許仁智，趙保衛(wèi)，馬鋒鋒，李燁煒，王　璐

（蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，蘭州730070）

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不同生物質(zhì)炭對鉛污染淡灰鈣土的性質(zhì)與鉛形態(tài)變化的影響

許仁智，趙保衛(wèi)*，馬鋒鋒，李燁煒，王璐

（蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，蘭州730070）

摘要：通過盆栽試驗研究了Pb污染淡灰鈣土中施加不同量雞糞衍生生物質(zhì)炭（CBC）和油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭（RBC）后，土壤性質(zhì)變化及基于BCR 4步連續(xù)提取法的土壤Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化特征，并通過逐步回歸分析探討了土壤性質(zhì)變化與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化間的相關(guān)性。結(jié)果顯示：隨生物質(zhì)炭施加量的增加，Pb污染淡灰鈣土中Pb形態(tài)向更穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，CBC（RBC）施加量為15%時，酸可提取態(tài)Pb百分含量分別下降17.04%（12.3%）。當生物質(zhì)炭處理水平在10%以下時，RBC施入Pb污染淡灰鈣土后對Pb的固定作用更加明顯；施加量10%以上時，CBC施加后對Pb的固定效果更占優(yōu)勢。隨CBC施加量的增加，土壤pH值、碳酸鹽含量、有機質(zhì)含量顯著增加（最大增幅分別為11.36%、6.7%、419.13%），并與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化相關(guān)性顯著（P＜0.05）；隨RBC施加量的增加，土壤pH值顯著增加（最大增幅10.99%）是影響酸可提取態(tài)Pb轉(zhuǎn)化的重要因素，而有機質(zhì)含量顯著增加（最大增幅1 334.56%）對鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)Pb的轉(zhuǎn)化影響顯著。由于土壤pH過大會降低土壤質(zhì)量，建議RBC施加量在10%以內(nèi)，而CBC的施加量應(yīng)小于5%。關(guān)鍵詞：Pb；淡灰鈣土；生物質(zhì)炭；土壤性質(zhì)；重金屬形態(tài)

許仁智，趙保衛(wèi)，馬鋒鋒，等.不同生物質(zhì)炭對鉛污染淡灰鈣土的性質(zhì)與鉛形態(tài)變化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2016, 35（3）：455-462.

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生物質(zhì)炭（Biochar，BC）是在低氧狀態(tài)下生物質(zhì)熱解的產(chǎn)物。生物質(zhì)炭穩(wěn)定性強，是土壤固炭的理想物質(zhì)[1]。它含有植物生長所必需的大量元素和中微量元素，可為作物生長發(fā)育提供一定必要的營養(yǎng)補充，進而減少化學(xué)肥料的投入[2]。生物質(zhì)炭具有致密的微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對鉛、鎘等重金屬吸附能力強[3-4]。此外，生物質(zhì)炭還具有生產(chǎn)成本低、生態(tài)安全、無污染、可大面積推廣等顯著特點，作為一種高效、廉價的修復(fù)劑有望在治理土壤重金屬污染方面發(fā)揮重大作用。因此，研究生物質(zhì)炭對重金屬污染土壤的固定化修復(fù)作用成為近年來環(huán)保工作者十分關(guān)注的科學(xué)問題[5]。

從目前關(guān)于生物質(zhì)炭對土壤中重金屬影響的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同材料制備的生物質(zhì)炭施入不同土壤后，對重金屬的固定機理和效果也各不相同，甚至相反。周建斌等[6]發(fā)現(xiàn)隨棉稈生物質(zhì)炭施加量的增加，生物質(zhì)炭對污染土壤（pH5.85）中Cd的吸附速率同時增加；Uchimiya等[7]發(fā)現(xiàn)污染土壤（pH6.00）中添加生物質(zhì)炭后Cd2+和Ni2+的有效性降低；但Beesley 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，污染土壤（pH5.45）中施加生物質(zhì)炭后Cu和As的溶解性和遷移性均顯著提升。然而，先前的研究多集中于生物質(zhì)炭對偏酸性土壤（如紅壤等）中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響，對于石灰性土壤（如淡灰鈣土）中添加生物質(zhì)炭后重金屬形態(tài)分布變化的研究較少。此外，對于淡灰鈣土中生物質(zhì)炭施加量的適宜范圍亦值得研究。

