施用低溫生物炭對(duì)土壤鎘、鉛生物有效性的影響

彭紅宇， 聶兆君， 劉紅恩， 李 暢， 秦世玉， 張玉鵬， 劉亥揚(yáng)， 許嘉陽(yáng)， 趙 鵬

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州450002；2.河南省土壤污染防控與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州450002)

由于工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中排放的廢氣、廢水、廢渣以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中污水灌溉，農(nóng)膜、化肥、農(nóng)藥等過(guò)量施用，越來(lái)越多的重金屬化合物被帶入到土壤環(huán)境中，造成土壤重金屬污染問(wèn)題。另外在國(guó)內(nèi)收割后的農(nóng)作物廢棄物(花生殼、玉米秸稈等)被就地焚燒，導(dǎo)致大氣污染，能源浪費(fèi)，同樣帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益尖銳。一種原料來(lái)源廣泛且環(huán)境友好的修復(fù)方法是施用生物炭。生物炭作為一種新型生物質(zhì)固體材料，是在大約200～700 ℃缺氧或厭氧條件下[1]制備所得，因其比表面積較大、容質(zhì)量小、富含多孔結(jié)構(gòu)和良好的吸附能力等在生態(tài)修復(fù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域被廣泛關(guān)注[2]。

在農(nóng)業(yè)方面，生物炭可以作為一種土壤調(diào)理劑，修復(fù)土壤重金屬污染[3-6]，并且還在改善土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤微生物環(huán)境、提高土壤肥力、提升作物產(chǎn)量等方面發(fā)揮重要作用[7-8]。生物炭施入土壤中經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)(包括沉淀、吸附、離子交換)后，使重金屬污染物向穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而降低有效態(tài)重金屬污染物的含量，以達(dá)到修復(fù)受污染土壤的目的。研究發(fā)現(xiàn)生物炭也因原材料來(lái)源不同、制備條件(溫度、炭化時(shí)間)不同等導(dǎo)致其特性具有較大區(qū)別，對(duì)土壤重金屬的生物有效性影響也不同[4]。生物炭結(jié)構(gòu)變化和理化性質(zhì)與溫度和原材料有直接關(guān)系[9]?，F(xiàn)階段傳統(tǒng)的秸稈炭化溫度多為400 ℃以上，高溫生物炭生產(chǎn)過(guò)程中能耗高、產(chǎn)率低、成本高，規(guī)模生產(chǎn)前景堪憂[10]。而要想使其具有大規(guī)模生產(chǎn)的前景，一種有效的方法是對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行低溫預(yù)處理，制備低溫生物炭。溫度升高導(dǎo)致產(chǎn)率降低，能耗升高。王貴軍等[10]建議將生物質(zhì)秸稈預(yù)處理溫度控制在250 ℃左右。一方面250 ℃炭化后可以改善原材料的生物質(zhì)特性，低溫?zé)峤庵苽涞纳锾繒?huì)保留原材料中含有的有機(jī)質(zhì)和部分營(yíng)養(yǎng)元素，另一方面產(chǎn)率較高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。另外也有研究結(jié)果表明，過(guò)高的熱解溫度并不一定能夠有效提高生物炭對(duì)土壤重金屬吸附固定能力[11-13]。因此秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物低溫生物炭的農(nóng)業(yè)應(yīng)用效果尚需進(jìn)一步探索。

