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資環(huán)所在生物炭修復環(huán)境污染方面取得新進展
近日，資環(huán)所在生物炭研究領域國際權威期刊BIOCHAR上（JCR一區(qū)，IF=11.452，土壤科學類39本期刊中排名第1位，環(huán)境科學類279本期刊中排名第21位）在線發(fā)表題為“Biochar and soil properties limit the phytoavailability of lead and cadmium by Brassica chinensis L. in contaminated soils”和“Characterization of biochars from woody agricultural wastes and sorption behavior comparison of cadmium and atrazine”的研究論文。此項工作主要由資環(huán)所環(huán)境化學研究團隊完成。該團隊博士后Albert博士和副研究員李翔為共同第一作者，資環(huán)所研究員劉忠珍、作物所研究員黃振瑞、中國農業(yè)科學院研究員李兆君為共同通訊作者，Massey University的 Paramsothy Jeyakumar，西南大學教授黃先智，佛山科技大學教授王海龍，中國科學院廣州地球化學研究所研究員梁曉亮等也參與了該研究工作。
近年來，利用農林廢棄物合成生物炭的相關研究引起學者的廣泛關注。將農林廢棄物轉化為生物炭并應用于環(huán)境污染治理領域，既可快速消除農林廢棄物，又可以實現農林廢棄物的資源化利用，是一種良好的解決農林廢棄物碳排放和資源化利用問題的有效途徑之一。
基于此，資環(huán)所環(huán)境化學研究室選擇了廣東省產生量較大或具地方特色的桑樹枝、肉桂枝和城市園林綠化廢棄物為原料，利用厭氧熱解技術制備出不同溫度的生物炭，研究了其對重金屬污染土壤、水體重金屬和有機污染的修復效果和作用機制。
通過盆栽試驗（圖1），選擇園林綠化廢棄物、桑枝、肉桂枝三種來源450oC制備的生物炭為改良劑材料，研究其對Cd（鎘）和Pb（鉛）復合污染的三種類型土壤（分布來自于廣東韶關、云浮和河南濟源）的重金屬有效性的消減作用，驗證了不同生物炭對不同類型土壤中重金屬植物有效性消減效應的差異性（圖2）。研究進一步分析證明，生物炭中有效磷含量和土壤PH值是控制重金屬生物炭有效性和植物吸收的關鍵因素，表明了在應用生物炭改良重金屬污染土壤時，了解生物炭制備條件和來源及特性以及土壤理化性質十分重要。
圖1. 盆栽試驗
圖2. 三種生物炭輸入三種土壤中，蔬菜地上部和根部的Cd含量
為了進一步探討高磷含量生物炭對污染物內在作用機制，通過現代儀器分析手段，研究其對污染物的吸附效果及作用機制。結果證明，桑枝生物炭中的高磷含量是決定其對Cd高吸附能力的關鍵因素，其對Cd的吸附主要是通過磷酸鹽的絡合作用來完成（圖3，圖4），同時吸附過程也伴隨電化學作用和離子交換作用。生物炭對AT的吸附機理主要是通過分配作用、孔隙內擴散和氫鍵的作用來完成（圖5）。
圖3. 生物炭吸附Cd前后的XRD譜圖
圖4. 生物炭磷含量和對Cd吸附容量的線性關系及生物炭吸附Cd前后P2p/5結合能的變化
圖5. 生物炭對Cd和AT吸附機制
本研究得到廣東省農科院新興團隊項目（202120TD），廣東省農業(yè)科學院院長基金項目 (BZ201903, BZ202001) ，國家自然科學基金青年基金（41807454, 41571313）等項目資助。研究結果為植物源農林廢棄物的快速處理和資源化利用提供了新的思路。近10年來，資環(huán)所環(huán)境化學團隊在植物源農林廢棄物炭化工藝及生物炭特性，生物炭消減土壤污染（重金屬和除草劑污染），提升耕地質量，增加土壤碳匯，生物炭基土壤調理劑和肥料研發(fā)方面開展了系列基礎和應用研究工作。已發(fā)表論文30多篇，其中SCI收錄10多篇，JCR一區(qū)5篇，ESI高被引論文1篇，授權發(fā)明專利6件，實用新型5件。“生物炭基土壤調理劑制備及重金屬污染農田治理技術”獲得了廣東省2021和2022年省農業(yè)主推技術。
