Cd 在吉林省3種典型土壤上的吸附及其影響因素研究

顏廷玉，馬秀蘭，2*，顧芳寧，張 婧，王玉軍*，韓 興，馮 君

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2.天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300011）

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，各種重金屬會(huì)通過(guò)化肥施用、污水灌溉和地表徑流等多種途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤，且在土壤中具有持久性，并會(huì)通過(guò)食物鏈逐級(jí)傳遞方式危害人體健康[1]。重金屬Cd是植物和人體生長(zhǎng)發(fā)育的非必需元素[2]，是毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，Cd與人體內(nèi)的特定蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)使其失去活性，并在人體某些器官中積蓄，造成慢性中毒[3-4]。Cd為吉林省中北部地區(qū)農(nóng)田表層土壤中的主要污染因子，許多地區(qū)土壤Cd含量遠(yuǎn)超區(qū)域背景值水平，如公主嶺、德惠和扶余等地區(qū)[5]。

吉林省是我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，鹽堿土、黑土和白漿土均為其主要土壤類(lèi)型。其中鹽堿土主要分布于松嫩平原西部，由于地形和氣候等原因致使其土壤可溶性鹽類(lèi)不斷濃縮積累，土壤pH值高，陽(yáng)離子交換量大，有機(jī)質(zhì)含量少[6]。白漿土是吉林省面積第三大土壤，主要分布在東部山區(qū)及半山區(qū)，該土壤pH值大多偏低，土質(zhì)黏重，黑土層較薄，白漿層明顯，肥力較低[7]。黑土區(qū)主要分布在松嫩平原中部和北部，土壤屬中性或微酸性，具有黑色而深厚的土層，土壤有機(jī)質(zhì)累積量較高，養(yǎng)分含量豐富[8]。

一般來(lái)說(shuō)，土壤類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)、pH等的不同，均能導(dǎo)致土壤對(duì)Cd吸附量的不同，其中pH為吸附的主要影響因素之一。目前，關(guān)于Cd的吸附多局限于一些地區(qū)的典型土壤，如常娟等[9]研究了Cd在江西省2種典型水稻土中的吸附-解吸行為，朱丹尼[10]研究了Cd2+在西南巖溶區(qū)土壤吸附-解吸過(guò)程，但以pH為主要考量因素，了解Cd在不同pH類(lèi)型土壤中的吸附行為卻鮮有報(bào)道。另外，很多地方Al和Cd污染重疊發(fā)生[11]，Ca2+為土壤主要的鹽基飽和離子之一[12]，生物質(zhì)炭常用來(lái)對(duì)土壤進(jìn)行改良[13]，三者的存在均會(huì)影響Cd的吸附量，但研究三者對(duì)吸附過(guò)程的影響也很少見(jiàn)報(bào)道。

因此，本文以吉林省典型的鹽堿土、黑土和白漿土為供試土壤，研究Cd在3種土壤中的吸附特性以及不同pH值和Al3+、Ca2+、生物質(zhì)炭含量對(duì)Cd吸附行為的影響，以期充分認(rèn)識(shí)吉林省不同性質(zhì)土壤對(duì)Cd的吸附能力差異，尋求有效控制土壤Cd環(huán)境行為的方法，為吉林省Cd污染土壤修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試樣品

供試鹽堿土、黑土和白漿土分別采自吉林省安廣縣、公主嶺市和永吉縣的表層（0～20 cm）土壤，去除土壤中的砂礫、根系植物、秸稈等雜物，風(fēng)干過(guò)100目篩，保存于廣口瓶中。供試土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

供試玉米秸稈生物質(zhì)炭，以過(guò)20目篩的玉米秸稈為原料，于馬弗爐（450℃，2 h）熱解后過(guò)100目篩，得到原始玉米秸稈生物質(zhì)炭（以下簡(jiǎn)稱(chēng)生物質(zhì)炭）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

稱(chēng)取供試土壤樣品（0.500 0±0.000 5）g于離心管中，加入25 mL以0.01 mol·L-1NaNO3為背景溶液的濃度為20 mg·L-1的Cd溶液，分別振蕩1、5、10、20、30、60、120、240、360、480、600、1440 min后取樣，10 000 r·min-1高速臺(tái)式離心機(jī)（TDL-40B）離心10 min，過(guò)濾，用原子吸收分光光度計(jì)（TAS-990）測(cè)定上清液中Cd的濃度，確定吸附平衡時(shí)間。