目前生物炭用于南方酸性土壤重金屬污染農(nóng)田的研究較多，針對(duì)北方偏堿性農(nóng)田重金屬污染土壤施用低溫生物炭的研究較少。本試驗(yàn)以河南省濟(jì)源市農(nóng)田鎘、鉛復(fù)合污染土壤為研究對(duì)象，以農(nóng)作物廢棄物(玉米秸稈、花生殼)為原料制成的低溫和高溫2種生物炭處理污染土壤，研究2種生物炭對(duì)堿性土壤中有效態(tài)鎘、鉛的含量的影響，為在污染農(nóng)田土壤中施用低溫生物炭提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤取自濟(jì)源市某地，污染程度為輕中度污染。將供試土壤在陰涼處自然風(fēng)干后，將動(dòng)植物殘?bào)w等對(duì)試驗(yàn)有干擾的雜物剔除，過(guò)20目篩。土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.1.2 供試生物炭的制備 采用限氧升溫炭化法[14]以花生殼、玉米秸稈2種農(nóng)業(yè)廢棄物為原料分別在2種炭化溫度(250 ℃、450 ℃)下制備生物炭。具體分為2個(gè)階段：原料預(yù)處理階段，首先，原材料花生殼、玉米秸稈先用蒸餾水反復(fù)洗凈后風(fēng)干2 d ，然后在70 ℃烘箱中烘干，花生殼簡(jiǎn)單破碎，玉米秸稈用木質(zhì)剪刀簡(jiǎn)單剪碎，用粉碎機(jī)粉碎過(guò)20目篩；生物炭制備階段，分別稱取花生殼粉末、玉米秸稈粉末放入瓷坩堝中，加蓋后置于管式馬弗爐中，通入氮?dú)?0 min后在絕氧條件下，分別設(shè)置250 ℃、450 ℃ 2種生物質(zhì)炭化溫度，升溫加熱至設(shè)置溫度后保溫2 h，自然冷卻至室溫后取出磨碎，過(guò)100目篩，裝于干凈的棕色瓶中備用[15-16]。以玉米秸稈為原材料的生物炭分別記為 MSB250、MSB450，以花生殼為原材料的生物炭分別記為 PSB250、PSB450。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年9月至12月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)文化路校區(qū)進(jìn)行。采用室內(nèi)土壤培養(yǎng)的方法，共設(shè)2組試驗(yàn)，分別培養(yǎng)30 d和60 d。每組試驗(yàn)設(shè)置9個(gè)處理：以不加生物炭的100 g供試土樣為對(duì)照組(CK)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的PSB250(T1)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的PSB250(T2)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的PSB450(T3)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的PSB450(T4)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的MSB250(T5)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的MSB250(T6)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的MSB450(T7)；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的MSB450(T8)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。培養(yǎng)器皿覆蓋保鮮膜并放置于暗處進(jìn)行培養(yǎng)。整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)各處理土壤濕度保持在田間持水量的70%，每隔2～3 d稱量補(bǔ)水。同時(shí)，保持培養(yǎng)溫度恒定在25 ℃。培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行土壤樣品的采集，風(fēng)干，粉碎后過(guò)20目篩。

1.3 分析方法

1.3.1 生物炭pH的測(cè)定 測(cè)定方法參照《木質(zhì)活性炭實(shí)驗(yàn)方法pH值的測(cè)定》(GB/T 12496.7-1999)[17]，具體步驟為，在50 ml干凈的小白瓶中放入1.25 g方法1.2中的4種生物炭樣品，然后加入不含二氧化碳的水25 ml，密封后放入振蕩機(jī)上以180 r/min往復(fù)振蕩30 min后取出，冷卻靜置。用提前已矯正的pH計(jì)測(cè)定生物炭 pH 值，每個(gè)生物炭樣品設(shè)置3次重復(fù)。

1.3.2 生物炭養(yǎng)分分析 采用NY/T 525-2012方法測(cè)定4種生物炭的碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。

1.3.3 生物炭比表面積及紅外光譜結(jié)構(gòu)的測(cè)定 4種生物炭樣品的比表面積采用比表面積測(cè)定儀測(cè)定，預(yù)處理6 h后在77 K液氮條件下進(jìn)行測(cè)試。4種不同生物炭的紅外光譜結(jié)構(gòu)采用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定，利用溴化鉀壓片法按生物炭與溴化鉀的質(zhì)量比1∶100進(jìn)行壓片制樣，使用美國(guó)賽默飛尼高力紅外光譜儀Nicolet iS5分析測(cè)定[18]。

