生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响

取适量供试土壤，调节含水量为田间最大持水量的40%，放入恒温培养箱内（25℃）预培养14d。称取1kg经过预处理的矿区土壤，加入一定比例生物炭，用量为土重的0（不添加生物炭作为对照）、1%、3%和5%，并将土壤田间持水量调节到70%左右，在室温（25℃）条件下，进行室内土壤模拟培养实验。在模拟实验阶段中，分别在第0、7d、14d、28d、35d、42d、49d和56d釆集样品（0为培养12h），干燥后测定土壤样品的pH、CEC以及重金属Cu、Zn、Pb 和Mn的总量、有效态含量及不同形态含量。每个处理设3个重复。在这个完整的培养过程中，每隔3d补充一次土壤含水量，减少持水量的变化对实验的影响。

1.3 分析方法

供试生物炭pH用酸度计测定（PHS-3C型，上海电科学仪器股份有限公司），采用1∶10的土水比；CEC用乙酸钠交换法测定；含水量=(烘干前生物炭的总重-烘干后生物炭的总重)/烘干前生物炭的总重×100%；灰分=(灰分和坩埚的质量-坩埚的质量)/生物炭的质量×100%；产率=热解后样品干重/制备材料干重×100%；比表面积以及孔容采用比表面积及孔径分析仪（V-Sorb 4800P型，北京金埃普科技有限公司）测定；采用扫描电镜-能谱仪（JSM-5600LV型，日本JEOL公司）观察生物炭的表面结构，同时对样品表面微区成分进行定性分析；生物炭的表面官能团采用傅里叶红外光谱仪（Bruker TENSORⅡ型，德国布鲁克公司）使用KBr压片法进行测定。

土壤重金属Cu、Zn、Pb 和Mn的总量采用HCl-HNO3-HF-HClO4消煮法；有效态含量用0.1mol/L CaCl2溶液浸提，土水比为1∶10，振荡、离心，最后过滤；土壤中重金属不同形态选择BCR三步连续浸提法，提取重金属的酸可提取态、可还原态、可氧化态和残渣态。消煮液、滤液、提取液中的重金属含量用电感耦合等离子光谱仪（optima 8000型，美国PE公司）测定。

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0统计软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 生物炭的表征

生物炭的扫描电镜图片可以更加直观地展示生物炭表面的形貌特征，玉米秸秆生物炭放大2000倍的扫描电镜照片如图1(a)所示。由图可见玉米秸秆生物炭管束结构丰富，孔隙结构发育较为良好，这是由于秸秆组织中含有木质素、纤维素、半纤维素、蛋白质和水分等多种组分，在热解的过程中，一部分组分会发生变化，导致生物炭表面出现丰富的孔隙结构，提高了对重金属的吸附性能[12]。由选点位置的能谱分析（EDS）可知，生物炭的元素组成不是很丰富，仅有C、Cl、K和O 4种元素，其中C元素含量较高，这主要是由于制备生物炭的原料属于植物类生物质，主要成分为木质素、纤维素、半纤维素和灰分等造成的[13]。

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