钝化材料对设施土壤镉稳定性和盐基离子动态变化的影响研究

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设施蔬菜是当前我国蔬菜生产的主要来源,而河北省是京津冀设施蔬菜的重要生产基地。设施菜地常年连续密集种植,伴随各种肥料的盲目施加,设施土壤重金属及养分含量显著升高,引起菜地土壤重金属污染、盐基离子累积现象逐渐增多。因此,有必要针对性提出适合北方中碱性设施菜地重金属污染修复改良措施,同时兼顾土壤盐基离子累积问题,以期破解京津冀设施农田重金属污染,保障农产品质量。本文以河北省某乡镇设施农业集中种植区作为研究区域,针对该区域57个设施大棚土壤的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb六种重金属以及p H和全氮、铵态氮、硝态氮、全磷、速效磷、速效钾六个养分指标进行分析,进一步结合北方碱性土壤性质及前期成果,进行重金属Cd钝化修复及稳定性评价研究,讨论修复过程中土壤盐基离子变化规律。主要研究结果如下:(1)区域调查显示:参照我国《温室蔬菜产地环境质量评价标准》,部分样点Cd含量存在不同程度的超标,超标设施大棚比例达26.32%;设施大棚p H均呈碱性,甚至强碱性;氮素处于过饱和状态(二级水平以上)的设施大棚约占调查区的22.81%,磷素、速效钾含量整体偏高,其中全磷、速效钾含量达到一级水平。全氮、全磷与重金属存在显著的相关关系,其中Zn与全氮和全磷含量相关性最高,皮尔森相关系数分别达到0.685和0.793(P<0.01)。(2)不同钝化材料施加后,土壤p H保持稳定,对于土壤EC无显著影响。羟基磷灰石和生物炭复合施加可保持土壤有效态Cd三年内处于较低的含量水平,且以羟基磷灰石+1.2%小麦秸秆生物炭组合最优,较CK降低达58.44%。(3)钝化材料施加不会升高设施土壤盐基离子含量,羟基磷灰石与生物炭复合施加短期内可以缓解土壤盐基离子积累。土壤p H、EC变化受盐基离子的影响,分别与盐基离子在P<0.01水平呈极显著负相关和正相关关系。(4)当土壤有效态Cd含量在0.05~0.16 mg/kg范围内时,盐基阳离子和SO42-与有效态Cd呈现正相关关系,当土壤有效态Cd含量在0.16~0.25 mg/kg范围内时,盐基阳离子和SO42-与有效态Cd呈现负相关关系,当有效态Cd含量在0.25~0.35 mg/kg范围内时,无明显相关关系。Cl-与有效态Cd在0.05~0.32 mg/kg的Cd范围内表现出负相关关系。综上,羟基磷灰石和生物炭复合施加不仅能使设施菜地土壤有效态Cd在三年内保持较低含量,亦能在短期内缓解盐基离子的累积,可作为Cd污染设施土壤推荐调理剂。
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