Page 20 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2023年5期
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14 华 中 农 业 大 学 学 报 第 42 卷
性剂制备的生物炭富含氨基，能够增强生物炭对 Cr 2.2 施用改性生物炭对盐碱土壤化学性质的影响
（Ⅵ）的吸附能力 ［24］ 。类似地，有机物壳聚糖和丙烯 生物炭灰分中的碱金属、碱土金属化合物含量
酸改性生物炭引入大量羧基、羟基或氨基，这些官能 高，碱性官能团比例显著高于酸性官能团的特性使
团与水体中重金属离子形成内层络合物，通过吸附 其 pH 值呈碱性 ［34］ ，富有碱性特征的生物炭在盐碱地
减少水体重金属污染 ［25］ 。 上施用会进一步提高土壤盐渍化的风险，因而在盐
［9］
碱土的应用仍受到一定限制 。而生物炭酸化或水
2 改性生物炭在盐碱地上的应用
洗 改 性 后 碱 性 元 素 总 量 分 别 比 原 生 物 炭 下 降 了
2.1 施用改性生物炭对盐碱土壤物理性质的影响 88.78% 和 26.53% ［35］ 。研究表明，FeO 和 ZnO 负载
研究发现，生物炭通过 Ca 、Mg 置换土壤胶 改性的生物炭可以有效降低土壤交换性钠饱和度
2+
2+
［36］
+
体表面高含量的 Na ，促进盐碱地中 Na 的浸出，形 （ESP）和钠吸收比（SAR） ，HNO 3 酸化和纳米改性
+
成生物炭-有机物-矿物复合体，从而促进盐碱土壤团 的生物炭也起到减少土壤盐分含量的效果 ［37］ 。Far⁃
［8］
聚体的形成 。FeCl 3 改性生物炭与对照相比增加了 hangi-abriz 等 ［38］ 通 过 吸 附 试 验 发 现 负 载 MgO 和
+
土壤有机碳含量，促进土壤团聚体的形成，大团聚体 MnO的生物炭对 Na 的吸附量由 46.7 mg/kg分别提
［26］ 升至 91.4 和 73.6 mg/kg，进一步证实改性生物炭确
比例占比显著增加 24.67% 。带正电荷的铁氧化
物和带负电荷的黏土矿物之间的静电结合是促进土 实能够提升对盐分离子的吸附能力。目前研究普遍
壤微团聚体形成的主要原因 ［27］ 。由于酸化改性生物 认为土壤盐分的减少主要是由于改性生物炭吸附、
结合作用的增强。可能的机制为：（1）由于生物炭改
炭具有大量 H 和含氧官能团（—COOH、—OH），提
+
性后比表面积和孔隙度增加，与土壤盐分的接触面
高了对土壤胶体上交换性 Na 的置换能力和吸附能
+
积扩大，吸附能力增强 ［33］ ；（2）生物炭含氧官能团（—
力 ［11，28］ ，含氧官能团的增加促进生物炭-有机-矿物
+
COOH、—OH 等）的数量和种类增加，与 Na 的表面
复合体的形成，提高土壤团聚体的稳定性 ［29］ 。经
络合能力增强 ［12］ ；（3）负载于生物炭的金属氧化物带
H 2 SO 4 酸化改性生物炭导致不同土层＞0.25 mm 粒
有正电荷，对阴离子的吸附能力增强 ［16，21］ 。盐碱地
［11］
径团聚体占比提高 21%~897% 。因此，改性生物
中的主要盐分阳离子为 Na ，而不同典型盐碱类型
+
炭促进土壤团聚体形成的直接机制是增加胶结物质
2-
-
的盐分阴离子有所差异。SO 4 、Cl 是硫酸盐型、氯
（土壤有机碳，外源负载物质等）或本身作为胶结物
化物型、氯化物-硫酸盐混合型盐碱地主要盐分阴离
质促进颗粒聚集。此外，生物炭可通过调控影响植
子，因此可施用具有高 pHzpc且对阴离子吸附能力增
物、微生物的生长代谢间接对土壤颗粒产生物理团
强的金属负载改性生物炭 ［15-16］ ；而苏打型盐碱地以
［8］
聚作用 。改性生物炭增强植物菌根定殖 ［30］ 、促进
HCO 3 为主，施用酸性基团较多的酸化生物炭效果
-
植物根系生长 ［14］ 、提高土壤细菌中具有增加分泌黏
会更好 ［12］ 。
液和多糖功能的变形菌门相对丰度 ［31］ ，进而起到稳
有研究显示，生物炭改性后对降低盐碱土壤 pH
定土壤团聚体的作用。
值无显著效果，甚至略有升高，这与改性后暴露出更
改性生物炭能够通过增加土壤中胶结物质含 ［39］
多的碱性官能团和矿物质有关 。目前降低盐碱土
量，增强对植物、微生物的间接调控以及对水分的有
pH 值效果最显著的改性方式为酸化改性，酸化改性
效固持起到改善盐碱土壤物理性质的作用。降低盐 生物炭表面碱性基团大幅度下降，而酸性基团则由
碱土壤容重和增加孔隙度的直接机制是生物炭的高 0.321 nmol/g 上升至 0.785 nmol/g ［12］ ；Zhang 等 ［39］ 研
孔隙度、低容重和盐碱土的低孔隙度、高容重进行 究发现球磨红磷改性能在生物炭表面负载磷酸和磷
“中和作用”，土壤团聚结构的改善也有利于形成土 酸氢根离子，显著降低盐碱地pH。但也有研究显示，
［8］
壤多级孔隙，降低土壤容重 。通过多种改性方式获 生物炭经 HCl 改性后 pH 值由 10.21 降低至 7.26，当
得 的 生 物 炭 均 具 有 比 表 面 积 和 孔 隙 度 增 加 等 特 酸化生物炭添加量为 1% 时施入 pH 7.73 的土壤中，
性 ［14，18］ ，研究表明生物炭的孔隙结构能够有效固持 碱性土壤 pH 值有增加趋势 ［40］ 。改性生物炭降低盐
水分 ［32］ 。且改性生物炭表面的亲水性提高、极性含 碱地 pH 值的可能机制是：（1）改性所用试剂与生物
氧官能团数量和种类增多，能够与水分子形成氢键， 炭碱性无机化合物（NaOH、CaCO 3 等）反应，溶解、冲
+
增强生物炭的水分固持能力 ［33］ 。 刷灰分，引入 H 替换原有的盐基离子 ［41］ ；（2）改性后
