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摘 要 ：随着工业的迅猛发展， 我国多地区土壤环境受到不同程度的重金属污染， 严重破坏了生态环境和影响土壤的正常使用。 近年来，国家逐渐重视土壤污染问题，加大了在土壤重金属污染方面的治理投入，修复土壤生态环境。基于此，本文探索了禽畜 沼渣肥及其生物炭对多金属污染土壤的修复效果，以拓展畜禽沼渣肥的安全化、高值化利用新途径，为多金属污染土壤的修复 提供一种解决新方案。
关键词 ：沼渣有机肥 ；生物炭 ；土壤钝化 ；重金属形态
有色金属的开采与冶炼、皮革、合金、电子垃圾回收等工矿 业排放， 农业化学品的不合理使用， 以及岩溶风化等多种因素导 致我国广西、广东、湖南、云南等华南地区水体、土壤环境受到 较严重的重金属污染，包含镉、铬、砷、铅、镍、锌等 [1，2]。由于 受重金属污染土壤点位多、污染重、面积广，钝化技术是目前最 经济、有效、易实施的手段之一。研究报道的钝化剂有石灰、凹 凸棒土、海泡石、羟基磷灰石、磷酸盐、赤泥和生物炭等 [3，4]。其 中生物炭具有易获得、成本低廉等优点， 不仅能作为吸附剂去除 水中重金属、有机污染物， 还能作为钝化剂有效修复重金属污染 的土壤，降低重金属的生物可利用性，还能通过释放有机质、氮 磷钾等营养物质改良土壤， 使作物增产增收 [5]。
基于此。本文研究了禽畜沼渣肥热解前后对复合污染土壤 中镉、铅、铜、锌、铬、镍等金属的形态变化， 探索它们对金属污 染土壤的修复潜力， 以期拓展畜禽沼渣肥的安全化、高值化利用 新途径， 为多金属污染土壤的修复提供一种解决方案。
1 材料与方法
1.1 试验材料
在本研究中，实验原料取自广西玉林某畜禽废弃物处置中 心，原料经干燥和研磨后过 20 目筛得到畜禽沼渣肥（MF）；畜 禽沼渣肥在 300℃ ~600℃的高温下热解 3~10 小时得到沼渣生 物炭（BC）。供试土壤从广西崇左市大新县某矿区周边受金属污 染的农田采集，采样深度为 0cm ～ 20cm，经过风干、除杂、过 2mm 尼龙筛处理后备用。
1.2 多金属污染土壤修复实验
定量称取供试土壤，以 10% 的比例分别加入MF 和BC，使 其充分混合， 分别标记为DXMF和DXBC， 并设置空白样（DX） , 将样品置于人工气候箱（上海一恒科学仪器有限公司 MGC- 350HP-2） 中，在温度25℃和湿度（50%）下培养， 每种样品设置 3 组平行试验。所有样品处理在第 30、60、90 天采样，并利用改进 BCR法分析土壤中重金属形态。
1.3 表征和分析方法
1.3.1 畜禽沼渣肥及其生物炭的表征
利用扫描电子显微镜（SEM， Hitachi SU8220） 分析样品表面形态特征 ；利用傅立叶变换红外光谱（FTIR，美国赛默飞世尔 NicoletiS 50）分析样品表面官能团。
1.3.2 土壤分析
土壤重金属全量采用四酸电热板消解 - 电感耦合等离子光 谱仪（ICP-OES， PerkinElmer Optima 8000） 法测定。重金属形 态分析采用改进 BCR 逐级提取法，分别对弱酸可溶态（包括可 交换态和碳酸盐结合态）、可还原态（铁锰氧化物结合态）、可 氧化态（包括有机物结合态、硫化物结合态） 和残渣态含量进行 提取分析， 利用电感耦合等离子光谱仪（ICP-OES， PerkinElmer Optima 8000）测定提取液中重金属含量，提取液中铅含量利用 石墨炉原子吸收光谱仪测定（Agilent AA240Z）。
1.4 数据处理
数据采用Microsoft Excel 2016 和 Origin 2017 软件进行统计 分析及作图。
2 结果与讨论
2.1 生物炭表征
图 1 是MF 和 BC 的 1000 倍扫描电镜图，由图可以看出，MF 经过热解生成BC 后，其表面产生丰富、不均匀的孔隙结构，粗 糙度增加。
图2是MF和BC 的FTIR 光谱图，由图可知，热解后，羟基的 峰增强， 峰位置发生了红移；2925 cm-1 处的吸收峰可能为C-H键， 说明存在脂肪链结构，含有脂肪族或芳香族化合物 ；1629 cm-1、 1644 cm-1 处的吸收峰为 C=C键，热解后峰值增强，说明芳香化 增强 ；1425 cm-1 为羧基的 C=O 基团， 说明BC较MF具有更多的 C=O 基团 ；1104、1077 cm-1 处的吸收峰表示有碳水化合物中的 C-O-C 和 -OCH3 基团的存在 ；465cm-1 处的峰是 C—H 键弯曲振 动峰。以上结果证明，MF、BC 均含有 -OH 和 -COOH 等含氧官 能团，且具有芳香性，并且MF在热解后含氧官能团增加，芳香性增强。
2.2 对土壤重金属含量、形态的影响
图3显示了供试土壤分别添加MF、BC培养30、60、90天后， 各重金属提取形态含量占总量的百分比变化。
如 图 3a 所 示， 供 试 土 壤 Cd 弱 酸 提 取 态 含 量 为 25.97mg·kg-1，占 57.81%， 具有较高的生物毒性。施加MF、BC 后，Cd 弱酸提取态占比逐渐降低，残渣态占比先降低后升高 并高于初始水平，90d 后，弱酸提取态分配率分别降低 61.56%、 49.37%。说明MF对 Cd 的钝化效果优于BC。