1.2.2 吸附等溫線試驗(yàn)

稱(chēng)取供試土壤樣品（0.500 0±0.000 5）g于離心管中，加入25 mL以0.01 mol·L-1NaNO3為背景溶液的濃度為10、20、30、50、100、150、200、300 mg·L-1的Cd溶液，于25℃恒溫下振蕩24 h（吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)證實(shí)24 h已達(dá)到吸附飽和），其余試驗(yàn)步驟同1.2.1，確定吸附等溫線。

1.2.3 吸附熱力學(xué)試驗(yàn)

吸附熱力學(xué)試驗(yàn)溫度分別設(shè)置為15、25、35℃的恒溫振蕩，其余試驗(yàn)步驟同1.2.2。

1.2.4 不同影響因素對(duì)Cd吸附行為的影響

（1）背景溶液不同pH值對(duì)Cd吸附的影響

取供試土壤樣品（0.500 0±0.000 5）g于離心管中，加入25 mL以0.01 mol·L-1NaNO3為背景溶液的濃度為 20 mg·L-1的 Cd 溶液，并用 1 mol·L-1HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)背景溶液pH至3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，其余試驗(yàn)步驟同1.2.2。

（2）背景溶液不同Al3+濃度對(duì)Cd吸附的影響

取供試土壤樣品（0.500 0±0.000 5）g于離心管中，使 Al3+（AlCl3配制）濃度分別為 0.01、0.05、0.10、0.15、0.20 mol·L-1，加入 25 mL濃度為20 mg·L-1的含不同濃度Al3+的Cd溶液，其余試驗(yàn)步驟同1.2.2。

（3）背景溶液不同Ca2+濃度對(duì)Cd吸附的影響

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of the tested soil

取供試土壤樣品（0.500 0±0.000 5）g于離心管中，使 Ca2+（CaCl2配制）濃度分別為0.01、0.05、0.10、0.15、0.20 mol·L-1，加入25 mL濃度為20 mg·L-1的含不同濃度Ca2+的Cd溶液，其余試驗(yàn)步驟同1.2.2。

（4）生物質(zhì)炭對(duì)Cd吸附的影響

取供試土壤樣品（0.500 0±0.000 5）g于離心管中，添加0.5%、1%、3%、5%和10%的生物質(zhì)炭，加入25 mL以0.01 mol·L-1NaNO3為背景溶液的濃度為20 mg·L-1的Cd溶液，其余試驗(yàn)步驟同1.2.2。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

所有試驗(yàn)均設(shè)置3次重復(fù)。所得數(shù)據(jù)采用Excel 2010和Origin 8.5軟件進(jìn)行計(jì)算與作圖。

1.3.1 溶液的吸附量

式中：qt為Cd的吸附量，mg·g-1；C0為初始的Cd濃度，mg·L-1；Ct為測(cè)得上清液中的Cd濃度，mg·L-1；V為Cd溶液體積，mL；m為土或土加生物質(zhì)炭的質(zhì)量，g。

1.3.2 吸附動(dòng)力學(xué)方程

準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程：qt=Qe，（11-e-k1t）

Elovich方程：qt＝a+blnt

式中：qt為t時(shí)刻Cd的吸附量，mg·g-1；準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程中Qe，1和k1分別代表 Cd的吸附平衡量（mg·g-1）和吸附速率常數(shù)（g·mg-1·min-1）；準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程中Qe，2和k2分別代表 Cd的吸附平衡量（mg·g-1）和吸附速率常數(shù)（g·mg-1·min-1）。Elovich方程中a為與最大吸附量相關(guān)的吸附常數(shù)；b為吸附速率系數(shù)，是反應(yīng)速率隨時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)下降快慢的量度。

1.3.3 等溫吸附方程

Freundlich方程：qe=KFC1/nt（非線性形式）

式中：qe為Cd的平衡吸附量，mg·g-1；qm和KL是 Langmuir模型參數(shù)，分別代表Cd的最大吸附量（mg·g-1）和吸附能量（L·mg-1）；KF和n是Freundlich模型參數(shù)，分別代表Cd的吸附容量[mg·g-1·（mg·L-1）-1/n]和吸附強(qiáng)度。

