引用本文
周金波, 汪峰, 金树权, 王丽丽, 徐强. 不同材料生物炭对镉污染土壤修复和青菜镉吸收的影响[J]. 浙江农业科学, 2017,(9):1559-1560   
Doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20170918
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不同材料生物炭对镉污染土壤修复和青菜镉吸收的影响
周金波, 汪峰, 金树权, 王丽丽, 徐强
宁波市农业科学研究院,浙江 宁波 315040

作者简介:周金波(1979—),女,浙江慈溪人,农艺师,本科,从事农业资源与环境研究工作,E-mail:jelly19791112@163.com。

基金项目: 宁波市科技局社会发展科技攻关项目(2014C50034)
摘要

采用大田试验的方法研究水稻秸秆炭、竹炭、山核桃壳炭对镉污染土壤修复及青菜镉吸收的影响。结果表明,不同种类生物炭处理的土壤镉含量均显著降低,降幅达11.46%~17.54%。pH值增幅明显,比对照提高0.38~0.46个单位;施用不同种类的生物炭均可显著降低青菜地上部和根部的镉含量,降幅分别达10.8%~21.5%和9.1%~18.8%,青菜鲜产量也都有增加的趋势。

关键词: 生物炭; 土壤; 镉污染; 修复; 青菜
中图分类号:Q945.12   文献标志码:A   文章编号:0528-9017(2017)09-1559-02

生物炭(biomass charcoal, BC, 又译为生物质炭或生物焦)是指木材、草、玉米秆或其他农作物废弃物等生物质在厌氧环境下, 通过高温裂解产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固体物质。生物炭的元素组成主要为碳、氢、氧、硫、氮等, 其次是灰分元素。生物炭具有多孔性、高比表面积的特征, 施入土壤后对土壤容重、孔性、阳离子交换量、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影响[1]。我们就水稻秸秆炭、竹炭、山核桃壳炭对镉污染土壤修复及青菜镉吸收的影响进行试验, 现将有关结果报道如下。

1 材料与方法
1.1 材料

试验在宁波市北仑区徐洋村某重金属镉污染菜地进行, 土地利用类型是旱地, 常年种植蔬菜。土壤基本理化性质, pH值5.8, 总氮含量3.251 g· kg-1, 速效磷含量272.23 mg· kg-1, 速效钾含量765.8 mg· kg-1, 总铅含量45.07 mg· kg-1, 总镉含量0.337 mg· kg-1, 总铬含量68.96 mg· kg-1。根据土壤环境质量国家标准(GB 15618— 1995), 该试验点土壤镉含量超过土壤环境质量2级标准。供试青菜品种为上海兴绿蔬菜种苗研究所生产的矮青。

供试生物炭为山核桃壳炭、水稻秸秆炭、竹炭。每次分别取适量预处理后的材料, 放于 GWL-1200LBF高温节能箱式电炉中, 通入氮气30 min 排除空气, 然后以10 ℃· min-1 的速率从室温分别升高到300、400、500、600和800 ℃, 在最高温度保持恒温2 h, 得到生物炭。生物炭磨碎过60目筛, 混匀。

1.2 处理设计

试验共设7个处理:处理1, 为对照(CK), 不添加任何生物炭材料; 处理2, 施入竹炭5 t· hm-2; 处理3, 施入竹炭10 t· hm-2; 处理4, 施入山核桃炭5 t· hm-2; 处理5, 施入山核桃炭10 t· hm-2; 处理6, 施入水稻秸秆炭5 t· hm-2; 处理7, 施入水稻秸秆炭10 t· hm-2。重复3次。试验田长× 宽为42 m× 9 m, 面积 378 m2。

2016年10月8日在试验田撒施相应的生物炭, 翻耕土壤, 使生物炭和土壤充分混匀, 保持70%田间最大持水量的湿润状态, 2016年10月23日移栽青菜。田间水分管理和肥料管理与正常的生产相一致。适时进行杀虫、除草、浇水。试验期间采用自来水浇灌, 以免带入新的污染源。

1.3 分析与测定方法

土壤样品用HNO3、HF、HClO4混合酸消化法处理, 植物样品使用湿法消解法, 原子吸收分光光度计(ZEEnit 700 p)测定, 其中Cd测定采用石墨炉法, Pb、Cr测定采用火焰法。土壤pH值用玻璃电极法测定, 水土比2.5∶ 1。分析所用试剂均为优级纯, 水为超纯水[1]。

