生物炭改性再生混凝土骨料提升绿色屋顶植物性能与渗滤液水质研究

《Journal of Cleaner Production》：Plant performance and leachate water quality enhancement using biochar-modified recycled concrete aggregates

本文系统研究了木炭（WB）、易腐废弃物炭（PWB）和乳制品粪便炭（DMB）三种生物炭以5%和10%两种添加比例改性再生混凝土骨料（RCA）对芒草生长及渗滤液水质的影响。研究发现生物炭改性可显著提升RCA肥力（有效磷、钾含量，p<0.05），其中10%添加量的DMB能同步优化植物生长、基质养分和重金属吸附效果，为构建"海绵城市"提供了废弃资源化利用新策略。

　　

不同基质的特性

不同生物炭类型和添加比例对RCA特性的影响如表2所示。值得注意的是，无论生物炭类型和添加比例如何，生物炭都降低了RCA的pH值，但其pH值仍高于普通土壤（CDG）。这种pH值降低可归因于几种化学机制。生物炭的施用可以促进土壤中硅酸钠（如Na₂SiO₃ 和 NaHSiO₃）向中性钙盐（如CaSiO₃ 和 Ca(HSiO₃)₂）的转化（Liu et al., 2020b）。此外，生物炭表面的酸性官能团（如羧基）可以通过离子交换中和碱性物质。生物炭的添加还显著提高了RCA的肥力，与CDG相比，有效磷和钾含量显著增加（p < 0.05）。特别是DMB处理，由于其本身较高的养分含量，显示出最强的养分提升能力。基质的孔隙结构和持水能力也因生物炭的添加而得到改善，这为植物根系生长和水分利用创造了更有利的条件。

结论

本研究表明，生物炭类型和添加比例显著影响RCA作为基质的性能，并对植物生长和渗滤液水质产生不同的影响。在测试的生物炭中，只有WB在所有添加比例下都能持续增加植物茎高，而PWB-5比PWB-10多产生31%的叶片。虽然WB和DMB的添加比例对RCA的pH值没有显著影响，但PWB-10与PWB-5相比显著降低了pH值（p < 0.05）。在养分提升方面，所有生物炭处理均显著提高了基质的有效磷和钾含量。对于渗滤液水质，DMB在降低重金属浓度方面表现最为突出。主成分分析（PCA）建议使用10%添加量的DMB，以协同优化植物生长、提升RCA养分含量并改善渗滤液水质。这些发现为利用生物炭改性RCA完全替代传统土壤应用于绿色屋顶提供了科学依据，对促进建筑废弃物资源化和城市可持续发展具有重要意义。