生物炭及其复合调理剂对菜地土壤Cd的钝化效果研究

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生物炭是一种修复土壤污染的新型材料,对污染土壤重金属镉(Cd)有很好的固定效果。同时,生物炭与其他调理剂一并施用时,能与调理剂实现功能上的互补,更有效地修复土壤Cd污染。本文以农用废弃物花生壳所制备的生物炭作为土壤调理剂,同时将生物炭与泥炭、石灰按照一定的比例混合配制成生物炭复合调理剂,采用室内吸附试验、土壤培养试验、盆栽试验和大田试验,分析了花生壳生物炭的性状,研究了生物炭及其复合调理剂对Cd的吸附特性,对土壤Cd的钝化效应以及对蔬菜吸收积累Cd的影响,同时研究了生物炭复合调理剂对土壤酶活性、蔬菜抗逆性等指标的影响。主要研究结果如下:(1)该花生壳生物炭表面具有大量孔状结构,其排列均匀,孔径主要以大孔为主,具有较大的比表面积和孔容,为吸附Cd2+提供了空间;生物炭还含有大量N、P、K等营养元素以及含-OH、-C=O等活性官能团,为吸附Cd2+提供了潜在的吸附点位。生物炭对Cd2+的吸附动力学过程符合Elovich模型,生物炭复合调理剂则符合二级动力学模型;生物炭及其复合调理剂对Cd2+的吸附特征均可以用Langmuir吸附方程进行表征。(2)生物炭及其复合调理剂均能有效提高土壤pH值,降低重金属Cd的有效性,在土壤培养试验中,两者对DTPA-Cd的最高降幅分别为31.2%和29.1%;而在盆栽条件下,两者对DTPA-Cd的最大降幅则分别为31.8%和37.1%;大田试验结果表明30 t/公顷的生物炭对Cd生物有效性降低效果最好。(3)生物炭及其复合调理剂均能有效的减少叶菜对Cd的吸收。3茬生物炭盆栽试验表明,6%或8%生物炭的降低效果最佳,与不施生物炭的对照处理相比,3茬试验空心菜地上部Cd含量分别下降43.4%、51.1%和49.3%;6%生物炭复合调理剂降低小白菜的Cd含量,其植株Cd含量可下降85.7%(降至0.10 mg·kg-1,符合食品安全标准),其对叶菜Cd吸收的阻控效应优于生物炭。但高用量的生物炭或生物炭复配调理剂都不利于叶菜的生长,出现生物量下降的现象。在两茬大田试验中,生物炭对叶菜地上部Cd吸收的影响有所不同,第1茬在30 t/公顷时达到最佳效果,第2茬则在90 t/公顷达到最佳;两茬叶菜根部Cd含量均与生物炭的用量呈负相关关系。(4)生物炭复合调理剂减少Cd对小白菜的胁迫,与对照相比,MDA、SOD、POD、CAT等抗逆性指标分别下降了20.4%、41.6%、29.7%、18.5%,达到显著差异水平。生物炭复合调理剂对Cd污染土壤中的微生物碳(MBC)、微生物氮(MBN)、土壤脲酶、磷酸酶等指标影响不同,其中微生物氮含量提高16.4%283.9%,脲酶含量提高40%470%,二者与生物炭复合调理剂的用量表现为正相关关系,而微生物碳含量下降36.6%76.7%和土壤酸性磷酸酶含量下降38.2%81.8%,二者与生物炭复合调理剂的用量呈负相关关系。
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