低溫生物炭和化肥配施對冬小麥生長和土壤鉛鎘生物有效性的影響

彭紅宇，劉紅恩，王秋紅，李 暢，秦世玉，張玉鵬，劉亥揚，許嘉陽，趙 鵬

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/河南省土壤污染防控與修復(fù)重點實驗室，河南鄭州 450002)

生物炭是來源于作物秸稈、動物糞便等的生物質(zhì)或肥料(通常稱為原料)在熱化學(xué)轉(zhuǎn)換或熱解(200～700 ℃)下獲得的一種固體產(chǎn)物[1]，已被廣泛證明具有固定重金屬的能力[2]，在農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)中備受關(guān)注。污染農(nóng)田中施用生物炭一方面可以固定土壤重金屬，另一方面還可以提高土壤有機碳及有機質(zhì)含量、土壤持水力，以及礦質(zhì)養(yǎng)分的有效性[3-6]，進而改善土壤質(zhì)量，促進作物生長。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中單施化肥會引起土壤肥力下降、營養(yǎng)失調(diào)、作物減產(chǎn)等[7]，而生物炭作為輔料添加與化肥混施后，因其本身特性可以吸附、負載和緩釋肥料養(yǎng)分，減少土壤養(yǎng)分流失，固定土壤重金屬，二者配施既可滿足作物生長對養(yǎng)分的需求又緩解農(nóng)田土壤污染。近年來很多研究也證實了生物炭與化肥配施增產(chǎn)效果顯著以及具有較強的土壤重金屬固定能力，并且已經(jīng)成為國內(nèi)外農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點[8]。張志龍等研究發(fā)現(xiàn)，500 ℃小麥秸稈生物炭與化肥配施后可以顯著提高連作黃瓜的產(chǎn)量并且提高肥料利用率[9]；徐綺雯等研究發(fā)現(xiàn)，550 ℃玉米秸稈生物炭與化肥配施后，不僅可顯著提升土壤肥力，還可以提升土壤微生物活性[10]；王期凱等研究發(fā)現(xiàn)，單一施用生物炭處理沒有炭與化肥配施效果好，并且炭與化肥配施處理還對降低鎘污染菜地土壤中Cd的有效性有顯著影響[11]；聶新星等研究發(fā)現(xiàn)，竹炭生物炭與化肥配施后，可以提高土壤有機碳和速效鉀含量，提高冬小麥產(chǎn)量[7]。李格等研究發(fā)現(xiàn)，450 ℃烤煙秸稈生物炭和化肥配施，可以提高烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)[12]。

鑒于以上眾多研究中選用的生物炭炭化溫度多在400～600 ℃之間，然而，在低溫300 ℃以下熱解制備的生物炭研究較少。因此，本研究選用來源廣泛的花生殼農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，制備低溫250 ℃生物炭，與高溫450 ℃生物炭進行對比，采用小麥溫室盆栽方式，探討低溫生物炭和化肥配施對堿性重金屬污染農(nóng)田中小麥苗期干質(zhì)量及養(yǎng)分含量、土壤理化性質(zhì)、土壤重金屬有效性等的影響，旨在為低溫生物炭培肥增產(chǎn)作用及土壤改良應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采集自河南省濟源市微堿性Pb、Cd復(fù)合污染農(nóng)田，于2020年12月26日取回，置于干凈整潔的室內(nèi)，自然風(fēng)干。風(fēng)干過程中多次翻動清理土中雜物后，過20目篩。供試土壤基本理化性質(zhì)：有機碳含量8.52 g/kg，堿解氮含量86.45 mg/kg，速效磷含量32.36 mg/kg，速效鉀含量186.19 mg/kg，有效態(tài)Cd含量1.26 mg/kg，有效態(tài)Pb含量 80.71 mg/kg，pH值為7.86。

1.2 生物炭制備

供試生物炭于2020年11月22日至12月6日制備。選取花生殼為待制備的生物炭原材料，首先清洗表面雜物，用去離子水洗凈，平鋪于干凈整潔的室內(nèi)等待自然風(fēng)干，經(jīng)過簡單破碎處理，過20目篩，標記為PS放入自封袋中待用，開始制備時將PS放入瓷坩堝中，置于管式馬弗爐中，通氮10 min后，分別設(shè)置250、450 ℃，升溫速率為5 ℃/min，氮氣流速為80 mL/min，保溫時間為2 h。待爐子完全冷卻后取出材料過100目篩，裝于棕色瓶中備用。其中，250 ℃生物炭的pH值為6.95，有機碳、全氮、全磷、全鉀含量分別為572.26 g/kg、10.84 g/kg、24.22 mg/kg、9.47 mg/kg；450 ℃生物炭的pH值為9.33，有機碳、全氮、全磷、全鉀含量分別為 622.53 g/kg、11.06 g/kg、53.38 mg/kg、8.45 mg/kg。