1.4 数据处理

采用Microsoft EXCEL 2010和DPS数据处理系统进行统计分析。

2 结果与分析
2.1 对青菜产量的影响

图1表明, 与对照相比不同材料生物炭处理的鲜青菜产量都有增加的趋势。除了施用山核桃壳炭的2个处理, 水稻秸秆炭和竹炭5 和10 t· hm-2的4个处理均比对照增产达显著水平, 分别比对照增加6.5%、11.1%、4.2% 和6.6%, 水稻秸秆炭10 t· hm-2处理增幅最大。水稻秸秆生物炭不仅是富含碳的有机物质, 还包括氮、氧、硫等多种养分元素和无机碳酸盐成分, 其施入可以增加土壤有机碳含量水平, 给微生物提供更多可利用组分, 因此对青菜增产功效显著[2]。

图1 不同材料生物炭处理对青菜产量的影响处理间无相同小写字母表示差异显著

2.2 对土壤总镉含量及pH值的影响

表1表明, 加入生物炭后, 土壤的pH值有明显增加, 比对照提高0.38~0.46个单位, 差异均达显著水平, 且生物炭用量10 t· hm-2均比用量5 t· hm-2增幅大; 加入生物炭后, 土壤镉含量均有所下降, 比对照下降11.46%~17.54%, 差异达显著水平。由于pH值的升高可以降低镉的有效性[3], 因此施用生物炭后土壤镉的含量均有所降低, 且不同材料的生物炭的量影响也不同, 其中竹炭5和10 t· hm-2处理的土壤镉含量降幅最大, 分别比对照减少16.41% 和17.54%。各种不同生物炭都是用量10 t· hm-2比5 t· hm-2 的降幅大。

表1 不同生物炭处理对土壤总镉含量和pH值的影响
2.3 对青菜镉含量的影响

表2表明, 施用各种不同的生物炭后, 青菜的镉含量都有明显的下降。地上部分Cd含量降幅达10.8%~21.5%, 根部降低幅度达9.1%~18.8%。生物炭用量10 t· hm-2均比用量5 t· hm-2降幅大, 且施用水稻秸秆炭处理降幅最大。

表2 不同生物炭处理对青菜镉含量的影响
3 小结与讨论

施用不同材料生物炭的青菜鲜产量都有增加的趋势。除了山核桃壳炭, 施用水稻秸秆炭和竹炭5 和10 t· hm-2均比对照差异显著, 分别增加6.5%、11.1%、4.2%和6.6%。青菜地上部分和根部Cd含量均因生物炭的施入而降低, 且用量10 t· hm-2均比用量5 t· hm-2降幅大, 其中施用水稻秸秆炭的降幅比施用竹炭和山核桃壳炭都大。

施用不同材料生物炭均可以显著提高土壤pH值。施用生物炭有利于降低土壤镉含量, 其中竹炭处理的土壤镉含量下降最为明显, 不同材料生物炭用量10 t· hm-2均比用量5 t· hm-2降幅明显。

农田土壤重金属污染关系到农业生产、人类健康, 越来越受到广泛关注[4]。研究发现我国耕地重金属污染程度总体良好, 重点区域重金属污染风险较大。针对轻度镉污染的地块, 可以用通过生物炭来修复, 如此可增加土壤pH值, 减少镉的生物有效性, 从而减少作物体内镉含量累积, 保证农产品安全生产, 实现农业高效、安全和可持续发展[5]。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献:
[1] 鲁如坤. 土壤农业化学分析法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000. [本文引用:2]
[2] 李明, 李忠佩, 刘明, 等. 不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响[J]. 中国农业科学, 2015, 48(7): 1361-1369. [本文引用:1]
[3] 廖敏, 黄吕勇, 谢正苗. pH对镉在土水系统中的迁移和形态的影响[J]. 环境科学学报, 1999, 19(1): 81-86. [本文引用:1]
[4] 王爽, 李荣华, 张增强, 等. 陕西潼关农田土壤及农作物重金属污染及潜在风险[J]. 中国环境科学, 2014, 34(9): 2313-2320. [本文引用:1]
[5] 曾希柏, 徐建明, 黄巧云, 等. 中国农田重金属问题的若干思考[J]. 土壤学报, 2013, 50(1): 186-194. [本文引用:1]