為此，本文研究雞糞和油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭施用后Pb污染淡灰鈣土性質(zhì)變化與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化的特征，并探討土壤性質(zhì)變化與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化間的相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果可為重金屬污染淡灰鈣土生物質(zhì)炭固定化修復(fù)提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1生物質(zhì)炭的制備

雞糞和油菜秸稈分別采自蘭州市周邊養(yǎng)雞場和農(nóng)耕地。將清洗（雞糞不清洗）、風(fēng)干、研磨過40目篩后的原材料裝入坩堝中壓實，蓋好后置于缺氧馬弗爐內(nèi)600℃碳化4 h。待馬弗爐溫度冷卻至室溫后取出，制得雞糞衍生生物質(zhì)炭（標記為CBC）和油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭（標記為RBC），其基本性質(zhì)見表1。

1.2供試土壤

采集蘭州市郊區(qū)未污染淡灰鈣土（理化性質(zhì)見表2），經(jīng)自然風(fēng)干，研磨過2 mm篩后添加1000 mg·kg-1的Pb（Ⅱ）[以Pb（NO3）2形式加入]，并維持其水分為田間持水量的60%，在暗室中穩(wěn)定1個月后，將其風(fēng)干混勻過2 mm篩備用。取Pb污染土壤1 kg與緩釋肥（N：P2O5：K2O=15：15：15）5 g混合后置于130 mm× 116 mm花盆中，將CBC或RBC分別按質(zhì)量百分比1%、5%、10%、15%與花盆中的Pb污染淡灰鈣土充分混勻。以上處理均重復(fù)3次，同時以未添加生物質(zhì)炭的處理樣品作空白對照（CK）。

將花盆置于條件受控（平均室溫25℃、平均濕度40%、光照16 h·d-1）的暗室中培養(yǎng)2個月后點播玉米（Zea mays L.，龍源三號，北京墾豐龍源種業(yè)科技有限公司），每盆6顆，發(fā)芽1周后定苗3株，生長30 d后收獲。采集非根際區(qū)域土壤樣品，風(fēng)干后以四分法取少量樣品，測定每盆土壤的Pb全量（mg·kg-1）、Pb形態(tài)質(zhì)量分數(shù)、pH值、陽離子交換容量（CEC，cmol·kg-1）、碳酸鹽含量（g·kg-1）、有機質(zhì)含量（g·kg-1）、土壤機械組成和游離氧化鐵含量（g·kg-1）。

表1　生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)Table 1 Major properties of biochars

表2　淡灰鈣土的理化性質(zhì)Table 2 Major properties of light sierozem

1.3測試方法與儀器

測定方法：生物質(zhì)炭灰分按GB/T 1249.3—1999測定；生物質(zhì)炭官能團采用Boehm滴定法[9]；Pb全量提取采用HCl-HNO3-HF-HClO4四酸消解法（GB/T 17141—1997）；Pb形態(tài)分級采用BCR法[10]；待測液Pb含量測定用原子吸收光譜法；pH采用電位法；CEC采用Ca（OAc）2法（NY/T 1121.5—2006）；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法（HJ 615—2011，換算因數(shù)為1.724）；碳酸鹽采用氣量法（NY/T 86—1988）；土壤機械組成采用比重計法（NY/T 112.3—2006）；游離氧化鐵采用鹽酸羥胺-檸檬酸提取法[11]。

主要儀器：馬弗爐（SX2系列，上海躍進醫(yī)療器械廠）；原子吸收分光光度計（美國瓦里安Spectrum AA 110/220型）；pH計（PHS-3C型，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；紫外可見分光光度計（UV-1800型，上海美譜達儀器有限公司）。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)圖的繪制使用Origin 8.5，統(tǒng)計分析使用SPSS 21.0。數(shù)據(jù)平均值和標準偏差采用單因素方差分析法獲取，差異顯著性分析采用Duncan氏新復(fù)極差法（P＜0.05）。