1.3.4 吸附熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算

式中：ΔG0是標(biāo)準(zhǔn)自由能變，kJ·mol-1；ΔH0是標(biāo)準(zhǔn)焓變，kJ·mol-1；ΔS0是標(biāo)準(zhǔn)熵變，J·mol-1·K-1；Kd是熱力學(xué)平衡常數(shù)，mL·g-1；R是理想氣體常數(shù)，8.314 J·mol-1·K-1；T是反應(yīng)溫度，K。ΔH0和ΔS0值分別為lnKd-T-1關(guān)系圖中的斜率和截距。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cd在土壤中的吸附動(dòng)力學(xué)

Cd初始濃度為20 mg·L-1時(shí)，鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd的吸附量隨時(shí)間變化如圖1所示。從圖1中可見(jiàn)，Cd在3種土壤中的吸附過(guò)程均可分為快速吸附階段、慢速吸附階段和平衡吸附階段。在0～120 min內(nèi)，即快速反應(yīng)階段，鹽堿土、黑土和白漿土的吸附量分別達(dá)到705.5、624.6 mg·kg-1和486.5 mg·kg-1，占總吸附量的89.76%、86.15%和85.05%。120～600 min為慢速吸附階段，土壤對(duì)Cd的吸附量變化趨于平緩，3種土壤的吸附速率為鹽堿土＞黑土＞白漿土，這與王金貴[14]的研究相似。在600 min后，即達(dá)到吸附平衡階段，隨時(shí)間的增加，3種土壤對(duì)Cd的吸附量基本穩(wěn)定，此時(shí)鹽堿土、黑土和白漿土的吸附量分別達(dá)到786.0、725.0 mg·kg-1和572.0 mg·kg-1。這是因?yàn)樵谖匠跗冢寥辣砻娴奈轿稽c(diǎn)較多，吸附速率較快。當(dāng)土壤表面吸附位點(diǎn)達(dá)到飽和時(shí)，Cd被吸附到土壤內(nèi)部點(diǎn)位，吸附速率減慢，最后趨于平衡，這與黃界潁等[15]的研究結(jié)果一致，均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)。

圖1 Cd在鹽堿土、黑土和白漿土中的吸附動(dòng)力學(xué)曲線Figure 1 Kinetics adsorption of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol

表2 鹽堿土、黑土和白漿土中的吸附動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)Table 2 Kinetic parameters for adsorption on saline-alkali soil，black soil and planosol

鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd的吸附動(dòng)力學(xué)采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和Elovich方程進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可見(jiàn)，準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合效果最差，相關(guān)系數(shù)r值最小。Elovich方程的相關(guān)系數(shù)r值最大，但擬合平衡吸附量與試驗(yàn)值（786.0、725.0 mg·kg-1和572.0 mg·kg-1）相差較大。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能更好地描述鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd吸附特性，其相關(guān)系數(shù)r值分別為0.933、0.916和0.924，同時(shí)擬合的平衡吸附量（711.848、634.747 mg·kg-1和513.287 mg·kg-1）與試驗(yàn)值更接近，因?yàn)闇?zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程通常被用于描述化學(xué)吸附過(guò)程，所以推斷Cd在3種土壤中的吸附以化學(xué)吸附為主[16-17]，這與徐楠楠[18]的研究一致。

2.2 Cd在土壤中的吸附等溫行為

圖2 Cd在鹽堿土、黑土和白漿土中的吸附等溫線Figure 2 Adsorption isotherms of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol

鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd的吸附等溫線如圖2所示。從圖2中可見(jiàn)，隨著Cd濃度的增加，3種土壤對(duì)Cd吸附量的大小為鹽堿土＞黑土＞白漿土，達(dá)到吸附平衡時(shí)，Cd的飽和吸附量分別為鹽堿土8 300.0 mg·kg-1、黑土 7 305.0 mg·kg-1、白漿土 3 164.0 mg·kg-1，鹽堿土和黑土的飽和吸附量較為接近，而白漿土遠(yuǎn)低于二者。這可能與鹽堿土的高pH值（pH=9.7）和黑土的高有機(jī)質(zhì)含量（32.81 g·kg-1）有關(guān)，pH值和有機(jī)質(zhì)的增加均能增大Cd的飽和吸附量[19]。pH值越高，土壤的表面負(fù)電荷越多，其吸附重金屬離子的能力也越強(qiáng)。土壤有機(jī)質(zhì)的增加能增加土壤的功能團(tuán)數(shù)量和土壤的CEC值，它通過(guò)離子交換、表面配位和表面沉淀3種方式增加土壤對(duì)重金屬的吸附能力[19]。當(dāng)平衡溶液中Cd的濃度低于50 mg·L-1時(shí)，等溫曲線的斜率較大，即3種土壤對(duì)Cd的吸附量隨Cd濃度的增加而快速增大；當(dāng)Cd平衡濃度為50 mg·L-1時(shí)，鹽堿土、黑土和白漿土吸附量分別達(dá)到2 159.5、2 064.5 mg·kg-1和 1 364.0 mg·kg-1；當(dāng) Cd 平衡濃度大于 50 mg·L-1時(shí)，等溫曲線的斜率逐漸減小，即Cd的吸附量變化幅度減小，直至最后達(dá)到吸附飽和。這可能是因?yàn)榈臀搅繀^(qū)域以專(zhuān)性吸附為主，大部分Cd可能被高能量點(diǎn)位所吸附，吸附速度較快，達(dá)到一定飽和度后，專(zhuān)性吸附點(diǎn)位逐漸減小，Cd從專(zhuān)性吸附變?yōu)橐苑菍?zhuān)性吸附為主，吸附速度較慢[20]。

鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd的吸附等溫線采用Langmuir和Freundlich方程擬合，擬合參數(shù)如表3所示。從表3中可見(jiàn)，3種土壤對(duì)Cd的吸附過(guò)程用Langmuir方程擬合效果更好，相關(guān)系數(shù)r值分別為0.963、0.980和0.995。Langmuir方程中的KL值為吸附親和力常數(shù)[21]，KL越大，吸附效果越好。Freundlich方程中的KF值代表Cd的吸附能力，鹽堿土、黑土和白漿土中的KF值分別為1 551.322、1 164.735和447.245，即吸附能力為鹽堿土＞黑土＞白漿土。Freundlich方程中n值可以表示吸附強(qiáng)度[22]，3種土壤吸附強(qiáng)度為鹽堿土＞黑土＞白漿土，說(shuō)明鹽堿土和黑土比白漿土具有更多更復(fù)雜的能量吸附點(diǎn)位。

2.3 Cd在土壤中的吸附熱力學(xué)

在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)（15、25、35℃），鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd的吸附熱力學(xué)擬合參數(shù)如表4所示。從表4中可見(jiàn)，隨著溫度的增加，3種土壤對(duì)Cd的吸附量呈逐漸增大的趨勢(shì)。Langmuir方程對(duì)Cd在3種土壤中的吸附擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)r均大于0.963。根據(jù)Langmuir方程推算15、25、35 ℃ 3種土壤的最大吸附量，其中鹽堿土為8 158.503、9 433.568、11 365.186 mg·kg-1，黑土為 7 185.332、8 466.331、10 299.948 mg·kg-1，白漿土為 2 533.456、3 540.960、4 636.875 mg·kg-1。因?yàn)镃d具有很好的水合性，當(dāng)被土壤吸附時(shí)，將會(huì)失去水和外殼，此過(guò)程需要一定的能量，而脫離水分子的過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程[14]。

表3 鹽堿土、黑土和白漿土的吸附等溫線參數(shù)Table 3 The isotherm parameters for adsorption on saline-alkali soil，black soil and planosol

根據(jù)熱力學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算吸附的熱力學(xué)參數(shù)如表5所示。從表5中可見(jiàn)，試驗(yàn)溫度下3種土壤的ΔG0均為負(fù)值，說(shuō)明吸附過(guò)程是自發(fā)過(guò)程[23]，且隨著溫度的升高，ΔG0逐漸變小，說(shuō)明溫度越高3種土壤對(duì)Cd的吸附自發(fā)性越強(qiáng)[24]。3種土壤的ΔH0均為正值，表明Cd在3種土壤中的吸附過(guò)程均為吸熱反應(yīng)。ΔS0＞0，表明吸附過(guò)程是無(wú)序的[25]。

