经济作物秸秆生物炭的特征及其对土壤镉有效态的影响

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20240923

摘要/Abstract

摘要：

本文旨在探讨不同经济作物秸秆生物炭的特征及其对农田土壤镉有效态的影响，为经济作物秸秆的资源化利用及镉污染土壤的修复提供理论依据和数据支撑。针对向日葵、油菜、棉花、玉米、亚麻、黄麻、苎麻和红麻等的秸秆生物炭，采用元素分析仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱等方法对生物炭进行表征，通过长期土壤培养试验，研究不同经济作物秸秆生物炭对农田土壤镉有效态的影响及其对镉钝化作用的长效性。结果表明，不同经济作物秸秆烧制的生物炭的孔隙和表面粗糙度差异较大，其中黄麻、红麻和棉花秸秆生物炭具有较高的比表面积，且不同生物炭具有丰富的官能团结构，尤其是含氧官能团，包括羟基（）、酯基（—）等。此外，经济作物秸秆生物炭的添加显著（p<0.05）降低了土壤有效态镉的含量，并且经济作物秸秆生物炭对镉的钝化具有较好的长效性和稳定性，其中，黄麻和苎麻秸秆生物炭的效果更佳。

关键词: 经济作物, 秸秆, 生物炭, 表征, 农田土壤, 镉

Abstract:

The purpose of this study was to investigate the characteristics of biochar derived from different cash crop straws and their effects on the availability of cadmium in soils，so as to provide theoretical basis and data support for the resource utilization of cash crop straw and the remediation of cadmium polluted soil. Sunflower，rape，cotton，corn，flax，jute，ramie and kenaf straw biochar were characterized by elemental analyzer，scanning electron microscope and Fourier transform infrared spectroscopy. A long-term soil culture experiment was conducted to study the effects of different cash crop straw biochar on cadmium availability and the long-term passivation of biochar. The results showed that the pores and surface roughness of biochar from different cash crop straw were different，and the specific surface areas of jute，kenaf and cotton straw biochar were higher. Different biochar had rich functional groups，especially oxygen-containing functional groups including hydroxyl（）and ester（）. Besides，the addition of cash crop straw biochar significantly （p<0.05） reduced the content of available cadmium in soil. Moreover，cash crop straw biochar had good long-term effect and stability on the passivation of cadmium，among which jute and ramie straw biochar had better effect.

Key words: cash crop, straw, biochar, characterization, farmland soil, cadmium

中图分类号:

S158

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图/表 4

表1 不同经济作物秸秆生物炭的元素组成及孔隙结构参数

Table 1 Elemental composition and pore structure parameters of different cash crop straw biochar

生物炭类型	氮元素含量/%	碳元素含量/%	氢元素含量/%	硫元素含量/%	比表面积/（m²·g^-1）	孔容/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm
向日葵	0.26	63.59	1.33	0.17	23.37	0.016	38.77
黄麻	0.51	71.54	1.50	0.75	345.47	0.157	3.28
亚麻	0.90	74.44	2.54	0.15	74.49	0.036	2.71
油菜	0.34	67.89	1.87	0.68	53.63	0.029	8.66
玉米	1.59	59.70	1.80	0.22	3.21	0.010	27.93
苎麻	0.84	71.27	1.96	0.15	90.08	0.045	6.76
棉花	1.13	74.12	2.18	0.12	271.05	0.127	3.63
红麻	0.38	76.32	2.01	0.39	318.07	0.145	3.16

图1 不同经济作物秸秆生物炭的扫描电子显微镜图A，向日葵；B，黄麻；C，亚麻；D，油菜；E，玉米；F，苎麻；G，棉花；H，红麻。

Fig. 1 Scanning electron microscope images of different cash crop straw biochar

图2 不同经济作物秸秆生物炭的FTIR图像

Fig. 2 FTIR images of different cash crop straw biochar

图3 不同经济作物秸秆生物炭处理下土壤的有效态镉含量*表示各处理与对照之间具有显著（p<0.05）差异，**、***表示各处理与对照之间具有极显著（**，p<0.01，***，p<0.001）差异。

Fig. 3 Soil available cadmium content under different cash crop straw biochar treatments

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