Pb在土壤中總的結(jié)合強度系數(shù)用下式表征[12]：

式中：F為各形態(tài)重金屬的質(zhì)量百分含量，%；i（i= 1、2、3、4）為土壤中重金屬形態(tài)順序數(shù)?；贐CR連續(xù)提取法，重金屬形態(tài)分為酸可提取態(tài)（ACI）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（FEM）、有機結(jié)合態(tài)（ORG）、殘渣態(tài)（RES）。

IR描述了重金屬與土壤結(jié)合的緊密程度，也在一定程度上反映重金屬形態(tài)的分布。若土壤重金屬僅以酸可提取態(tài)存在，則IR值最小，取值為0.062 5；若土壤重金屬僅以殘渣態(tài)存在，則IR值最大，取值為1。

2　結(jié)果與分析

2.1不同生物質(zhì)炭處理后土壤理化性質(zhì)的變化表3和表4反映了CBC和RBC施入Pb污染淡灰鈣土后，土壤理化性質(zhì)隨生物質(zhì)炭處理水平的變化關(guān)系。表5反映出隨不同生物質(zhì)炭的施加，土壤上所種植玉米幼苗株高的變化。

表3　土壤理化性質(zhì)隨CBC處理水平的變化Table 3 Physical and chemical properties of soil amended with CBC

表4　土壤理化性質(zhì)隨RBC處理水平的變化Table 4 Physical and chemical properties of soil amended with RBC

表5　各生物炭處理水平的植物株高（cm）Table 5 Effects of different biochar additions on plant heights（cm）

圖1　土壤中Pb形態(tài)百分比含量隨生物質(zhì)炭處理水平的變化Figure 1 Effects of different biochar additions on lead fractions

結(jié)合表3和表4可看出，不同施加量的CBC和RBC處理Pb污染淡灰鈣土后，土壤理化性質(zhì)發(fā)生以下明顯變化：

（1）土壤pH值均隨生物質(zhì)炭施加量的增加而顯著（P＜0.05）增加。比較發(fā)現(xiàn)，相同生物質(zhì)炭施加量下，CBC處理中土壤pH值的增幅明顯大于RBC處理中土壤pH值的增幅。

（2）土壤CEC隨CBC施入量的增加而增加，當施加量為5%及以上時差異顯著（P＜0.05）；隨RBC施加量的增加，土壤CEC顯著（P＜0.05）增加。相同生物質(zhì)炭處理水平下，相對CBC處理，RBC處理中土壤的CEC明顯較大。

（3）CBC和RBC處理中土壤碳酸鹽含量變化截然相反。淡灰鈣土本身碳酸鹽含量介于CBC和RBC之間（表1、表2），CBC的添加促使土壤中碳酸鹽含量增加，而RBC施加后起到了稀釋作用。

（4）隨CBC和RBC添加量的增加，土壤中有機質(zhì)含量隨之顯著（P＜0.05）增加，當CBC和RBC添加量為15%時，土壤有機質(zhì)含量分別是CK處理土壤的5倍和14倍。

（5）CBC處理中，土壤游離氧化鐵含量彼此間變化差異不顯著，但隨RBC添加量的增加游離氧化鐵的含量下降，投加量達到10%和15%后其含量較對照處理顯著（P＜0.05）降低。

（6）土壤粒徑分布隨CBC添加量的增加彼此間變化差異并不顯著。其中砂粒含量沒有明顯變化，粉粒含量隨CBC施加量的增加而增加，而粘粒含量隨之降低。RBC處理中，土壤砂粒含量隨RBC的施加量的增加而升高；粉粒含量隨之降低，當RBC施加量大于1%時，彼此間變化差異顯著（P＜0.05）；粘粒含量隨之增加，但增幅很小。