1.3.4 土壤pH值的測(cè)定 在50 ml干凈小白瓶中放入10 g過(guò)20目篩的風(fēng)干土樣，加蒸餾水25 ml，放入搖床振蕩5 min，然后靜置一段時(shí)間后用矯正好的pH計(jì)測(cè)定懸液的pH值。

1.3.5 土壤有效態(tài)鎘、鉛含量的測(cè)定 稱取培養(yǎng)30 d、60 d的土樣5.00 g于 100 ml干凈錐形瓶中，加入二乙三胺五乙酸(DTPA)提取劑25 ml，用保鮮膜和皮筋密封后放入水平式往復(fù)振蕩器上振蕩，振蕩時(shí)間為2 h，溫度(25±2) ℃，轉(zhuǎn)速(180±20) r/min。提取后靜置過(guò)濾，棄去2～3 ml最初濾液。剩下的濾液用原子分光光度計(jì)測(cè)定有效態(tài)鎘、鉛含量，載氣火焰為乙炔[19]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2018、DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Origin 2018繪圖。處理間差異采用單因素方差分析，組間差異采用雙因素方差分析，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試生物炭及原材料的理化性質(zhì)

2種生物質(zhì)原料及4種生物炭的pH、大量養(yǎng)分含量如表2所示，從表2中可以看出隨著裂解溫度的上升，生物炭的pH、碳、氮、磷養(yǎng)分含量增加。其中PSB450 的pH值較大，為9.33，MSB450次之，為8.62。2種材料同一裂解溫度下養(yǎng)分含量花生殼均高于玉米秸稈。

表2 供試生物質(zhì)和生物炭的元素組成

由表3可知，高溫450 ℃生物炭的比表面積、總孔容和平均孔徑都大于低溫250 ℃生物炭。2種生物炭同一溫度下MSB250比表面積略大于PSB250，但PSB450卻比MSB450稍高。2種生物炭相同裂解溫度下總孔容相同，平均孔徑2種溫度PSB生物炭均高于MSB生物炭。

表3 不同裂解溫度下2種生物炭比表面積

由圖1可知，炭化溫度和原材料的不同對(duì)生物炭樣品表面的官能團(tuán)產(chǎn)生了重要影響。在官能團(tuán)區(qū)，4種生物炭分別在波數(shù)3 450 cm-1和3 414 cm-1附近出現(xiàn)較為明顯的羥基(-OH，3 400 cm-1)伸縮振動(dòng)峰。溫度升高(450 ℃)時(shí)，這2處的振動(dòng)峰都逐漸減弱。在2 930 cm-1、2 916 cm-1出現(xiàn)了亞甲基(-CH2)或甲基(-CH3)的振動(dòng)，溫度達(dá)到450 ℃時(shí)，伸縮振動(dòng)峰逐漸減弱，有機(jī)質(zhì)逐漸被分解，2種高溫生物炭的芳香化程度得到增強(qiáng)[18,20]。在雙鍵振動(dòng)區(qū)，C=O鍵伸縮振動(dòng)在波數(shù)為1 740 cm-1、1 736 cm-1處產(chǎn)生吸收峰，這表明生物質(zhì)原料及生物炭樣品中可能含有氧官能團(tuán)(羧基、羰基和酯基)，且炭化溫度由250 ℃升到450 ℃時(shí)振動(dòng)峰逐漸減弱，其中玉米秸稈生物炭溫度升到450 ℃時(shí)此峰消失，說(shuō)明半纖維素在此溫度下已經(jīng)完全分解，這是因?yàn)镃=O鍵易斷裂形成CO和CO2所致。花生殼、玉米秸稈原材料及生物炭在1 610 cm-1、1 606 cm-1附近出現(xiàn)芳香碳結(jié)構(gòu)上的C=C振動(dòng)吸收峰。在1 070 cm-1、1 100 cm-1處，花生殼、玉米秸稈生物炭分別出現(xiàn)半纖維素和纖維素脂肪族上C-O-C的伸縮振動(dòng)，且溫度達(dá)到450 ℃時(shí)2種高溫生物炭C-O-C伸縮振動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱。2種高溫(450 ℃)生物炭在芳香族C-H(550～885 cm-1)的變形振動(dòng)峰逐漸出現(xiàn)并增多，說(shuō)明隨著生物炭炭化溫度升高，炭化程度加強(qiáng)，非極性脂肪族官能團(tuán)減少，而芳香化程度增加[21]。