如图3b所示， 供试土壤Pb弱酸提取态含量为6.055 mg·kg-1， 占3.64% ；可还原态、可氧化态分别占比45.53%、24.61%， 具有较 高的不稳定性。MF施加后残渣态占比降低 6.07% ～ 22.27%，BC 施加后，残渣态先降低 15.33%， 90d后较初始状态升高32.66%。说 明BC对Pb 的钝化效果优于MF。
如图 3c 所示，供试土壤 Cu 主要 以残渣态、可氧化态存 在，少量以可还原态存在，弱酸提取态含量为 0。施加MF 30、 60、90d 后， 弱酸提取态 Cu 含量由空白组的 O mg·kg-1 增加至 0.195mg·kg-1，60、90d 后土壤中弱酸提取态 Cu 消失，前期增加 的弱酸提取态 Cu 可能来自于MF 中弱酸提取态 Cu ；残渣态 Cu 占比 30d 后降低23.17%， 60、90d 后逐渐升高初始水平。BC 施加 30、60、90d 后，弱酸提取态 Cu含量均为 0，后残渣态 Cu 较于空 白分别提高 34.76%、40.91%、53.86%。说明BC对 Cu 的钝化效果 优于MF。
如图3d所示， 供试土壤Zn弱酸提取态含量为1781.00 mg·kg-1， 占46.62%， 施 加MF、BC 90d后， 弱酸提取态Zn 占 比分别 降低 27.97%、30.65%， 说明BC对Zn的钝化效果优于MF。
如图 3e 所示，供试土壤 Cr 主要以稳定的残渣态存在，占比 90.47%， 弱酸提取态仅占 0.14%， MF、BC 施加后 Cr 的形态变化 不明显。
如图 3f所示，供试土壤Ni 主要以稳定的残渣态存在，占比 86.15%， 弱酸提取态占 2.22%， MF、BC 施加 30d 后弱酸提取态 Ni 消失，60、90d 后依旧保持为 0。MF、BC施加后，残渣态Ni 占 比分别降低4.72%、3.32%， 说明BC对Ni 的钝化效果优于MF。
2.3 讨论
上述结果表明，MF 表现出良好的钝化性能，这可能是因为 畜禽废弃物沼渣有机肥中含有大量溶解性有机质，如腐殖酸等， 重金属与溶解性有机质含有的羟基、羧基、羰基等多种活性官能 团可能发生配位、络合、吸附或沉淀等反应 [6]。结果也表明，BC 的钝化效果总体优于MF。这可能是因为热解后 -OH、-COOH、 C=O 等含氧官能团的含量增加，使其对 Cd、Pb、Cu、Zn、Ni 等 离子的吸附 - 络合作用进一步增强。
3 结论
本研究表明，畜禽沼渣肥能使污染土壤中大部分重金属的 弱酸提取态含量降低， 从而降低金属迁移性和生物有效性， 对多 重金属污染土壤具有一定的钝化作用。畜禽沼渣肥热解生成生 物炭后， 对重金属污染土壤的钝化能力显著提高。畜禽沼渣生物 炭具有 ：钝化能力强、原料广泛、制备工艺简单、成本低廉等优 点，具有广阔的市场应用前景，是畜禽沼渣肥实现安全化、高值 化利用的新途径，为多金属污染土壤的修复提供一种解决新方 案。
参考文献
[1] 郭朝晖 , 涂卫佳 , 彭驰 , 等 . 典型铅锌矿区河流沿岸农田土壤重金属分布特征 及潜在生态风险评 [J]. 农业环境科学学报 ,2017,36(10):2029-2038.
[2] 张云霞 , 宋波 , 杨子杰 , 等 . 广西某铅锌矿影响区农田土壤重金属污染特征及 修复策略 [J]. 农业环境科学学报 ,2018,37(02),239-249.
[3] Palansooriya K N,Shaheen S M,Chen S S,et al,Soil amendments for immobilization of potentially toxic elements in contaminated soils:A critical review[J].Environment International,2020,134:105046.
[4] Wang L,Chen L,Guo B,et al,Red mud-enhanced magnesium phosphate cement for remediation of Pb and As contaminated soil[J].Journal of Hazardous Materials,2020,400:123317.
[5] Ahmad M,Rajapaksha A U,Lim J,et al,Biochar as a sorbent for contaminant management in soil and water:A review[J].Chemosphere,2014,99:19-33.
[6] 王璐 , 杨胜香 , 赵东波 , 等 . 不同有机废弃物对铅锌尾矿基质性质和植物生长 的影响 [J]. 农业环境科学学报 ,2020,1-13.(doi:10.11654/jaes.2020-0283).
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