1生物炭对土壤重金属生物有效性的影响
重金属在生物体内吸收、积累或产生危害的程度被称为土壤重金属的生物有效性。不同条件（热解温度和原材料）下制备的生物炭在孔径、比表面积、表面官能团和pH值等方面差异较大，而这些差异会影响生物炭对土壤重金属的吸附效果，进而影响重金属的生物有效性。生物炭可以通过吸附作用、络合作用、沉淀作用和阳离子交换来降低重金属的生物有效性[7]。图1描述了生物炭降低重金属生物有效性的途径。
1.1热解温度对生物有效性的影响
一般来说，热解温度升高可以增加生物炭的炭化程度，增加生物炭的表面积，减少不稳定有机物的含量和表面官能团[8]。随着热解温度逐渐升高，有机质含量逐渐减小，但芳香性急剧增强，比表面积则迅速增大，产生的生物质炭一般具有较大的表面积和高度的芳香化结构，可以降低重金属的生物有效性[9]。热解温度的升高使土壤的pH升高。生物炭施入土壤之后，生物炭的碱性可以提高土壤的pH值[10]。随着pH值的增大，H+的竞争优势逐渐减弱，土壤释放出更多的结合点，从而使重金属离子与OH-形成氢氧化物沉淀[11]。
Figueiredo等人[13]研究不同热解温度下制备的污泥生物炭对重金属积累和利用的影响，结果表明，随着热解温度的升高，重金属的生物有效性降低。王丹丹[14]等人在300℃和700℃以牛粪为原料制备生物炭，结果表明，700℃制备的生物炭可最大程度地使Cd的酸可提取态、Fe-Mn氧化结合态向残渣态转化，从而降低Cd的生物有效性。朱庆祥[15]的研究表明热解温度越高的生物炭对重金属污染土壤的生物有效性降低程度也越高。这是因为热解温度越高，土壤pH值越高，pH值升高会影响Pb2+、Cd2+的水解平衡，使重金属通过络合、共沉淀等反应被固定，从而降低重金属的迁移性和生物有效性[16]。张振宇研究表明[17]在600℃制得的秸秆生物炭可以较大程度地降低土壤中镉的有效态。一方面，600℃下制成的生物炭施入土壤后，使土壤中pH大幅度增加，土壤中Cd2+与CO32-之间的反应加剧，形成共沉淀，使碳酸盐结合态镉含量升高；另一方面，土壤溶液里带正电离子（H+、Fe3+和Al3+等）的浓度因OH-增大而减小，与Cd2+的竞争吸附减弱，进一步增强表面带负电荷的铁锰氧化物对Cd2+的吸附，使得铁锰氧化物结合态镉含量升高[17]。