由表5可看出，當CBC（RBC）施加量在5%（10%）及以上時玉米幼苗株高顯著（P＜0.05）降低，其生長受抑制。這可能與生物質(zhì)炭施加后土壤性質(zhì)的變化有關(guān)。

2.2Pb的形態(tài)分布

研究分析了添加生物質(zhì)炭后Pb污染淡灰鈣土中不同形態(tài)Pb的百分含量變化，結(jié)果見圖1。CBC （RBC）處理Pb污染土壤后Pb形態(tài)以ACI百分含量為最大，其次是FEM。CBC處理中，當CBC施加量為10%和15%時，RES百分含量較ORG大；施加量為1%、5%及CK處理中，RES百分含量較ORG小。RBC處理中，RES百分含量均較ORG小。

隨CBC施用量的增加，除FEM百分含量無明顯變化外，Pb的ACI百分含量隨之減小，而Pb的ORG、RES百分含量均隨之增大。相比CK處理，當CBC施加量為15%時，ACI百分含量減小了17.04%；ORG和RES百分含量分別增加了4.13%、12.9%。這表明CBC的施用主要促使ACI向ORG和RES轉(zhuǎn)化。與其相似，RBC處理Pb污染土壤中，隨RBC施用量的增加，ACI百分含量隨之減小，而ORG和RES百分含量隨之增加。相比CK處理，當RBC施加量為A15%時，ACI百分含量減小了12.3%；ORG和RES百分含量分別增加了5.64%、10.74%。此外，隨RBC施用量的增加FEM百分含量增減不一，但RBC施加量超過10%時FEM百分含量明顯減小，而此施加量下RES百分含量無明顯變化。說明隨RBC施加量的增加，土壤中Pb形態(tài)變化主要是ACI向ORG和RES轉(zhuǎn)化，但當RBC施加量大于10%時，F(xiàn)EM中部分Pb會釋放出來向RES和ORG轉(zhuǎn)化。

2.3Pb與土壤間的相對結(jié)合強度

圖2顯示了不同生物質(zhì)炭處理Pb污染淡灰鈣土中，Pb在土壤中的結(jié)合強度系數(shù)IR。

圖2　相對結(jié)合強度系數(shù)（IR）隨生物質(zhì)炭處理水平的變化Figure 2 Effects of different biochar additions on soil-lead bonding intensity（IR）

隨兩種生物質(zhì)炭的施加量增加，IR值均呈增大趨勢。CBC處理中，IR值增加顯著（P＜0.05），最大增幅達到57.15%；RBC處理中最大增幅達到31.06%。另外，CBC處理Pb污染土壤中，生物質(zhì)炭施加量在0～10% 間IR值均小于RBC處理，生物質(zhì)炭施加量為10%時與其相近，施加量在10%～15%時IR值均大于RBC處理。表明Pb污染土壤中CBC和RBC的施加有助于Pb的固定，并且能促使Pb向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，但不同生物質(zhì)炭處理對Pb的固定能力不同。生物質(zhì)炭處理水平在10%以下時，RBC施入土壤后對Pb的固定作用更加明顯；生物質(zhì)炭施加量在10%以上時，CBC施加后對Pb的固定效果更占優(yōu)勢。此外，RBC施用量為10%～15%時IR增幅僅為0.02%，其原因可能是，此處理水平下，RBC施用后對Pb的固定作用減小。

2.4土壤性質(zhì)變化與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化的相關(guān)關(guān)系

使用多元逐步回歸的方法，確定了兩種生物質(zhì)炭添加后Pb污染淡灰鈣土性質(zhì)變化與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化間的相關(guān)關(guān)系（表6）。CBC處理Pb污染淡灰鈣土中，土壤性質(zhì)的變化與FEM的分布無顯著相關(guān)性，未建立回歸模型。

由表6逐步回歸方程可知，CBC（RBC）處理Pb污染土壤中，Pb形態(tài)的轉(zhuǎn)化均與土壤pH值、碳酸鹽含量、有機質(zhì)含量變化顯著相關(guān)。此外，RBC處理Pb污染土壤中，Pb形態(tài)的轉(zhuǎn)化還與土壤CEC變化顯著相關(guān)。

