摘要: 农田土壤重金属污染危害土壤环境健康与农产品安全，进而对人体健康造成威胁。与此同时，随着人口增长、城市化进程加快，农业生产及城市生活过程中产生的有机废弃物逐年增加、产量巨大。因此有机废弃物的合理处置、资源化利用成为当前亟待解决的问题... 展开 农田土壤重金属污染危害土壤环境健康与农产品安全，进而对人体健康造成威胁。与此同时，随着人口增长、城市化进程加快，农业生产及城市生活过程中产生的有机废弃物逐年增加、产量巨大。因此有机废弃物的合理处置、资源化利用成为当前亟待解决的问题。鉴于此，本研究分别对以荷梗、污水污泥和餐厨垃圾为原料制备的荷梗生物炭(HBC)和YM有机堆肥(YM)两种富碳材料进行了研究。探究HBC和YM对Cd2+的吸附机制及其对土壤中Cd迁移和形态转化的影响。同时，试验了YM对矿区周边Cd污染农田土壤的修复效果。研究结果表明： (1)限氧条件下，HBC的最优制备温度为400℃。利用傅里叶红外光谱(FTIR)分析、扫描电镜(SEM)分析和元素分析技术发现HBC具有发达的多孔结构和－OH、COO－和C=O－等含氧官能团以及芳环结构，其对液体中Cd2+表现出较强的吸附性能，试验条件下吸附量可达23.0mg/g。综合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型拟合结果可以得出：Cd2+在HBC表面的吸附是发生在多孔介质表面以化学作用主导的吸附过程。吸附具体分为3个阶段：①Cd2+在浓度梯度力作用下由溶液迅速扩散到HBC表面；②Cd2+与HBC表面官能团发生络合、离子交换反应，与金属氧化物、碳酸盐等发生共沉淀反应；③Cd2+扩散到HBC的多孔结构中，与苯环上普遍存在的π电子结构发生阳离子-π作用。 (2)YM具有较高的有机质含量(OM含量35.8%)和较强碱性(pH=7.92)。利用FTIR分析和X射线光电子能谱(XPS)分析发现YM表面具有丰富的－OH等含氧官能团和芳环结构。XPS分析及吸附-解吸试验结果表明：专性吸附和静电吸附在YM吸附Cd2+的过程中均发挥了重要作用。YM-土壤培养试验表明：YM显著提高了Cd在土壤表面的吸附量，增强了土壤对Cd的固持能力，其影响机制是YM增强了土壤对Cd的专性吸附。 (3)农田土壤修复试验结果表明：HBC和YM均显著降低了土壤中Cd的生物有效性并促使土壤中的Cd由弱酸提取态向可还原态、残渣态转化。在土壤-水稻系统中：YM提高了土壤pH、CEC含量和SOM含量，并显著降低了糙米Cd含量(最低为0.183mg/kg)。YM限制了土壤中的Cd向水稻体内转移并提高了Cd在水稻植株体内根部的比例。逐步回归模型表明：在水稻糙米Cd含量的潜在影响因素(土壤pH、土壤Eh、SOM含量、土壤CEC含量和YM投加量)中，土壤pH是降低糙米Cd含量的最关键、最主要的因素。YM有效促进了水稻植株的健康生长，可实现Cd污染农田中稻米的安全生产与污染土壤的安全利用。 综上所述，两种富碳材料对Cd2+的共同吸附机制为：富碳材料表面丰富的－OH、COO－等含氧官能团、芳环及碳酸盐类物质是与Cd2+发生络合、化学沉淀及离子交换的关键物质。HBC与YM均可显著降低土壤中Cd的生物有效性并促进Cd由不稳定态向稳定态转化。 收起