MSB、MSB250、MSB450、PSB、PSB250、PSB450見表2注。圖1 不同裂解溫度下生物炭樣品的傅里葉變換紅外光譜曲線Fig.1 Fourier transform infared spectra of biochar samples at different pyrolysis temperatures

2.2 添加生物炭對(duì)土壤pH值的影響

土壤pH對(duì)土壤中Cd、Pb生物有效性有直接影響，Cd、Pb的水解平衡受pH值升高的影響，在土壤中經(jīng)絡(luò)合、沉淀等被固定，導(dǎo)致其有效性降低[22-24]。從圖2可以看出，不同材料不同溫度生物炭添加到土壤中培養(yǎng)30 d后對(duì)土壤pH的影響不同，添加花生殼生物炭土壤pH變化趨勢(shì)為T4>T3>T1>T2，相對(duì)于對(duì)照組(CK)土壤pH值分別提升0.09、0.06、-0.01、-0.03，玉米秸稈生物炭與花生殼生物炭土壤pH變化趨勢(shì)相同，為T8>T7>T5>T6，相對(duì)于對(duì)照組土壤pH值分別提升0.05、-0.04、-0.05、-0.13，說(shuō)明與其他處理相比，T8(2% MSB450)處理土壤pH值略有升高。當(dāng)培養(yǎng)60 d后，花生殼生物炭處理的土壤pH變化趨勢(shì)為T3>T4>T2>T1，比CK分別提升0.15、0.14、0.13、0.07，說(shuō)明各個(gè)處理均能提高土壤pH，玉米秸稈生物炭各處理也都能提高土壤pH。與培養(yǎng)60 d相比，除對(duì)照CK略有降低外，培養(yǎng)30 d的生物炭處理土壤pH均有不同程度的提高，花生殼生物炭的T1、T2、T3、T4處理對(duì)土壤pH提升幅度分別為0.49%、1.82%、0.99%、0.49%，而玉米秸稈生物炭的T5、T6、T7、T8處理對(duì)土壤pH提升幅度分別為1.38%、2.54%、0.82%、0.06%，其中低溫T1、T2、T5、T6處理對(duì)土壤pH的提高隨著生物炭添加量的增加而增加，而高溫T3、T4、T7、T8處理則相反。另外經(jīng)過(guò)60 d培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)2種低溫生物炭中雖然玉米秸稈生物炭的T5、T6處理pH值增幅最大，但其pH值卻小于花生殼生物炭的T1、T2處理。

CK：不加生物炭的對(duì)照組；T1：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的生物炭PSB250；T2：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的PSB250；T3：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的PSB450；T4：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的PSB450；T5：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的MSB250；T6：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的MSB250；T7：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的MSB450；T8：施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的MSB450。MSB250、MSB450、PSB250、PSB450見表2注。柱狀圖上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 培養(yǎng)30 d(左)和60 d(右)后生物炭對(duì)土壤pH值的影響Fig.2 Effects of biochar on soil pH after 30 days (left) and 60 days (right) of culture