表6　Pb形態(tài)分布與土壤理化性質(zhì)逐步回歸方程Table 6 Stepwise regression equations between soil physical and chemical properties and lead forms

3　討論

3.1不同生物質(zhì)炭處理對土壤性質(zhì)變化的影響

生物質(zhì)炭施入土壤后其所含的堿性物質(zhì)（主要存在于灰分中）很快釋放出來，使土壤pH值升高[13]。淡灰鈣土屬于石灰性土壤，其pH的背景值較大，生物質(zhì)炭施入Pb污染淡灰鈣土后進一步提升了土壤pH值。這與Al-Wabel等[14]的研究結(jié)果相似，其結(jié)果顯示將pH9.85的生物質(zhì)炭施入偏堿性土壤（pH7.98）后，當生物質(zhì)炭施用量為5%時，土壤pH值增加至8.15。CBC灰分含量大，堿性物質(zhì)含量較RBC高，相同生物質(zhì)炭處理水平中，CBC的施用對土壤pH值的提升幅度更大。然而，土壤pH大于8.5會造成土壤養(yǎng)分有效性和酶活性降低，不利于植物生長（表5）和土壤生物的生命活動，因此建議淡灰鈣土中CBC施加量在5%以內(nèi)，而RBC施加量應(yīng)小于10%。

生物質(zhì)炭能通過其表面酸性官能團和金屬氧化物羥基化表面對礦質(zhì)陽離子產(chǎn)生吸附與持留作用，有利于提高土壤CEC值[15-16]，因而CBC（RBC）施入土壤后可顯著提高土壤的CEC。研究表明生物質(zhì)炭的CEC與元素組成中氧原子和碳原子的比值（O/C）相關(guān)性較好，O/C比值越高，CEC值越大[17]。RBC的O/C比值遠高于CBC，其施入淡灰鈣土后顯著提升土壤CEC。另外，生物質(zhì)炭施入淡灰鈣土引起土壤pH值的升高促進土壤膠體微粒表面的羥基解離，所帶電荷增加，其CEC也相應(yīng)增加[18]。此外，陽離子主要靠靜電力結(jié)合在土壤粘粒和有機質(zhì)的負電荷位點上，而土壤有機質(zhì)含量越大、土壤質(zhì)地越細小，土壤的CEC越大。本實驗淡灰鈣土以粉粒為主，粘粒含量相對較少，CBC施加10%和15%時土壤粘粒含量顯著減小，而RBC施加10%和15%時土壤粘粒含量顯著增加，所以在淡灰鈣土中施加10%及以上的RBC有助于提升土壤的CEC。

供試淡灰鈣土有機質(zhì)背景值較低，從表3和表4可看出，CBC（RBC）的施用顯著提升了淡灰鈣土的有機質(zhì)含量。生物質(zhì)炭是結(jié)構(gòu)高度芳香化的“富碳”物質(zhì)，其穩(wěn)定性較高，施入土壤可顯著提高土壤總有機碳含量，提高幅度取決于生物質(zhì)炭的用量和穩(wěn)定性，生物質(zhì)炭施用量越大，土壤有機碳含量增加越明顯[19]。RBC較CBC具有更高的碳含量（表1），穩(wěn)定性更高，隨著投加量的增大，其對土壤有機質(zhì)含量提升幅度亦增加。此外，生物質(zhì)炭施入淡灰鈣土后可能改變土壤溫度、土壤持水能力、土壤通氣狀況和土壤生物的生命活動，間接影響土壤有機質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化。

生物質(zhì)炭中的碳酸鹽主要存在于灰分中，在相同的制備條件下，雞糞較油菜秸稈碳化后灰分含量更高，測得CBC碳酸鹽含量遠高于RBC。石灰性土壤本身含有大量碳酸鹽，淡灰鈣土碳酸鹽含量介于CBC 和RBC之間，因而CBC（RBC）入淡灰鈣土后，其本身碳酸鹽含量顯著影響土壤碳酸鹽總量。土壤中微量元素易與碳酸鹽結(jié)合形成沉淀而降低有效性，就淡灰鈣土而言，高濃度的CBC不宜施用。

