摘要：土壤重金属污染属于全球性环境问题，严重威胁着生态安全和人类健康。生物炭改性是一种崭新的土壤修复技术，具备很大潜力。文章主要围绕基于生物炭改性的土壤重金属污染修复机理和应用优化展开，详尽探究了生物炭改性修复土壤重金属污染时所涉及的吸附、沉淀、氧化还原等作用机理；而且从改性手段、环境状况、联合修复技术等方面分析应用优化策略，希望给改进生物炭改性修复土壤重金属污染的效率和效果给予理论参照和实际引导，促使土壤修复技术不断革新。

关键词：生物炭改性；土壤重金属污染；修复机理；应用优化

工业化、城市化快速发展，土壤重金属污染问题越发严重。重金属在土壤里难以分解，容易累积，对生物有毒害，破坏土壤生态功能，还会通过食物链传递危害人体健康。传统土壤重金属污染修复办法成本高，容易引发二次污染等不足。生物炭改性技术凭借原料来源广、环境友好、修复效果好等优点，得到重视。深入探究其修复机理和应用改良，对达成土壤重金属污染有效治理、做到生态环境可持续发展有着重要价值。

一、基于生物炭改性的土壤重金属污染修复机理剖析

（一）吸附作用机理

生物炭有着丰富的孔隙结构和很大的比表面积，这就给它吸附重金属奠定了很好的基础。经过改性之后的生物炭，它的表面官能团种类和数量产生了变化，又加强了它对重金属的吸附能力。比如说，通过化学改性新加入的含氧官能团，像羧基、羟基等等，会跟重金属离子展开配位反应，进而形成比较稳定的配合物，把重金属牢牢地固定在生物炭表面。这种吸附作用可以有效地削减土壤里重金属的生物有效性和迁移性，减轻重金属对土壤生物以及植物造成的危害。

（二）沉淀作用机理

在土壤环境里，生物炭经过改良之后，可能会释放出一些金属离子或者同土壤里的物质产生反应，促使重金属形成难溶性的沉淀物。一方面，生物炭里面某些矿物质成分会在特定条件下溶解，释放出钙、镁这类阳离子，这些阳离子同重金属离子争夺土壤里的阴离子配位位点，致使重金属离子形成碳酸盐、磷酸盐之类的沉淀物。另一方面，生物炭表面的官能团可以同重金属离子发生化学反应，生成难溶性的金属有机复合物。

（三）氧化还原作用机理

生物炭自身具备一定的氧化还原活性，经过改性以后，氧化还原电位会发生调整。在土壤里，生物炭可以参与到重金属的氧化还原反应当中，改变重金属的价态。对于那些存在多种价态的重金属，如铬、汞等，借助生物炭的氧化还原作用，可以将它们转变为毒性较小的价态。六价铬有着很强的毒性和迁移能力，生物炭表面的还原物质能够把六价铬还原成三价铬，三价铬的溶解度和毒性比较低，这样就减小了重金属对土壤生态系统的危害。

二、基于生物炭改性的土壤重金属污染修复应用优化策略探讨

（一）生物炭改性方法优化

生物炭的改性方法直接关系到生物炭对重金属的修复效果。物理改性方法，比如球磨、热处理等会改变生物炭的孔隙结构和比表面积，从而提升生物炭的吸附能力。球磨处理可以缩小生物炭颗粒的粒径，增大生物炭的表面活性位点，使得更多的官能团被暴露出来，进而增强生物炭与重金属之间的相互作用。热处理能通过调控热解温度和时间来控制生物炭的孔隙发育情况以及官能团的组成。化学改性方法，像酸碱处理、金属盐改性等可以引入一些特定的官能团或者金属离子，进而加强生物炭对重金属的选择性吸附能力。酸处理会增多生物炭表面的含氧官能团的数量，提升生物炭对重金属离子的亲和力。而金属盐改性可通过离子交换作用把金属离子附载到生物炭表面，形成具有特殊吸附性能的复合材料。

