不同材料生物炭對鎘污染土壤修復和青菜鎘吸收的影響

周金波，汪 峰，金樹權，王麗麗，徐 強(寧波市農業(yè)科學研究院，浙江 寧波 315040)

不同材料生物炭對鎘污染土壤修復和青菜鎘吸收的影響

周金波，汪 峰，金樹權，王麗麗，徐 強
(寧波市農業(yè)科學研究院，浙江 寧波 315040)

采用大田試驗的方法研究水稻秸稈炭、竹炭、山核桃殼炭對鎘污染土壤修復及青菜鎘吸收的影響。結果表明，不同種類生物炭處理的土壤鎘含量均顯著降低，降幅達11.46%～17.54%。pH值增幅明顯，比對照提高0.38～0.46個單位；施用不同種類的生物炭均可顯著降低青菜地上部和根部的鎘含量，降幅分別達10.8%～21.5%和9.1%～18.8%，青菜鮮產量也都有增加的趨勢。

生物炭； 土壤； 鎘污染； 修復； 青菜

生物炭(biomass charcoal，BC，又譯為生物質炭或生物焦)是指木材、草、玉米稈或其他農作物廢棄物等生物質在厭氧環(huán)境下，通過高溫裂解產生的一類難熔的、穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固體物質。生物炭的元素組成主要為碳、氫、氧、硫、氮等，其次是灰分元素。生物炭具有多孔性、高比表面積的特征，施入土壤后對土壤容重、孔性、陽離子交換量、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影響[1]。我們就水稻秸稈炭、竹炭、山核桃殼炭對鎘污染土壤修復及青菜鎘吸收的影響進行試驗，現將有關結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在寧波市北侖區(qū)徐洋村某重金屬鎘污染菜地進行，土地利用類型是旱地，常年種植蔬菜。土壤基本理化性質，pH值5.8，總氮含量3.251 g·kg-1，速效磷含量272.23 mg·kg-1，速效鉀含量765.8 mg·kg-1，總鉛含量45.07 mg·kg-1，總鎘含量0.337 mg·kg-1，總鉻含量68.96 mg·kg-1。根據土壤環(huán)境質量國家標準(GB 15618—1995)，該試驗點土壤鎘含量超過土壤環(huán)境質量2級標準。供試青菜品種為上海興綠蔬菜種苗研究所生產的矮青。

供試生物炭為山核桃殼炭、水稻秸稈炭、竹炭。每次分別取適量預處理后的材料，放于 GWL- 1200LBF高溫節(jié)能箱式電爐中，通入氮氣30 min 排除空氣，然后以10 ℃·min-1的速率從室溫分別升高到300、400、500、600和800 ℃，在最高溫度保持恒溫2 h，得到生物炭。生物炭磨碎過60目篩，混勻。

1.2 處理設計

試驗共設7個處理：處理1，為對照(CK)，不添加任何生物炭材料；處理2，施入竹炭5 t·hm-2；處理3， 施入竹炭10 t·hm-2； 處理4，施入山核桃炭5 t·hm-2； 處理5，施入山核桃炭10 t·hm-2； 處理6，施入水稻秸稈炭5 t·hm-2； 處理7，施入水稻秸稈炭10 t·hm-2。重復3次。試驗田長×寬為42 m×9 m，面積 378 m2。

2016年10月8日在試驗田撒施相應的生物炭，翻耕土壤，使生物炭和土壤充分混勻，保持70%田間最大持水量的濕潤狀態(tài)，2016年10月23日移栽青菜。田間水分管理和肥料管理與正常的生產相一致。適時進行殺蟲、除草、澆水。試驗期間采用自來水澆灌，以免帶入新的污染源。

1.3 分析與測定方法

土壤樣品用HNO3、HF、HClO4混合酸消化法處理，植物樣品使用濕法消解法，原子吸收分光光度計(ZEEnit 700 p)測定，其中Cd測定采用石墨爐法，Pb、Cr測定采用火焰法。土壤pH值用玻璃電極法測定，水土比2.5∶1。分析所用試劑均為優(yōu)級純，水為超純水[1]。

1.4 數據處理

采用Microsoft EXCEL 2010和DPS數據處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 對青菜產量的影響