添加CBC（RBC）后Pb污染淡灰鈣土中游離氧化鐵含量變化可能受土壤pH和有機質(zhì)含量變化的影響，pH增加會引起游離氧化鐵含量下降，而有機質(zhì)增加會妨礙氫氧化鐵的老化，使之不易轉(zhuǎn)化為針鐵礦，針鐵礦和磁赤鐵礦不易轉(zhuǎn)化為赤鐵礦[20]。

不同原料制備的生物質(zhì)炭，施入土壤后可能在不同程度上改變土壤化學(xué)性質(zhì)、比表面積、孔徑分布、孔隙大小和填充等特性，進而對土壤機械組成產(chǎn)生不同程度的影響。比較花莉[21]和劉茂等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，在不同土壤中施入不同的生物質(zhì)炭，隨生物質(zhì)炭施用量的增加，土壤粒徑分布變化趨勢完全不同。從本研究結(jié)果亦可看出，CBC和RBC施入淡灰鈣土后，土壤粒徑分布變化復(fù)雜，其中粉粒和粘粒含量增減趨勢相反。一般而言，畜禽糞便制備的生物質(zhì)炭大孔徑含量較多[18]，土壤微粒可能會填充進入其中，進而減少粘粒含量。

3.2土壤理化性質(zhì)變化對土壤Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響

分析得知，隨生物質(zhì)炭施加量的增加，土壤中Pb的有效態(tài)含量減少，殘渣態(tài)含量增加（圖1），與淡灰鈣土間的結(jié)合系數(shù)增加（圖2），Pb形態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，而這種轉(zhuǎn)化與土壤部分性質(zhì)的變化顯著相關(guān)。

不同生物質(zhì)炭施入Pb污染淡灰鈣土后，土壤的理化性質(zhì)均有不同程度的改變，土壤pH值、CEC、碳酸鹽含量、有機質(zhì)含量變化顯著影響土壤Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化。生物質(zhì)炭施用后土壤pH升高，促使土壤中重金屬離子生成金屬氫氧化物、金屬磷酸鹽和金屬碳酸鹽等沉淀物，加之生物質(zhì)炭對氫氧化物的吸附力大于對自由金屬離子的吸附力，更進一步降低了重金屬在土壤中的移動性[23]。因此，CBC施加后土壤pH值的升高可能促使Pb2+生成氧氧化物沉淀，從而降低土壤中易被植物吸收的酸提取態(tài)含量，增加了植物難吸收的殘留態(tài)含量。CBC碳酸鹽含量遠高于RBC和淡灰鈣土，致使CBC處理中Pb與碳酸鹽結(jié)合生成大量沉淀。這與Cao等[24]的研究結(jié)果相似，他們發(fā)現(xiàn)動物糞便生物質(zhì)炭對Pb的吸附機制主要是沉淀作用，添加生物質(zhì)炭后會導(dǎo)致重金屬Pb在富含磷酸鹽和碳酸鹽的環(huán)境下形成Pb3（CO3）2（OH）2、β-Pb9（PO4）6等沉淀。而用BCR法提取酸可提取態(tài)Pb時，在酸性條件下沉淀的Pb易被釋放出來成為酸可提取態(tài)Pb的一部分，因此碳酸鹽含量的增加會導(dǎo)致酸可提取態(tài)Pb含量的增加。此外，CBC施加后土壤有機質(zhì)含量升高，增加了土壤膠體表面負電荷的數(shù)量，使有機質(zhì)吸附了酸可提取態(tài)中的部分Pb[25]。CBC處理Pb污染淡灰鈣土中，土壤性質(zhì)的變化與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Pb的分布無顯著相關(guān)性，而有機質(zhì)含量的變化與有機結(jié)合態(tài)Pb的轉(zhuǎn)化顯著相關(guān)。Pb通過化學(xué)鍵與土壤有機質(zhì)結(jié)合形成有機質(zhì)結(jié)合態(tài)Pb（屬專性吸附），CBC的施加顯著提升了土壤中有機質(zhì)的含量，有機質(zhì)結(jié)合態(tài)Pb含量隨之相應(yīng)增加。

