不同碳基物料还田对镉污染土壤及花生的影响

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong475
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随着工农业的快速发展,粮食污染问题得到了广泛的关注,解决土壤镉污染迫在眉睫。我国城市的盲目扩张以及工农业的粗放型发展,导致不少地区土壤污染问题日渐突显。现有研究表明通过碳基物料还田不仅可以降低土壤镉污染的危害程度、改善土壤性质、以及提高农产品质量安全性,还积极响应了我国农业可持续发展的根本政策。本研究通过大量查阅生物炭、稻草和花生藤农田施用对重金属影响的文献作为理论基础,并针对这三种碳基物料还田对镉污染土壤性质及花生生长的影响,设置了四组实验,分别研究了三种碳基物料对镉的吸附、三种碳基物料还田对镉污染土壤中镉形态转化的影响、三种碳基物料还田对镉污染土壤生物有效性的影响以及不同碳基物料还田对花生根际土壤理化性质的影响。碳基物料对镉的吸附实验结果表明,三种碳基物料对Cd2+的吸附用Langmuir等温方程能较好地拟合;吸附动力学过程用准二级动力学方程可以较好地拟合,绝对系数更接近于0.999,当t=20min时,各碳基物料对Cd2+的吸附量均基本达到平衡;三种碳基物料在溶液初始pH为6的条件下,对Cd2+的去除率均为最大值。本实验中对Cd2+的去除率效果最好的是生物炭,为97.9%;当碳基物料投入量逐渐增大时,三种碳基物料对Cd2+的去除率呈上升的趋势。根据土壤培养实验结果可知,在本实验条件下,生物炭、稻草秸秆、花生藤秸秆均提高了镉污染土壤中的pH值、三大微生物数量、脲酶活性、脱氢酶活性以及硝酸还原酶活性,镉污染土壤中DOC含量也呈上升趋势,但镉污染土壤中的Eh值显著下降。与对照CK相比,镉污染土壤中交换态Cd含量在三种碳基物料还田后均有所降低,水溶态Cd含量、EDTA结合态Cd含量以及残渣态Cd含量在三种碳基物料还田处理后有所提升,分析原因为生物炭、稻草和花生藤的DOM中含有大量的羧基等不饱和度高的物质,在土壤中经过4个月的腐解后,芳香性逐渐上升和增强。在本实验条件下,镉污染土壤中pH、Eh和DOC与各形态Cd含量之间均呈现显著相关性。花生盆栽实验结果表明,三种碳基物料的还田不仅对花生的生长有促进作用,还能提高花生的生物量并降低花生各部位对镉的吸收。在花生光合作用方面,生物炭处理与两种秸秆处理之间并未呈现显著差异性(P>0.05);在生理性状方面,两种秸秆(花生藤、稻草)之间并未呈现显著差异性(P>0.05)。三种碳基物料的还田显著降低了花生各部位镉含量,降低效果依次为:生物炭>稻草秸秆>花生藤秸秆,但在花生壳和花生果仁中,两种秸秆处理间没有呈现显著差异性(P>0.05)。从花生各部位的富集系数可以得出,花生根部吸收的镉更多的转运到花生茎叶中。花生大田实验结果表明,在同一种植模式条件下,不同碳基物料还田处理不仅可以降低花生根际土壤容重,还提高了花生根际土壤的养分和孔隙度,并且在一定程度上能改善花生根际土壤的通透性,还能够改良花生根际土壤结构,促进作物的生长发育。施用生物炭后花生根际土壤pH、硝态氮、有机质、有效磷、有效钾含量比CK处理分别增加了7.06%、31.62%、94.52%、17.53%、25.08%(花生单作)和8.47%、37.10%、89.94%、17.93%、22.87%(花生/木薯间作),稻草还田后花生根际土壤氨态氮、碱解氮、有机质、有效磷、有效钾含量比CK处理增加了21.05%、89.80%、60.92%、5.95%、9.98%(花生单作)和16.56%、67.09%、52.34%、6.96%、11.94%(花生/木薯间作);在同一碳基物料还田的条件下,相较于单作,间作更有利于花生根际土壤养分含量的增加,同时对比单作,花生根际土壤容重稍有降低,孔隙度和饱和透水系数略有升高,但两者之间无显著差异。可见,碳基物料的还田以及适宜的间作模式可有效地增加土壤养分含量。综上所述,碳基物料(生物炭、稻草秸秆、花生藤秸秆)的还田能够改善土壤的理化性质,并有效降低土壤镉生物有效性以及花生各部位镉含量,其中生物炭的降镉效果最显著。
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