 ）、5% 生物质炭添（BC-5 ）、10%生物质炭添加（BC-10）处理下，分析模拟酸雨对浸出液 pH、 电导率、铜和锌的含量，土壤pH 、土壤营养元素 （氮、磷、钾）、土壤酶（脲酶、酸性磷 酸酶）和土壤重金属（有效铜和有效锌）含量的影响，揭示生物质炭的添加对模拟酸雨胁 迫下铜、锌污染土壤浸出液、土壤理化性质和土壤酶活性的影响，主要研究结果如下： （1）模拟酸雨淋溶下，生物质炭添加可以有效提高浸出液和土壤的 pH 。浸出液 pH 提升幅度为 0.13~ 1.05，土壤 pH 提高提高了-8.83%～21.84% （pH3.5 ），10.71%～35.94% （pH45 ），26.44%～42.71% （pH5.6 ），36.67%～62.13% （pH7.0 ），在前期淋溶中，浸出液 和土壤pH 上升较快，后期的pH 基本保持稳定。生物质炭添加，带来了大量的碱性离子和 ＋ 化合物与酸雨中的H 进行中和等反应，对于酸雨的缓冲能力具有明显的作用，减轻浸出液 和土壤的酸性，提高pH，有效地防止土壤酸化。 （2 ）生物质炭的添加，一开始增加了浸出液的电导率，随后淋滤液电导率迅速下降， 直至趋于 0。生物质炭的添加，带来了大量钾、钙、钠和其他碱性的盐基离子，模拟酸雨 淋溶下，为碱性离子的游离和胶质的电离提供了良好的环境，浸出液的电导率在第一次淋 溶后次达到峰值，随着反应的进行，生物质炭碱性的弱化，导致溶液中离子迅速减少，在 第4~5 次淋溶之后，浸出液电导率趋近于0。 （3 ）生物质炭添加量的增加，不同程度地提高了污染土壤的Cu、Zn 淋失量。提高比 例为26.35%~105.32%，淋失量的多少与各处理关系为：pH3.5 ＞pH4.5 ＞pH5.6 ＞pH7.0 ，生 物质炭的添加，在模拟酸雨淋溶情况下，起到了较大的作用，尤其是 5%生物质炭添加 （BC-5 ）、10%生物质炭添加（BC-10），能够大幅增加Cu 和Zn 的淋失量，有效地缓解土 壤重金属污染的压力。 （4 ）模拟酸雨尤其是酸性较高时对土壤中铜、锌含量，土壤酶活性，土壤肥力和生 物利用度均有负向影响，但生物质炭添加后特别是10%生物炭的添加均显著增加了土壤理 化性质和生物活性。在生物质炭添加的处理下，提高了土壤肥力，土壤速效钾提升了 9.60%~72.90%、速效磷提升了72.49%~323.72%、碱解氮提升了0.60%~34.78%，并且降低 了铜、锌的生物利用度。 （5）在高酸度模拟酸雨的处理下，10% 的生物质炭添加效果明显优于其他生物质炭的 添加，无论是从抗击酸性的程度，还是有效态元素的丰富程度；在中、低酸度模拟酸雨的 处理下，2%或5%的生物炭效果更加显著，相对于 10%的生物质炭的添加，2%和5%的改 善幅度均比较高，因此在中、低酸度酸与地区，2%或5%的生物质炭添加能够更加环保、 安全、经济地改善土壤重金属污染的。 （6）在长三角地区，生物质炭的添加，可以有效缓和土壤酸性pH ，提高土壤肥力和 酶活性，改善浸出液的酸度和金属离子的游离度，极大地改善了土壤生态环境，生物质炭 可以作为酸雨胁迫下，一种安全、环保、高效地土壤重金属改良剂。 关键词：模拟酸雨；生物质炭；土壤重金属；浸出液 Effects of biomass carbon on soil contaminated by heavy metals