2.3 添加生物炭對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響

如圖3所示,施用生物炭培養(yǎng)30 d后土壤中有效態(tài)Cd含量顯著降低，其中T4處理降幅最大，為23.30%。以花生殼為原材料的生物炭添加后，土壤中有效態(tài)Cd含量變化趨勢(shì)為T4>T2>T1>T3，較空白對(duì)照降幅分別為23.30%、16.35%、15.84%、10.95%，其中低溫生物炭平均降幅16.08%，高溫生物炭平均降幅為17.13%，總平均降幅為16.60%。可以看出2%添加量的PSB450固定效果最好，但1%添加量的PSB450固定效果相對(duì)較差，且2種裂解溫度下的生物炭對(duì)土壤有效態(tài)Cd固定效果均隨著添加量的增加而增強(qiáng)，高溫處理生物炭平均固定能力較低溫略強(qiáng)。以玉米秸稈為原料的生物炭處理土壤有效態(tài)Cd含量變化趨勢(shì)為T8>T5>T7>T6，較空白對(duì)照降幅分別為14.01%、13.59%、11.19%、7.07%，其中低溫生物炭平均降幅10.33%，高溫生物炭平均降幅為12.60%，總平均降幅為11.47%。一方面說(shuō)明低溫生物炭1%添加量可以達(dá)到與高溫生物炭2%添加量相同的效果，但低溫生物炭隨著添加量的增加效果減弱，高溫則相反，另一方面可以看出高溫生物炭平均固定能力較低溫生物炭略強(qiáng)。

施用生物炭培養(yǎng)60 d后土壤中有效態(tài)Cd含量同樣顯著降低，以花生殼為原料的生物炭添加到土壤中有效態(tài)Cd含量變化趨勢(shì)為T3>T4>T2>T1，較空白對(duì)照降幅分別為17.74%、14.46%、13.14%、11.92%，低溫生物炭平均降幅12.53%，高溫生物炭平均降幅為16.10%，總平均降幅為14.31%，說(shuō)明PSB450固定土壤中有效態(tài)Cd效果好，且與低溫PSB250相比隨著添加量的增加固定效果降低。以玉米秸稈為原料的生物炭處理土壤有效態(tài)Cd含量下降變化趨勢(shì)為T5>T8>T7>T6，其降幅分別為12.41%、11.92%、11.39%、7.98%，低溫生物炭平均降幅10.19%，高溫生物炭平均降幅為11.66%，總平均降幅為10.93%。可以看出低溫生物炭隨著添加量的增加固定效果減弱，而高溫生物炭則隨著添加量的增加固定效果增強(qiáng)，低溫生物炭1%添加量可以達(dá)到高溫生物炭相同的效果，另一方面也可以看出高溫生物炭平均固定能力較低溫生物炭略強(qiáng)。

綜上所述，培養(yǎng)30 d、60 d的土壤添加花生殼生物炭的處理固定效果均比玉米秸稈生物炭好。另外培養(yǎng)60 d后除了T4處理外其他處理均較培養(yǎng)30 d有效態(tài)Cd含量有不同程度的降低，除T4處理外其余處理平均降低4.76%。以玉米秸稈為原料的生物炭處理培養(yǎng)60 d與培養(yǎng)30 d相比，土壤中有效態(tài)鎘含量平均降低7.02%。可見經(jīng)過(guò)60 d培養(yǎng)后玉米秸稈生物炭對(duì)土壤中有效鎘的固定程度增強(qiáng)，但效果仍沒有花生殼生物炭好。

各處理見圖2注。柱狀圖上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖3 培養(yǎng)30 d(左)和60 d(右)生物炭對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響Fig.3 Effect of biochar on soil available cadmium content after 30 days (left) and 60 days (right) of culture