表5 Cd在鹽堿土、黑土和白漿土中的熱力學(xué)參數(shù)Table 5 The thermodynamic parameters for adsorption of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol

2.4 背景液中pH對(duì)Cd吸附的影響

在試驗(yàn)pH范圍（3.0～11.0）內(nèi)，3種土壤對(duì)Cd的吸附如圖3所示。從圖3中可見(jiàn)，隨著pH的增加3種土壤對(duì)Cd的吸附量呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)，當(dāng)pH為7時(shí)，吸附量最大，鹽堿土、黑土、白漿土的吸附量分別為797.0、736.0、582.0 mg·kg-1，當(dāng)pH值大于7時(shí)，吸附量基本保持不變。這是因?yàn)?，?dāng)pH較低時(shí)（pH＜7），Cd受到來(lái)自H+的競(jìng)爭(zhēng)吸附，吸附量較少[26]，隨著初始pH的增大，OH-增多，來(lái)自H+的競(jìng)爭(zhēng)吸附減小，對(duì)Cd的吸附增大；當(dāng)pH較高時(shí)（pH>7），土壤中存在大量的硅烷醇、無(wú)機(jī)氫氧基和有機(jī)功能團(tuán)等表面功能團(tuán)與邊面斷鍵的-OH功能團(tuán)帶負(fù)電荷，與Cd2+吸附形成內(nèi)圈化合物，增大對(duì)Cd的吸附量[27]。白漿土增加幅度最大，可能是因?yàn)榘诐{土本身為酸性，吸附量很小，pH逐漸增大后吸附量會(huì)顯著增大。

圖3 pH值對(duì)鹽堿土、黑土和白漿土吸附Cd的影響Figure 3 Adsorption capacity of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol at different pH values

2.5 背景液中Al3+濃度對(duì)Cd吸附的影響

在試驗(yàn) Al3+濃度范圍（0.01～0.20 mol·L-1）內(nèi)，3種土壤對(duì)Cd的吸附如圖4所示。從圖4中可見(jiàn)，隨著Al3+濃度的增加，3種土壤對(duì)Cd的吸附量均逐漸減小。此時(shí)，Al水解形態(tài)主要為 Al3+、Al（OH）2+和Al（OH）+[28]，同時(shí)產(chǎn)生H+，中和土壤中OH-，導(dǎo)致pH值下降，土壤表面負(fù)電荷減少，吸附Cd能力變?nèi)?。Al3+半徑較小，容易與帶電荷的土壤膠體發(fā)生吸附行為，與Cd產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，導(dǎo)致3種土壤對(duì)Cd的吸附量均減小。當(dāng)Al3+濃度為0.10 mol·L-1時(shí)，土壤中吸附位點(diǎn)基本達(dá)到飽和，Al3+和Cd的競(jìng)爭(zhēng)吸附逐漸達(dá)到平衡，表征為Cd在3種土壤中的吸附逐漸趨于穩(wěn)定，3種土壤對(duì)Cd的吸附量幾乎不再隨Al3+濃度的增加而改變。

2.6 背景液中Ca2+濃度對(duì)Cd吸附的影響

在試驗(yàn)Ca2+濃度范圍（0.01～0.20 mol·L-1）內(nèi)，3種土壤對(duì)Cd的吸附如圖5所示。從圖5中可見(jiàn)，隨著Ca2+濃度的增加，3種土壤對(duì)Cd的吸附量逐漸減小。當(dāng) Ca2+濃度為 0.10 mol·L-1時(shí)，鹽堿土、黑土和白漿土對(duì)Cd的吸附量趨于平衡，分別達(dá)到409.5、360.6 mg·kg-1和298.7 mg·kg-1?？赡苁且胪庠粹}增加了土壤中水溶性鈣的含量，Ca2+與Cd有競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，競(jìng)爭(zhēng)土壤中黏土礦物、氧化物及有機(jī)質(zhì)上的陽(yáng)離子交換吸附點(diǎn)位[29]，當(dāng)初始Ca2+濃度較低時(shí)，與Cd的競(jìng)爭(zhēng)吸附較小，隨著Ca2+濃度的不斷增大，土壤中的吸附點(diǎn)位逐漸飽和，當(dāng)Ca2+濃度為0.10 mol·L-1時(shí)，Cd的吸附量不再減少。宋正國(guó)等[30]也已證實(shí)，Ca2+、Cd共存體系下，提高溶液中Ca2+含量將明顯降低Cd的吸附量。

