生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响

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整个实验中，与对照CK组相比，钝化效果依次为5%生物炭> 3%生物炭> 1%生物炭，对比这4种重金属元素，钝化效果依次为Pb>Cu>Zn>Mn。Pb的钝化效果最好，这是因为生物炭表面的一些羧基、酚羟基等官能团对Pb有着更强烈的亲和力[20]。此外，土壤中的水合硅酸钙类黏性大的化合物因为生物炭的添加而会大量增加[21]，特别有利于Pb的固定。Cu的钝化效果次之，生物炭主要是利用吸附、络合和沉淀作用降低Cu的生物有效性。Zn和Mn的钝化效果较差，加入生物炭后，有效态降低幅度不是很大，这主要是因为在多种重金属共存的环境中，Zn和Mn的竞争能力要弱于其余两种重金属，而且在土壤中Zn和Mn主要以稳定形式存在[22]。

土壤重金属有效态含量与土壤 pH、CEC的相关性如表2所示。从表2可以看出，pH和CEC与土壤中重金属有效态含量呈显著负相关。与土壤pH相关性最大的是Pb有效态，相关系数为0.890，Cu有效态次之，相关系数为0.766。与土壤CEC相关性最大的为Mn有效态，相关系数为0.666，其次为Cu有效态，相关系数为0.610。

土壤pH与土壤重金属有效态含量呈极显著负相关关系，这与很多人的研究结论一致[23,24,25]。因此，pH是控制土壤重金属有效态的重要因素。土壤pH的升高使土壤表面胶体电负性增加，有利于土壤胶体对带正电荷的重金属离子进行电性吸附。土壤pH的增加会影响重金属的化学形态，形成羟基态的金属阳离子，这一形态的金属离子比自由态的金属离子更易和土壤吸附点位结合[26]。此外，随着pH的增大，土壤溶液中OH-浓度增大，重金属阳离子易与OH-结合生成难溶的沉淀物，从而导致土壤中重金属有效态含量的降低。土壤施入生物炭后CEC会增大，这会增强其对重金属阳离子的吸附和置换能力，进而增加了土壤对金属离子的钝化作用。