Zn-生物炭复合物对钙质土壤中镉固定化的影响：最佳热解温度与原料类型探究

《Scientific Reports》：Comparing the pristine biochar and Zn-biochar composite for stabilizing Cd in a contaminated calcareous soil

　　摘要目前尚未探索出适用于在钙质土壤中固定化镉（Cd）的最佳热解温度和原料类型以制备Zn-生物炭复合物。本研究旨在评估由两种农业残留物（稻壳和小麦秸秆）在三种温度（300、450和600°C）下热解制备的Zn-生物炭复合物对受污染钙质土壤中Cd固定化的影响。采用连续提取法、释放动力学实验以及光谱（FTIR、XRD）和显微（SEM）分析，以确定最能降低土壤Cd有效性的Zn-生物炭复合物。在所有热解温度下，Zn-生物炭复合物在降低不稳定组分（可溶态和交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态）方面均优于原始生物炭，同时增加了难降解残余组分。在所有处理中，在600°C下制备的Zn-稻壳生物炭复合物（R60z）最为有效。与对照组相比，它使残余组分的Cd含量出现最高的统计学显著增加（28.9%），并表现出最低的迁移因子（25.08%）。与对照组相比，R60z还表现出在简单Elovich动力学模型参数上的最大显著降低，分别对应a_e减少17.8%和1/β减少29.4%。这些发现将R60z确定为抑制Cd初始释放量及Cd解吸进入土壤溶液速率的最有效改良剂。这种优越性能可能归因于R60z表面位点的潜在更高可达性，这可能增强了对Cd在流动性较小的土壤组分中的保留。最后，源自稻壳的高温Zn-生物炭复合物似乎是缓解受污染钙质土壤中Cd迁移性的有前景的改良剂。