圖1表明，與對照相比不同材料生物炭處理的鮮青菜產量都有增加的趨勢。除了施用山核桃殼炭的2個處理，水稻秸稈炭和竹炭5 和10 t·hm-2的4個處理均比對照增產達顯著水平，分別比對照增加6.5%、11.1%、4.2% 和6.6%，水稻秸稈炭10 t·hm-2處理增幅最大。水稻秸稈生物炭不僅是富含碳的有機物質，還包括氮、氧、硫等多種養(yǎng)分元素和無機碳酸鹽成分，其施入可以增加土壤有機碳含量水平，給微生物提供更多可利用組分，因此對青菜增產功效顯著[2]。

處理間無相同小寫字母表示差異顯著圖1 不同材料生物炭處理對青菜產量的影響

2.2 對土壤總鎘含量及pH值的影響

表1表明，加入生物炭后，土壤的pH值有明顯增加，比對照提高0.38～0.46個單位，差異均達顯著水平，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，土壤鎘含量均有所下降，比對照下降11.46%～17.54%，差異達顯著水平。由于pH值的升高可以降低鎘的有效性[3]，因此施用生物炭后土壤鎘的含量均有所降低，且不同材料的生物炭的量影響也不同，其中竹炭5和10 t·hm-2處理的土壤鎘含量降幅最大，分別比對照減少16.41% 和17.54%。各種不同生物炭都是用量10 t·hm-2比5 t·hm-2的降幅大。

表1 不同生物炭處理對土壤總鎘含量和pH值的影響

注：同列數據后無相同小寫字母表示組間差異顯著。表2同。

2.3 對青菜鎘含量的影響

表2表明，施用各種不同的生物炭后，青菜的鎘含量都有明顯的下降。地上部分Cd含量降幅達10.8%～21.5%，根部降低幅度達9.1%～18.8%。生物炭用量10 t·hm-2均比用量5 t·hm-2降幅大，且施用水稻秸稈炭處理降幅最大。

表2 不同生物炭處理對青菜鎘含量的影響

3 小結與討論

施用不同材料生物炭的青菜鮮產量都有增加的趨勢。除了山核桃殼炭，施用水稻秸稈炭和竹炭5 和10 t·hm-2均比對照差異顯著，分別增加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，其中施用水稻秸稈炭的降幅比施用竹炭和山核桃殼炭都大。

施用不同材料生物炭均可以顯著提高土壤pH值。施用生物炭有利于降低土壤鎘含量，其中竹炭處理的土壤鎘含量下降最為明顯，不同材料生物炭用量10 t·hm-2均比用量5 t·hm-2降幅明顯。

農田土壤重金屬污染關系到農業(yè)生產、人類健康，越來越受到廣泛關注[4]。研究發(fā)現我國耕地重金屬污染程度總體良好，重點區(qū)域重金屬污染風險較大。針對輕度鎘污染的地塊，可以用通過生物炭來修復，如此可增加土壤pH值，減少鎘的生物有效性，從而減少作物體內鎘含量累積，保證農產品安全生產，實現農業(yè)高效、安全和可持續(xù)發(fā)展[5]。

[1] 魯如坤.土壤農業(yè)化學分析法[M].北京：中國農業(yè)科技出版社，2000.

[2] 李明，李忠佩，劉明，等.不同秸稈生物炭對紅壤性水稻土養(yǎng)分及微生物群落結構的影響[J].中國農業(yè)科學，2015,48(7)：1361- 1369.

[3] 廖敏，黃呂勇，謝正苗.pH對鎘在土水系統(tǒng)中的遷移和形態(tài)的影響[J].環(huán)境科學學報，1999,19(1)：81- 86.

[4] 王爽，李榮華，張增強，等.陜西潼關農田土壤及農作物重金屬污染及潛在風險[J].中國環(huán)境科學，2014,34(9)：2313- 2320.

[5] 曾希柏，徐建明，黃巧云，等.中國農田重金屬問題的若干思考[J].土壤學報，2013,50(1)：186- 194.

(責任編輯：張才德)

Q945.12

：A

：0528- 9017(2017)09- 1559- 02

2017- 07- 09

寧波市科技局社會發(fā)展科技攻關項目(2014C50034)

周金波(1979—)，女，浙江慈溪人，農藝師，本科，從事農業(yè)資源與環(huán)境研究工作，E- mail:jelly19791112@163.com。

文獻著錄格式：周金波，汪峰，金樹權，等. 不同材料生物炭對鎘污染土壤修復和青菜鎘吸收的影響[J].浙江農業(yè)科學，2017，58(9)：1559- 1560，1564.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170918