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資環(huán)所在生物炭修復(fù)環(huán)境污染方面取得新進(jìn)展
近日，資環(huán)所在生物炭研究領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊BIOCHAR上（JCR一區(qū)，IF=11.452，土壤科學(xué)類(lèi)39本期刊中排名第1位，環(huán)境科學(xué)類(lèi)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(xiàng)工作主要由資環(huán)所環(huán)境化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)完成。該團(tuán)隊(duì)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員李兆君為共同通訊作者，Massey University的 Paramsothy Jeyakumar，西南大學(xué)教授黃先智，佛山科技大學(xué)教授王海龍，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員梁曉亮等也參與了該研究工作。
近年來(lái)，利用農(nóng)林廢棄物合成生物炭的相關(guān)研究引起學(xué)者的廣泛關(guān)注。將農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為生物炭并應(yīng)用于環(huán)境污染治理領(lǐng)域，既可快速消除農(nóng)林廢棄物，又可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)林廢棄物的資源化利用，是一種良好的解決農(nóng)林廢棄物碳排放和資源化利用問(wèn)題的有效途徑之一。
基于此，資環(huán)所環(huán)境化學(xué)研究室選擇了廣東省產(chǎn)生量較大或具地方特色的桑樹(shù)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(shù)制備出不同溫度的生物炭，研究了其對(duì)重金屬污染土壤、水體重金屬和有機(jī)污染的修復(fù)效果和作用機(jī)制。
通過(guò)盆栽試驗(yàn)（圖1），選擇園林綠化廢棄物、桑枝、肉桂枝三種來(lái)源450oC制備的生物炭為改良劑材料，研究其對(duì)Cd（鎘）和Pb（鉛）復(fù)合污染的三種類(lèi)型土壤（分布來(lái)自于廣東韶關(guān)、云浮和河南濟(jì)源）的重金屬有效性的消減作用，驗(yàn)證了不同生物炭對(duì)不同類(lèi)型土壤中重金屬植物有效性消減效應(yīng)的差異性（圖2）。研究進(jìn)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(guān)鍵因素，表明了在應(yīng)用生物炭改良重金屬污染土壤時(shí)，了解生物炭制備條件和來(lái)源及特性以及土壤理化性質(zhì)十分重要。
圖1. 盆栽試驗(yàn)
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(jìn)一步探討高磷含量生物炭對(duì)污染物內(nèi)在作用機(jī)制，通過(guò)現(xiàn)代儀器分析手段，研究其對(duì)污染物的吸附效果及作用機(jī)制。結(jié)果證明，桑枝生物炭中的高磷含量是決定其對(duì)Cd高吸附能力的關(guān)鍵因素，其對(duì)Cd的吸附主要是通過(guò)磷酸鹽的絡(luò)合作用來(lái)完成（圖3，圖4），同時(shí)吸附過(guò)程也伴隨電化學(xué)作用和離子交換作用。生物炭對(duì)AT的吸附機(jī)理主要是通過(guò)分配作用、孔隙內(nèi)擴(kuò)散和氫鍵的作用來(lái)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(duì)Cd吸附容量的線性關(guān)系及生物炭吸附Cd前后P2p/5結(jié)合能的變化
圖5. 生物炭對(duì)Cd和AT吸附機(jī)制
本研究得到廣東省農(nóng)科院新興團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（202120TD），廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)基金項(xiàng)目 (BZ201903, BZ202001) ，國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（41807454, 41571313）等項(xiàng)目資助。研究結(jié)果為植物源農(nóng)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(lái)，資環(huán)所環(huán)境化學(xué)團(tuán)隊(duì)在植物源農(nóng)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(zhì)量，增加土壤碳匯，生物炭基土壤調(diào)理劑和肥料研發(fā)方面開(kāi)展了系列基礎(chǔ)和應(yīng)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(quán)發(fā)明專(zhuān)利6件，實(shí)用新型5件?！吧锾炕寥勒{(diào)理劑制備及重金屬污染農(nóng)田治理技術(shù)”獲得了廣東省2021和2022年省農(nóng)業(yè)主推技術(shù)。