2.4 添加生物炭對(duì)土壤有效態(tài)鉛含量的影響

由圖4可見，施用生物炭培養(yǎng)30 d后土壤中有效態(tài)Pb含量T4處理降幅最大，為13.60%，以花生殼為原材料的生物炭添加到土壤中后有效態(tài)Pb含量下降變化趨勢(shì)為T4>T2>T1>T3，較空白對(duì)照降幅分別為13.60%、11.81%、10.50%、2.67%，低溫生物炭平均降幅11.16%，高溫生物炭平均降幅為8.14%，總平均降幅為9.65%。說(shuō)明2%添加量的PSB450固定效果最好，1% PSB450固定效果相對(duì)較低，低溫生物炭處理降幅較大。以玉米秸稈為原料的生物炭處理土壤有效態(tài)Pb含量下降變化趨勢(shì)為T8>T5>T7>T6，其降幅分別為8.52%、6.28%、4.98%、2.52%，低溫生物炭平均降幅4.40%，高溫生物炭平均降幅為6.75%，總平均降幅為5.58%?？梢钥闯龅蜏厣锾侩S著添加量的增加效果減弱，高溫生物炭則相反，高溫生物炭平均降幅較大。

各處理見圖2注。柱狀圖上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖4 培養(yǎng)30 d(左)和60 d(右)生物炭對(duì)土壤有效態(tài)鉛含量的影響Fig.4 Effect of biochar on available lead content in soil after 30 days (left) and 60 days (right) of culture

施用生物炭培養(yǎng)60 d可顯著降低土壤中有效態(tài)Pb含量，以花生殼為原料的生物炭添加到土壤中后有效態(tài)Pb含量下降變化趨勢(shì)為T3>T4>T2>T1，較空白對(duì)照降幅分別為29.90%、28.20%、23.85%、15.06%，低溫生物炭平均降幅19.46%，高溫生物炭平均降幅為29.05%，總平均降幅為24.26%。說(shuō)明PSB450固定土壤中有效態(tài)Pb效果好，與低溫生物炭PSB250相比隨著添加量的增加固定效果有減弱趨勢(shì)，但處理之間差異不顯著。以玉米秸稈為原料的生物炭處理土壤有效態(tài)Pb含量下降變化趨勢(shì)為T8>T5>T7>T6，其降幅分別為23.84%、23.67%、19.81%、16.98%，低溫生物炭平均降幅20.32%，高溫生物炭平均降幅為21.83%，總平均降幅為21.07%。

總之，培養(yǎng)30 d、60 d后花生殼生物炭對(duì)有效態(tài)鉛的固定效果好，培養(yǎng)60 d后土壤中有效鉛含量較培養(yǎng)30 d有效態(tài)Pb含量有不同程度的降低。以花生殼為原料的生物炭固定能力較大, 與培養(yǎng)30 d處理相比，土壤中有效態(tài)鉛含量平均降低12.61%。以玉米秸稈為原料的生物炭培養(yǎng)60 d與培養(yǎng)30 d處理相比，土壤中有效態(tài)鉛含量平均降低12.82%。

3 討論

在受到重金屬污染的偏堿性土壤中短期施用(30 d、60 d)低溫生物炭可以提高土壤的pH值但并不顯著，這是因?yàn)橥ǔＩ锾恐泻写罅康膲A性物質(zhì)，施入土壤后可提高土壤的pH值[25]，但也因生物炭原料和土壤類型而異。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)30 d培養(yǎng)中1% MSB250處理與CK相比pH值略有下降但并不顯著，而2% MSB250處理下pH下降，可能是因?yàn)樯锾縫H值為弱酸性。悅飛雪等[26]發(fā)現(xiàn)添加pH為6.7的雞糞生物炭會(huì)降低土壤pH。說(shuō)明若制備的生物炭呈酸性可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)降低堿性土壤pH。另外本試驗(yàn)中制備的低溫、高溫生物炭都保留了原材料大部分有機(jī)官能團(tuán)，且2種材料本身就含有多種植物酸，使原料本身呈酸性，施入弱堿性土壤后對(duì)土壤pH影響不大，這與Zhang等[27]、Lin等[28]研究結(jié)果一致。

