【《生物炭联合堆肥在重金属污染土壤修复中的应用研究国内外文献综述》2100字】

生物炭联合堆肥在重金属污染土壤修复中的应用研究国内外文献综述生物炭和堆肥不仅被认为是两种有吸引力的污染物管理选择，对环境的负面影响较小，而且通常会降低土壤污染的生物有效性和流动性，并增加土壤有机质、养分利用率、微生物活性和作物产量。目前，已有大量的研究证明生物炭和堆肥在土壤重金属污染方面的修复和改良效果显著。但同时也有部分研究表明它们在土壤修复方面的效果并不明显，甚至造成负面影响。Rillig等人[144]通过研究分析发现，将生物炭单独施于土壤后，植物和农作物的产量并没有因此而产生很明显的增加或减少，导致这种情况的原因很可能是由于生物炭直接吸附了土壤中的各种营养成分，抑制了植物和微生物对其的摄入。而且在堆肥中因为原材料本身就会含有一定量的重金属，添加到土壤后会导致土壤重金属污染得不到明显改善，造成二次污染。因此，为了强化生物炭和堆肥对土壤重金属的钝化修复效果，学者们尝试将堆肥和生物炭进行混合处理借此来加强或改善它们彼此的性质，从而达到比较理想的修复效果[145]。1.1生物炭和堆肥间的相互作用及影响生物炭与堆肥的相互作用为提高生物炭和堆肥改良土壤的效果提供了方法。堆肥与生物炭相互影响各自的特性。生物炭在堆肥过程中通过生物和非生物的氧化和吸附作用对其表面进行了修饰[146]。有研究报道，由于生物炭具有较高的纳米孔隙率和表面积，生物炭的存在使污泥好氧堆肥培养第一天的吸氧率增加了21-37%。生物炭处理的堆肥阳离子交换容量（CEC）大于无生物炭处理[147]。此外，增加一些生物炭也能明显地影响到堆肥工作过程中的理化反应及微生物种群，以及最终产物的组成和质量。Zhang等人[148]研究了不同比例的生物炭对绿色废弃物堆肥的理化特性和观赏植物紫背竹芋生长和营养的影响，认为最佳比例组合不仅改善了粒径分布，将容重、孔隙率和持水性调整到理想范围内，而且降低了pH值和EC，提高了生长基质的宏观和微观养分含量以及微生物生物量。堆肥对生物炭的作用研究主要集中在堆肥对生物炭特性的影响上。Prost等人[149]阐明了堆肥对两种不同类型生物炭的化学和物理特性的影响。他们发现，由于生物炭从堆肥渗滤液中吸收了水、有机物和营养物质，在堆肥过程中，水分、可水提取有机碳、总可溶性氮、植物有效磷、植物有效钾和潜在的CEC都有所增加。硬木刨花或鸡窝的堆肥可能由于嗜热氧化作用，使生物炭的CEC增加了2.2-6.5倍。其他研究也发现，堆肥增加了生物炭的水分、可水提取有机碳和CEC[150]。此外，Wiedner等人[151]通过生物炭堆肥实验，探讨了堆肥是否可以加速生物炭表面氧化以提高其反应活性。为了评估结果，还对生物炭的表面性质进行了研究。能量色散x射线光谱法计算的O/C值显示：单一生物炭的O/C值为0.13，而堆肥生物炭的O/C值为0.40。)。1.2生物炭和堆肥联合修复重金属污染土壤生物炭和堆肥彼此相互作用会导致它们性质的变化，从而影响土壤重金属的流动性。生物炭和堆肥对污染土壤中有毒金属的稳定具有显著的积极作用。Chen等人[152]使用小麦秸秆生物炭和堆肥对含有重金属Pb和Cu的冶炼厂污染土壤进行修正时发现，生物炭和堆肥的联合施用使得土壤Pb含量降低了37.4%，Cu浓度下降了27.3%，结果证明生物炭和堆肥的混合物可作为一种有效的添加剂降低Pb的生物有效性，通过降低土壤污染的生态风险来改善植物生长和土壤养分。此外，生物炭和堆肥的不同比例，对重金属污染土壤产生的修复效果也不尽相同。Liang等其他研究人员[1]通过实验研究不同性质配比的生物炭和堆肥对湿地土壤中各种重金属（Cd、Zn、Cu）有效性和其土壤形态学变化分布的重要影响。结果表明，随着生物炭和堆肥比例的增加，湿地土壤的总有机碳（TOC）和水浸出有机碳（WEOC）逐渐增加。当生物炭添加量一定数值时（20%和40%），由于生物炭与堆肥的有效相互作用，pH值升高。所有改良剂都显著降低了土壤中Cd和Zn的有效性，却增加了土壤中有效态Cu的含量，出现这种变化的主要原因大多在于pH值的变化提高了土壤中WEOC和堆肥中铜的总量。随着堆肥含量的增加，改良剂能显著降低Cd和Zn的易交换性组分，提高Cd和Zn的可还原性，而含堆肥改良剂能促进Cu从Fe/Mn氧化物和残留组分向有机结合物的转化。但同时也已经有相关研究表明，生物炭和堆肥联合使用时对于土壤改良及其他重金属污染修复效果远低于单独添加。Beesley等人[153]将生物炭和堆肥的混合材料施入矿区土壤中分析发现，当生物炭和堆肥单独添加时，其重金属固定效率就要远远高于生物炭和堆肥的联合添加。生物炭极大地降低了重金属在土壤中的迁移性，而堆肥通过增加土壤中溶解性有机碳的浓度，进一步控制土壤中重金属的可利用性。理想的土壤修复材料不仅在土壤重金属污染防治方面要降低土壤中有毒金属的流动性，而且还要改善土壤原著生物的活性状态，提升土壤肥力。对生物炭和堆肥的联合应用对土壤生态系统产生的影响进行系统性的评估具有极为重要的现实意义，但是就目前而言，针对生物炭和堆肥(或堆肥)复合修正的影响进行了许多研究，但这些研究主要集中在污染恢复、气体排放、酶和作物在土壤中的生长。生物炭和