【摘 要】
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镉（Cd）和砷（As）是污染土壤中毒性强且较难同步修复的两种元素。目前针对Cd、As的修复技术中稳定化修复技术应用最为广泛。生物炭及其改性材料是一类优质的稳定化修复材料,尤其是铁改性生物炭与磁性生物炭,但二者对Cd、As同步稳定化修复效果仍需进一步研究。冻融作用是普遍存在于寒冷地区土壤的一种非生物应力,对土壤理化性质和元素迁移有着独特的影响,进而改变季节性冻土地区污染土壤修复后Cd、As的稳定化状
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镉（Cd）和砷（As）是污染土壤中毒性强且较难同步修复的两种元素。目前针对Cd、As的修复技术中稳定化修复技术应用最为广泛。生物炭及其改性材料是一类优质的稳定化修复材料,尤其是铁改性生物炭与磁性生物炭,但二者对Cd、As同步稳定化修复效果仍需进一步研究。冻融作用是普遍存在于寒冷地区土壤的一种非生物应力,对土壤理化性质和元素迁移有着独特的影响,进而改变季节性冻土地区污染土壤修复后Cd、As的稳定化状态,但目前针对冻融过程对修复材料性质及修复效果方面的研究相对较少,冻融过程发生后对土壤中Cd、As稳定性影响及其机理尚不清楚。基于此,本研究以玉米秸秆芯为原料,制备了生物炭、铁改性生物炭、磁性生物炭、富铁磁性生物炭,利用扫描电镜、能谱分析,研究生物炭及其改性生物炭材料微观形貌与表面元素的变化。通过施加不同剂量的4种生物炭材料筛选出Cd、As同步稳定化修复效果最佳的生物炭材料及投加比例。探究冻融频次和含水率对生物炭材料稳定修复Cd、As效果的影响,以期为寒冷地区Cd、As污染土壤稳定化修复提供理论基础和技术支撑。论文得出以下结果:（1）生物炭（BC）、铁改性生物炭（F-BC）、磁性生物炭（MBC）、富铁磁性生物炭（F-MBC）对土壤中Cd、As均有着稳定化修复作用,其中F-MBC的修复效果最佳,有效态Cd、As含量分别下降了45%和55%以上。其次为投加量5%BC与MBC,二者中BC对Cd稳定效果较好,可降低43.3%有效态Cd,而MBC对As修复较好,可降低36.3%有效态As含量。（2）土壤pH值在首次冻融呈上升,之后（F1～F12）呈显著下降趋势;土壤EC值在经过12冻融循环后上升显著。在冻融作用下,土壤pH值随土壤含水率的增加显著上升趋势,而EC值的变化呈相反规律。（3）冻融过程显著提高了土壤中Cd的有效性,而降低了As的有效性。经过12次冻融循环后,土壤中有效态Cd含量显著高于未冻融处理。土壤中有效态As含量经12次冻融后显著下降,冻融处理土壤有效态As含量显著低于未冻融处理。在30%含水率条件下,冻融过程后,土壤有效态Cd和As含量显著高于15%、70%含水率处理;而在70%含水率条件下,有效态Cd含量降至最低,冻融处理与未冻融处理无显著差异。15%与70%含水率条件下,冻融处理有效态As含量均低于未冻融处理。（4）冻融作用可改变F-MBC表面结构并降低了其表面Fe、O等元素比例,从而导致了F-MBC对As吸附作用下降。土壤中添加F-MBC后,在初次冻融循环后,可显著提高土壤pH值,随着冻融循环的延续,土壤pH值逐渐下降;添加F-MBC后土壤EC大幅上升,并随着冻融循环的延续呈显著上升趋势。（5）土壤中添加F-MBC,经冻融作用后,随着含水率的增加土壤有效态Cd含量呈下降趋势,在30%与70%含水率条件下,冻融处理相比未冻融处理有效态Cd含量分别下降了15.13%、6.9%。在30%与70%含水率条件下,冻融处理有效态As含量显著高于未冻融处理,分别上升了27.43%、10.07%。（6）土壤中添加F-MBC,经过12次冻融循环后,土壤中有效态Cd含量上升了15.42%,但随着冻融循环的延续,未冻融处理有效态Cd含量显著高于冻融处理;在修复As的过程中,随着冻融循环的延续有效态As含量出现下降趋势,在冻融循环F1、F3、F12中,冻融处理的有效态As含量均显著低于未冻融处理。综上可以得出,经冻融过程后F-MBC仍可实现Cd、As污染土壤同步稳定化修复,说明了在寒冷地区采用F-MBC作为稳定化修复材料可为季节性冻融地区Cd、As污染土壤修复提供长期有效的支撑。
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