生物炭施入土壤會(huì)從不同的方面影響Cd、Pb的有效性，本試驗(yàn)中2種材料制備的低溫、高溫生物炭在短期內(nèi)都降低了土壤中重金屬有效性，這與安梅等[29]施用4種450 ℃生物炭培養(yǎng)50 d后均降低重金屬有效性的研究結(jié)果一致。高瑞麗等[12]也發(fā)現(xiàn)使用水稻秸稈生物炭在Pb、Cd復(fù)合污染土壤中培養(yǎng)30 d后，可以降低Pb、Cd的生物有效性。對(duì)于有效態(tài)鎘來(lái)說(shuō),30 d處理中花生殼生物炭低溫處理較高溫效果略好，可能是因?yàn)榈蜏靥炕潭鹊捅Ａ袅嗽牧洗蟛糠趾豕倌軋F(tuán)，此結(jié)果從傅里葉紅外光譜試驗(yàn)結(jié)果中得到證實(shí)，這些表面官能團(tuán)可作為吸附位點(diǎn)與重金屬結(jié)合，降低其有效性[30]，另外生物炭的比表面積也會(huì)影響吸附固定土壤重金屬能力[31]，低溫花生殼生物炭比表面積小，高溫花生殼生物炭比表面積大，雖然這種變化主要由于物理作用，沒有發(fā)生化學(xué)變化，對(duì)重金屬影響較小[32]。因此低溫生物炭施入土壤中在30 d過(guò)程中起到的作用小，但是高溫生物炭由于其較大的比表面積仍然有較好的固定能力，這也可能是導(dǎo)致低溫生物炭在30 d培養(yǎng)中重金屬有效性平均降幅較高溫生物炭處理平均降幅略高但差別不大的原因。低溫生物炭的1%、2% 2種添加量處理之間沒有顯著差異，固定有效態(tài)Cd能力相當(dāng)，而高溫生物炭的1%、2% 2種添加量處理差異顯著，均隨著添加量的增加固定能力增強(qiáng)。對(duì)于玉米秸稈生物炭而言，總的來(lái)說(shuō)30 d培養(yǎng)中高溫生物炭處理重金屬有效性平均降幅較低溫生物炭處理略高但相差不大，其中低溫生物炭處理中1%添加量固定效果好，高溫生物炭處理中1%、2% 2種添加量固定能力相當(dāng)，但隨著添加量的增加固定效果有增強(qiáng)趨勢(shì)，60 d培養(yǎng)后各處理變化幾乎與30 d保持一致。生物炭對(duì)有效鎘的固定機(jī)制同樣也表現(xiàn)在有效態(tài)鉛上，對(duì)于有效態(tài)鉛來(lái)說(shuō)30 d處理的花生殼生物炭中低溫生物炭處理添加量之間差異不顯著，而高溫生物炭處理則隨著添加量的增加固定效果顯著增強(qiáng)。對(duì)于玉米秸稈生物炭而言低溫生物炭1%添加量效果較好，高溫生物炭處理隨著添加量的增加固定效果有增強(qiáng)趨勢(shì)，60 d培養(yǎng)各處理與30 d培養(yǎng)各處理相比土壤中有效態(tài)鉛含量均下降。另外，因?yàn)樵牧现g的差異，以及復(fù)合污染中生物炭、Cd和Pb之間存在相互作用，所以生物炭對(duì)重金屬吸附能力存在差別，使得在某一階段出現(xiàn)優(yōu)先吸附某種金屬離子。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)花生殼生物炭中C、N、P、K含量均比玉米秸稈生物炭高。徐美麗等[30]、張迪等[33]認(rèn)為生物炭施入土壤中會(huì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，并且有機(jī)碳含量的提高可以降低土壤重金屬有效態(tài)的含量，另外生物炭表面還含有多種營(yíng)養(yǎng)元素，在降低重金屬有效性方面也有重要意義[34-36]。