近日，资环所在生物炭研究领域国际权威期刊BIOCHAR上（JCR一区，IF=11.452，土壤科学类39本期刊中排名第1位，环境科学类279本期刊中排名第21位）在线发表题为“Biochar and soil properties limit the phytoavailability of lead and cadmium by Brassica chinensis L. in contaminated soils”和“Characterization of biochars from woody agricultural wastes and sorption behavior comparison of cadmium and atrazine”的研究论文。此项工作主要由资环所环境化学研究团队完成。该团队博士后Albert博士和副研究员李翔为共同第一作者，资环所研究员刘忠珍、作物所研究员黄振瑞、中国农业科学院研究员李兆君为共同通讯作者，Massey University的 Paramsothy Jeyakumar，西南大学教授黄先智，佛山科技大学教授王海龙，中国科学院广州地球化学研究所研究员梁晓亮等也参与了该研究工作。

　　近年来，利用农林废弃物合成生物炭的相关研究引起学者的广泛关注。将农林废弃物转化为生物炭并应用于环境污染治理领域，既可快速消除农林废弃物，又可以实现农林废弃物的资源化利用，是一种良好的解决农林废弃物碳排放和资源化利用问题的有效途径之一。

　　基于此，资环所环境化学研究室选择了广东省产生量较大或具地方特色的桑树枝、肉桂枝和城市园林绿化废弃物为原料，利用厌氧热解技术制备出不同温度的生物炭，研究了其对重金属污染土壤、水体重金属和有机污染的修复效果和作用机制。

　　通过盆栽试验（图1），选择园林绿化废弃物、桑枝、肉桂枝三种来源450ºC制备的生物炭为改良剂材料，研究其对Cd（镉）和Pb（铅）复合污染的三种类型土壤（分布来自于广东韶关、云浮和河南济源）的重金属有效性的消减作用，验证了不同生物炭对不同类型土壤中重金属植物有效性消减效应的差异性（图2）。研究进一步分析证明，生物炭中有效磷含量和土壤PH值是控制重金属生物炭有效性和植物吸收的关键因素，表明了在应用生物炭改良重金属污染土壤时，了解生物炭制备条件和来源及特性以及土壤理化性质十分重要。

图1. 盆栽试验

图2. 三种生物炭输入三种土壤中，蔬菜地上部和根部的Cd含量

　　为了进一步探讨高磷含量生物炭对污染物内在作用机制，通过现代仪器分析手段，研究其对污染物的吸附效果及作用机制。结果证明，桑枝生物炭中的高磷含量是决定其对Cd高吸附能力的关键因素，其对Cd的吸附主要是通过磷酸盐的络合作用来完成（图3，图4），同时吸附过程也伴随电化学作用和离子交换作用。生物炭对AT的吸附机理主要是通过分配作用、孔隙内扩散和氢键的作用来完成（图5）。

图3. 生物炭吸附Cd前后的XRD谱图

图4. 生物炭磷含量和对Cd吸附容量的线性关系及生物炭吸附Cd前后P2p/5结合能的变化

图5. 生物炭对Cd和AT吸附机制

　　本研究得到广东省农科院新兴团队项目（202120TD），广东省农业科学院院长基金项目 (BZ201903, BZ202001) ，国家自然科学基金青年基金（41807454, 41571313）等项目资助。研究结果为植物源农林废弃物的快速处理和资源化利用提供了新的思路。近10年来，资环所环境化学团队在植物源农林废弃物炭化工艺及生物炭特性，生物炭消减土壤污染（重金属和除草剂污染），提升耕地质量，增加土壤碳汇，生物炭基土壤调理剂和肥料研发方面开展了系列基础和应用研究工作。已发表论文30多篇，其中SCI收录10多篇，JCR一区5篇，ESI高被引论文1篇，授权发明专利6件，实用新型5件。“生物炭基土壤调理剂制备及重金属污染农田治理技术”获得了广东省2021和2022年省农业主推技术。