三种菌糠钝化剂对设施土壤镉污染修复及油菜生长的影响

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jiangyang0266
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近年来我国设施农业迅速发展,但由于过量施用肥料以及设施环境高复种指数、高温高湿及无降水淋洗等特点,导致设施土壤的重金属污染,对食品安全和人体健康造成了极大的风险。以有机废弃物为材料的原位钝化修复技术是中轻度重金属污染土壤边种植边修复的有效手段之一。本研究利用食用菌栽培废料—菌糠为原材料制成菌糠、菌糠生物炭、菌糠堆肥三种有机钝化剂,进行土壤培养模拟修复试验和盆栽修复试验,以确定三种钝化剂对Cd形态和油菜生长的影响。主要研究结果如下:(1)设施环境条件变化影响镉有效性而三种钝化剂可降低镉有效性。盐分物质的增加,如NH4NO3、Ca(NO32、Mg SO4和Na Cl,可造成镉的活化,使土壤有效态镉浓度上升,其中NH4NO3影响最显著(p<0.01)。土壤有效镉含量与p H变化呈极显著负相关(p<0.01),当盐分导致p H从6.4下降至5.94时,土壤有效镉含量相应从0.95上升至1.43mg·kg-1。温度升高到30℃以上、干湿循环都会促进有效镉含量增加,而淹水处理、温度低于30℃、冻融循环都会减少有效镉浓度,但这些因素对有效镉含量的影响远小于盐分。三种钝化剂均可以减轻甚至抵消设施条件变化带来的不利影响,使土壤有效镉恢复到没有盐分胁迫时的水平。其中,生物炭处理在抵消设施环境不利影响方面效果最为明显,菌糠和堆肥效果差异不大。(2)土壤培养模拟修复试验结果表明三种菌糠钝化剂既能钝化镉又能改善土壤理化性质。菌糠钝化剂的施加使镉可交换态含量显著下降(p<0.01),且下降程度随钝化剂添加量增加而增大,当施加量为4%时,钝化效果最好。培养结束时,添加4%的菌糠、菌糠生物炭、菌糠堆肥对于可交换态镉的下降幅度分别为29.06%-52.77%;42.94%-59.26%;29.06%-36.47%,并促使镉由可交换态向有机物结合态转化,上述处理分别增加了镉的有机物结合态37.47%-59.73%;12.67%-31.66%;14.74%-29.56%。钝化剂显著提升了土壤的p H、阳离子交换量:菌糠、生物炭、堆肥对土壤p H的提升程度分别为0.18-0.68、0.47-1.04、0.19-0.44;对阳离子交换量的提升程度为2.04%-29.72%、3.32%-43.29%、1.49%-31.05%,另外对持水量、碱解氮、速效磷、速效钾含量的提升效果也很明显。土壤Cd形态与土壤理化性质相关性分析结果显示,可交换态Cd与p H、阳离子交换量、持水量、碱解氮、速效磷、速效钾呈显著的负相关(p<0.05),与p H呈极显著负相关(p<0.01),与容重呈显著正相关(p<0.01),与残渣态和有机质结合态呈正相关(p<0.01),而电导率与Cd可交换态含量不相关。除了改善土壤性质,钝化剂还可以增加土壤酶活性,镉抑制土壤酶活性,而三种钝化剂均显著提高了土壤酶活性(p<0.05),菌糠对三种酶活性的提升程度为43.33%-106.6%,接近于堆肥的48.05%-136.67%,二者对酶活的促进效果好于生物炭的23.80%-86.87%。(3)盆栽试验结果表明三种钝化剂均能有效促进油菜生长,缓解Cd对油菜的毒害。普通土壤中,菌糠处理组、生物炭处理组、堆肥处理组的油菜生物量相比对照组分别增加了6.55%、21.43%、54.17%;在设施土壤中,各组油菜的生长受到了抑制,与最大生物量相比,对照组、菌糠处理组、生物炭处理组、堆肥处理组的生物量分别降低了82.88%、62.89%、29.73%、23.17%。普通土壤和设施土壤中,堆肥处理组对油菜的生长都有更好的促进作用。三种钝化剂还显著降低了油菜体内的Cd含量(p<0.01),菌糠、生物炭、堆肥对油菜体内镉含量降低程度依次为43.48%、60.87%、17.39%,三种处理下油菜镉含量均符合食用标准;对油菜叶片中叶绿素含量的增加程度依次为2.87%-9.85%、11.75%-16.12%、14.75%-27.01%;对可溶性蛋白的增加程度依次为3.07%-10.42%、13.59%-50.36%、12.88%-35.75%;对可溶性糖的增加程度依次为9.23-9.46%、16.92%-18.92%、12.31%-13.51%;对脯氨酸含量的增加程度依次为3.23%-5.92%、7.09%-12.67%、4.94%-10.56%;对抗氧化酶活性的增加程度依次为54.66%-74.26%、39.05%-51.13%、22.19%-49.58%。三种菌糠钝化剂还能够显著提高普通土壤及设施土壤的微生物碳和氮含量(p<0.05):菌糠对微生物碳和氮的提升程度分别为8.06%-14.94%和4.46%-22.86%;生物炭对微生物碳和氮的提升程度为17.49%-29.74%和8.48%-25.88%;堆肥对微生物碳和氮的提升程度为12.12%-22.35%和11.05%-31.41%。
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