圖4 Al3+濃度對(duì)鹽堿土、黑土和白漿土吸附Cd的影響Figure 4 Adsorption capacity of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol at different Al3+concentration

圖5 Ca2+濃度對(duì)鹽堿土、黑土和白漿土吸附Cd的影響Figure 5 Adsorption capacity of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol at different Ca2+concentration

2.7 添加生物質(zhì)炭對(duì)Cd吸附的影響

生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在缺氧或無(wú)氧條件下熱解得到的一類(lèi)多孔、穩(wěn)定、含碳、高度芳香化的固態(tài)物質(zhì)[31]，擁有豐富的官能團(tuán)，具有改良土壤pH值、提高土壤養(yǎng)分、增強(qiáng)土壤肥力等作用，是近年來(lái)新的研究熱點(diǎn)。不同生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤pH的改變和對(duì)Cd吸附量的影響，如圖6和圖7所示。從圖6中可知，隨著生物質(zhì)炭的添加，土壤pH值逐漸增大，且隨著生物質(zhì)炭添加量的增多，土壤溶液pH值的增加量逐漸減小。

圖6 生物質(zhì)炭添加量與土壤pH值的關(guān)系Figure 6 Relationship between biochar additions and pH

圖7 生物質(zhì)炭添加量對(duì)鹽堿土、黑土和白漿土吸附Cd的影響Figure 7 Adsorption capacity of Cd on saline-alkali soil，black soil and planosol at different biochar additions

從圖7中可見(jiàn)，隨著生物質(zhì)炭添加量的增加，3種土壤對(duì)Cd的吸附量逐漸增加。生物質(zhì)炭具有較高的有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)會(huì)與Cd2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定性強(qiáng)的絡(luò)合物[32]。添加生物質(zhì)炭會(huì)增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，因而3種土壤對(duì)Cd的吸附量都有所增加。其中白漿土增加幅度最大，由未添加生物質(zhì)炭時(shí)的572.0 mg·kg-1增加至生物質(zhì)炭添加量為0.05 g（10%）時(shí)的662.0 mg·kg-1，增加了15.73%。這是因?yàn)榘诐{土呈酸性，添加生物質(zhì)炭能顯著提高溶液pH值，隨著pH的升高，溶液中與Cd競(jìng)爭(zhēng)吸附的H+含量減少，吸附點(diǎn)位增多，增強(qiáng)了對(duì)Cd的吸附[33]。3種土壤在生物質(zhì)炭添加量達(dá)到一定程度后都趨于飽和。

3 結(jié)論

（1）Cd在3種土壤上的吸附過(guò)程均呈現(xiàn)為先快后慢的趨勢(shì)，吸附速率為鹽堿土>黑土>白漿土，Cd的平衡吸附量分別為786.0、725.0、572.0 mg·kg-1，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)其擬合效果更佳。

（2）Cd在3種土壤上的吸附能力為鹽堿土>黑土>白漿土，且隨著Cd濃度的增加3種土壤的吸附量均逐漸增大。3種土壤對(duì)Cd的吸附用Langmuir模型擬合效果較好，相關(guān)系數(shù)r值分別為0.963、0.980和0.995。

（3）Cd在3種土壤上的吸附是自發(fā)、吸熱、無(wú)序的反應(yīng)。

（4）在pH為3.0～11.0范圍之間，當(dāng)pH為7.0時(shí)，3種土壤對(duì)Cd的吸附效果最佳；在供試Al3+、Ca2+濃度范圍內(nèi)，隨著二者添加量的增大，Cd的吸附量均有所下降；隨著生物質(zhì)炭添加量的增大，3種土壤對(duì)Cd的吸附量均增加，其中白漿土對(duì)Cd的吸附量增加幅度最明顯。