（二）环境条件调控优化

土壤环境条件对生物炭改性修复重金属污染的效果有很大影响。土壤酸碱度是影响重金属形态和生物炭吸附性能的重要因素之一，不同重金属在不同酸碱度条件下存在不同的赋存形态和生物有效性，生物炭对重金属的吸附能力也会随之变化。通常来说，在适宜的酸碱度范围内，生物炭对重金属的吸附效果较好，所以在修复过程中可以通过添加酸碱调节剂来调节土壤酸碱度，从而优化生物炭的修复效果。土壤有机质含量也会影响生物炭与重金属的相互作用，有机质能与重金属形成络合物，改变重金属的迁移性和生物有效性，也可能与生物炭竞争吸附位点。

（三）联合修复技术优化

单一使用生物炭改性修复土壤重金属污染存在一定的局限性，联合修复技术能发挥各种修复技术的优势，提高修复效率。生物炭改性可以与植物修复技术相结合，植物修复是 通过植物的吸收、富集、转化等作用去除土壤中的重金属，生物炭改性可以改善土 肥力 为植物生长提供良好的环境。生物炭可以提高植物对重金属的耐受性， 属污染土壤中种植超积累植物，施加生物炭改性，植物生长得 植物未吸收的重金属，减少重金属向周围环境的扩散。生物炭改性可以在化学修复后稳定 的重金属，减少二次污染的发生。

（四） 长期稳定性与生态风险评估的优化策略

在使用生物炭改良修复土壤重金属污染时，要兼顾短期的修复效果和长期的稳定性以及生态风险。生物炭在土壤中的稳定性决定了其对重金属的长期固定效果，如果生物炭在土壤中容易分解或者被微生物降解，那么被生物炭固定的重金属就可能重新释放回土壤中，造成污染反弹。所以要研究生物炭在土壤中的降解机制和稳定性影响因素，通过改性等方式提高生物炭的稳定性。虽然生物炭本身是具有一定环境友好的特性，但是在改性和应用过程中可能会引入一些新的物质或者改变土壤的生态结构。

（五）生物炭施用方式与剂量优化策略

在基于生物炭改性的土壤重金属污染修复中，合理的施用方式和施用剂量对于修复效果的提升至关重要。不同的施用方式会直接影响生物炭与土壤的接触效率及其对重金属的吸附表现。当前常见的施用方式包括表层撒施、深翻混合、沟施与定点施加等。其中，深翻混合有助于生物炭在土壤中的均匀分布，增强其与重金属离子的接触反应，提高吸附效率；定点施加则适合局部污染严重区域，具有针对性强、剂量控制精确等优点，特别适用于修复高浓度污染源。

施用剂量方面，过量使用生物炭可能会改变土壤结构、pH 值或微生物群落，反而产生不利影响；而剂量不足又无法有效吸附重金属，影响修复效果。因此应结合土壤类型、污染物浓度和生物炭改性类型等因素，开展剂量梯度试验，优化适宜的施用范围。此外，可通过建立剂量-响应模型，预测不同剂量下的修复效果及可能的副作用，为实地应用提供量化依据。

同时，为提高施用效率，可结合机械化施用设备和精准施肥技术，提升施用均匀性，降低人力成本。未来还可探索包膜控释生物炭、颗粒化生物炭等新型形态，以增强其在实际施用中的操作性和功能性，进一步推动生物炭技术在重金属污染土壤修复中的工程化应用。

三、结束语

基于生物炭改性的土壤重金属污染修复技术给解决土壤污染问题带来了新路子。通过仔细分析它的吸附、沉淀、氧化还原等修复原理，并且从改性手段、周围环境状况、联合修复手段以及长时间稳定性和生态风险评价这些方面来改良应用情况，就能明显改善这项技术的修复成果和实际操作性。以后要加大基本研究力度，探寻更有效的生物炭改性办法和修复机制，而且展开大规模的示范应用，持续完善技术系统和应用规则，促使生物炭改性技术在土壤重金属污染修复领域得到广泛使用，从而更好地守护生态环境和人类健康。

参考文献

[1] 改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展[J]. 夏婷婷;宋玮华.农业灾害研究，2020（06）

[2] 改性生物炭修复土壤重金属污染的研究进展[J]. 郑凯旋;刘祎丹;王洋洋.当代化工研究，2020（17）