添加木醋液和生物炭对堆肥重金属钝化的影响

作者：付雪寒; 郭潇君; 刘龙; 周岭^*

来源：农业机械学报, 2023, 54(S2): 330-340.

• 堆肥
• 腐殖质
• 重金属
• 生物炭
• 木醋液
• 光谱

腐殖质(HS)是有机肥养分质量的重要指标。在堆肥过程中，生物炭和棉秆木醋液的添加会导致堆体内部环境发生变化，但HS的化学性质变化尚不明确。本研究利用火焰原子吸收仪检测了重金属(HMs)(例如Pb、Cr、Cd、Ni)的形态，运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)方法和三维激发发射矩阵荧光光谱(3D-EEM)方法以多个角度表征HS与HMs的络合物。同时，采用数理统计、相关性分析和冗余分析(Redundancy analyses, RDA)比较了试验组的腐熟指标(温度、pH值)、腐殖化能力(HS、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)、胡敏酸与富里酸之比(H/F))、官能团等。研究结果显示，木醋液处理能使堆肥腐殖化程度相对较高，且位于波数876～835 cm-1的峰值明显增强表明芳香结构在不断累积，H/F最终均达到2.3以上。T1处理组生物炭处理的HS含量位于T4和T3处理组之间，H/F最终达到3.67。T1处理组对Cr钝化过程，交换态最终钝化比例至2%。T4处理组在Pb钝化过程中，最终残渣态的比例高达68%。Cd受T4处理组影响较大，最终表现为氧化态分别向交换态、还原态、残渣态转移2%、10%和11%。然而，无论是添加生物炭还是木醋液，对Ni的钝化在堆制过程中均未显示出明显趋势，交换态、还原态、氧化态和残渣态比例分别稳定在1%～2%、5%～7%、26%～35%和56%～68%,说明本次试验HS对Ni的影响较小。FTIR进一步证实了HS作为富含芳香族和羧基的核心农艺功能物质的基本特性。在堆肥过程中，HS的芳香性逐渐增加，从而增强了与Pb、Cr、Cd离子的络合能力。此外，研究确定了质量分数1.75%的木醋液在猪粪基料堆制过程中整体表现较佳。综上所述，木醋液和生物炭存在以下吸附机制：木醋液的特殊功能基团与HMs离子发生络合作用；生物炭与HMs主要依赖吸附作用；Ni在堆肥中的作用机制可能更倾向于与硝酸根离子结合。

• 单位
  塔里木大学