RBC處理Pb污染淡灰鈣土中，酸可提取態(tài)Pb的轉(zhuǎn)化與pH變化極顯著相關(guān)（P＜0.001），決定系數(shù)0.782，因此pH是影響酸可提取態(tài)Pb轉(zhuǎn)化的重要土壤性質(zhì)因素。RBC施入污染淡灰鈣土后有機質(zhì)含量顯著增加，與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)Pb轉(zhuǎn)化均顯著相關(guān)。有機質(zhì)中包含的羥基和羰基等基團能與Pb離子生成絡(luò)合物，促進土壤中Pb在不同形態(tài)中進行再分配過程[26]。與之相似，劉孝利等[27]的研究結(jié)果顯示稻稈和豆稈生物質(zhì)炭通過改變土壤pH值和有機質(zhì)水平，能明顯降低土壤中Pb的遷移能力。此外，隨RBC施加量的增加，土壤中CEC顯著增加，增強土壤對Pb的吸附能力，對鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Pb的分布影響顯著。

4　結(jié)論

雞糞衍生生物質(zhì)炭或油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭施入Pb污染淡灰鈣土后，隨施加量的增加，土壤Pb由有效態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化。油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭施用量在10%以內(nèi)時土壤中Pb的固定效果更好；而雞糞衍生生物質(zhì)炭施加量超過10%后土壤中Pb的固定效果更加明顯。另外，雞糞衍生生物質(zhì)炭施入Pb污染淡灰鈣土后，土壤pH值、有機質(zhì)含量和碳酸鹽含量均顯著增加，與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化顯著相關(guān)；油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭施加后土壤pH值、CEC、有機質(zhì)含量顯著增加，而碳酸鹽含量減少，與Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化相關(guān)性顯著。相較于雞糞衍生生物質(zhì)炭，油菜秸稈衍生生物質(zhì)炭施用于淡灰鈣土后，更有利于土壤生物的生命活動，但施加量控制在10%以內(nèi)為宜。

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Effects of biochars derived from chicken manure and rape straw on soil properties and lead form transformation in a lead-contaminated light sierozem

XU Ren-zhi, ZHAO Bao-wei*, MA Feng-feng, LI Ye-wei, WANG Lu
（School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China）

Abstract：This study was to assess the impacts of biochars on soil properties and lead form transformation of lead-contaminated light sierozem. Biochars were prepared from chicken manure（CBC）and rape straw（RBC）. Correlation between soil properties and lead form transformation was examined using Stepwise Regression Analysis. Applications of biochars transformed lead into stable forms. At biochar rate of 15%, acid extractable lead decreased by 17.04% for CBC and 12.3% for RBC, as compared with the control. Lead immobilization was more obvious at RBC less than 10% or at CBC higher than 10%. The additions of biochars significantly increased soil pH values by up to 11.36% in CBC-soil and 10.99% in RBC-soil and organic matter content by up to 419.13% in CBC-soil and 1 334.56% in RBC-soil, which largely influenced the transformation of lead forms. In addition, elevated content of carbonates（the maximum increment of 6.7%）by CBC addition also influenced the lead transformation. However, too high soil pH might lead to reduction in soil quality. Therefore, it is recommended that biochar application rates should be less than 10% for RBC and less than 5% for CBC.

Keywords：lead; light sierozem; biochar; soil property; heavy metal form

*通信作者：趙保衛(wèi)E-mail：baoweizhao@mail.lzjtu.cn

作者簡介：許仁智（1990—），男，甘肅金昌人，碩士研究生，從事土壤污染控制研究。E-mail：164445387@qq.com

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（21167007，41261077）；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目（20136204110003）

收稿日期：2015-10-08

中圖分類號：X53

文獻標志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）03-0455-08

doi:10.11654/jaes.2016.03.007