文献综述
- 土壤吸附重金属镉研究的意义和影响因素
镉是一种对人体和动物危害极大的元素，我国每年都超标排放大量含镉废水，造成了严重的水源及环境污染。镉对人和动物的所有系统都有毒害作用[1,2]，摄入或吸入过量的镉可引起肾、肺、肝、骨、生殖效应及癌症[3]。现已被列入美国环保署水环境中优先污染物、空气中重点控制的有害污染物名单及我国有毒化学品的优先登记名单[4]。土壤对Cd（Ⅱ）的吸附能力决定着Cd（Ⅱ）对生态环境毒害作用[5]。因此，寻求有效地控制土壤中重金属镉的环境行为的对策措施具有重要意义。
土壤对重金属的吸附依赖于土壤的矿物特性、物理性质、化学性质、组成成分以及土壤溶液的pH、温度、有机酸含量及其组成等相关[5]。同时，土壤对镉的解吸吸附行为与土壤pH、温度、有机质含量及组成、黏土矿物类型和铁锰氧化物和碳酸钙含量等[6,7]有关。此外,重金属离子自身的理化特性以及外加金属离子，离子共存，络合剂，螯合剂等吸附剂都对土壤吸附重金属产生很大影响[8]。目前对于土壤的吸附特征及其影响因素已经进行了大量的研究并取得了许多重要的进展，很多学者分别研究了土壤性质、土壤组成、温度、有机酸、矿物成分、锌铜等离子共存因素对镉吸附的影响。首先，不同的土壤种类，由于土壤母质类型不同，土壤本身的培养环境不同，造成这些土壤的理化性质如酸碱度、孔隙度、土壤粘性程度、土壤氧化物含量、颗粒大小等的不同，从而造成对重金属镉具有不同的吸附能力。有相关研究表明以板岩风化物发育的红壤最高，第四纪红土母质发育的红壤次之，而石灰岩风化物发育的红壤相对较低[9]；pH方面有研究表明pH值越大，大多数镉吸附能力越强，并在pH为10时吸附量达到最大[10]；还有将钙、锌及钾等阳离子与镉同时施入土壤，会与镉竞争土壤吸附点位，影响镉的吸附量，但不同阳离子两两共存时改变土壤吸附镉能力的程度不同[11]。
- 土壤中镉的吸附解吸机理
由于土壤颗粒表面的各吸附位点与镉之间的结合能的能量高低不同，因此Cd在土壤上的吸附机制包括专性吸附和非专性吸附。非专性吸附指离子通过在双电层中以简单库仑力与土壤结合，速度较快；专性吸附指土壤颗粒与金属离子形成鳌合物，如金属离子在土壤颗粒表面沉淀或与铁锰氧化物共产生沉淀，金属原子在土壤颗粒内层与氧原子或羟基结合，专性吸附的速度较慢[12]。
同时，镉在土壤中的解吸过程存在滞后现象，随着镉平衡液浓度的增加，各供试土壤中镉解吸的滞后效应增强[13]。为了研究土壤对镉的吸附性能，不同研究采用了不同的综合因子，如吸附势、吸持率（土壤对镉的吸附量与外源镉的添加量的比值）、固液分配系数（Kd是土壤对镉的吸附量与平衡液中镉浓度的比值）、Langmuir方程的常数k和Freundlich方程的系数k等表达方式，同时寻找这些综合因子与土壤基本理化性质之间的关系[14]。
在土壤对镉的吸附解吸的研究方法与条件方面，综合发现研究土壤对Cd的吸附与解吸所采用的方法主要为动态和静态方两大类。动态方法是采用柱状淋滤模拟吸附，在这种条件下离子对流与扩散都会发生，由此得出的模型同时包括化学参数和物理参数。静态研究生物操作步骤一般都是加入不同浓度的镉溶液于土壤中，再加入支持电解质，恒温振荡若干时间后恒温平衡若干时间，再离心，过滤，用原子吸收分光光度计测定上清液重金属镉的含量。由于其结果相对稳定，实验条件容易控制，因此，目前静态方法采用较多[15]。这些操作步骤通常受土壤粉碎度和支持电解质的影响较大：土样粉碎度:一般用20目筛最好（样品研磨太细，容易破坏土壤矿物晶体。矿物晶粒遭破坏后，暴露出新的表面使土壤颗粒的总表面积增大，因而就会改变土壤对金属离子的吸附性能，故选用通过20目筛的土样相对更合理）；支持电解质：吸附时电解质一般用NaNO3，但也有学者认为用Ca(N03)2作支持电解质后由于土壤的弱吸附点位被Ca2 饱和，Ca(N03)2能消除镉的非专性吸附；此外，若用CaCl2做支持电解质，普遍认为所得的镉的解吸量与生物吸收有直接的关系，这种镉的形态被形容为生物有效态镉[16]。解吸时的支持电解质一般也采用NaN03；同时，支持电解质用MgCl2,Mg(N03)2或NH4OAc所得的解吸的镉称为离子交换态镉，离子交换态镉解吸下来后改用支持电解质为Cu(OAc)2，在该电解质中所得的解吸量称为络合态镉[17,18,19]。
3.生物炭对镉在土壤中吸附的影响
生物炭的种类（如污泥生物炭、活性炭、竹炭、米糠和鸡粪生物碳）和含量以及生物炭的不同处理方式都会影响到生物炭对土壤吸附镉能力的大小。
生物炭对土壤吸附镉的影响主要表现在以下几个方面：生物碳添加可提高土壤pH值，且添加量越大，pH值增加越多，但pH值增量随添加量的增加而减缓，细碳提高土壤pH值的效果更为显著[20]；污泥生物炭吸附镉的容量与粒径和孔隙大小、吸附质的pH值、浓度等因素有关[21]；活性炭可直接吸附污染土壤中的重金属镉，活性炭的加入可以提高土壤有机碳的含量，起到固镉的作用[22,23]；生物碳会影响土壤的水分运移能力：生物碳的添加量越大、颗粒越细越容易导致土壤水分运移能力降低。
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