1.3 試驗設(shè)計

植物培養(yǎng)試驗于2021年1月3日在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤污染控制與修復(fù)重點實驗室進行。小麥品種為百農(nóng)207。試驗設(shè)置：CK1(不加生物炭、不施肥)、CK2(不加生物炭、基礎(chǔ)施肥)、T3(基礎(chǔ)施肥、1%250 ℃花生殼生物炭)、T4(基礎(chǔ)施肥、2% 250 ℃ 花生殼生物炭)、T5(基礎(chǔ)施肥、1%450 ℃花生殼生物炭)、T6(基礎(chǔ)施肥、2% 450 ℃花生殼生物炭)。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，將原狀污染土壤與生物炭均勻混合裝盆500 g。肥源：尿素(純N 0.2 g/kg)、磷酸二氫鉀(P2O50.2 g/kg)、氯化鉀(K2O 0.2 g/kg)，均購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。保持土壤濕度為田間持水量的60%～70%，溫室培養(yǎng)條件：25 ℃，光照周期16 h/8 h(白天/黑夜)。每盆播種16顆小麥種子，出苗后，進行定株，每盆保持8株小麥幼苗培養(yǎng)30 d。

1.4 樣品測定

生物炭養(yǎng)分含量及pH值測定參照NY 525—2012《有機肥料》。

播種后30 d分別采集小麥地上部、地下部和土壤樣品。小麥樣品預(yù)處理及指標測定：收獲后，依次使用自來水、去離子水清洗干凈，平鋪于干凈吸水紙中吸干水分。在烘箱中經(jīng)過105 ℃殺青 30 min，然后再65 ℃烘干處理，稱取地上部、根部干質(zhì)量及總干質(zhì)量。地上部、地下部養(yǎng)分含量采用硫酸-過氧化氫消化后分別測定。鎘和鉛含量測定采用硫酸-高氯酸消化后用原子吸收上機檢測。土壤樣品預(yù)處理及指標測定：風(fēng)干剔除雜物后，分別過0.84 mm和0.149 mm篩用于測定土壤常規(guī)5項，以及以 DTPA為提取劑測定土壤有效態(tài)鉛(Pb)和鎘(Cd)的含量(使用原子吸收分光光度計上機測樣)。以上所有測定方法均參照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》教材第3版[13]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)處理采用DPS 7.05進行統(tǒng)計分析，采用LSD法進行多重比較，Excel 2018完成數(shù)據(jù)整理，Origin 2018、Sigma-Plot 10作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加生物炭對小麥生長狀況的影響

如圖1所示，與CK1相比，其余處理顯著提高小麥地上部干質(zhì)量，但顯著降低小麥根部的干質(zhì)量和根冠比。其中對地上部干質(zhì)量促進效果為T6>T3>T5>T4>CK2，較CK1處理分別提高了64.75%、58.39%、46.99%、44.79%、35.09%，平均提高了50.00%；與CK2相比添加生物炭的4個處理促進效果為T6>T3>T5>T4，較CK2處理分別提高了21.96%、17.25%、8.81%、7.18%，平均提高了13.80%，說明隨著低溫生物炭添加量的增加地上部干質(zhì)量下降，而高溫生物炭添加量的增加顯著促進了地上部干質(zhì)量的積累(圖1-A)。對于根部干質(zhì)量來說，與CK1相比降幅變化趨勢為T5>T4>CK2>T3>T6，分別為53.69%、46.49%、44.61%、24.62%、21.15%，添加生物炭的4個處理較CK2也有不同程度的變化，其中T3、T6與CK2相比根部干物質(zhì)質(zhì)量分別增加36.09%、42.35%，T4、T5與CK2相比根部干物質(zhì)質(zhì)量分別降低3.39%、16.39%，其中添加了低溫250 ℃生物炭的T3、T4處理隨著添加量的增加根部干質(zhì)量降低，而高溫處理的T5、T6則相反(圖1-B)。對于根冠比來說，不施肥CK1最大，為0.32，施肥(CK2)和在施肥的基礎(chǔ)上添加生物炭的4個處理根冠比均降低，依次為0.13、0.15、0.12、0.10和0.15，其中T5最小(圖1-C)。對于總干質(zhì)量來說，與CK1處理相比其余處理均對小麥總干質(zhì)量促進作用顯著，促進效果為T6>T3>T4>T5>CK2，較CK1處理分別提高了44.05%、38.39%、22.79%、22.73%、15.88%，平均提高了28.77%；與CK2相比添加生物炭的4個處理也有不同程度的促進，促進效果為T6>T3>T4>T5，較CK2處理分別提高了24.31%、19.42%、5.96%、5.90%，平均提高了13.90%，表明隨著低溫生物炭添加量的增加總干質(zhì)量下降，而高溫生物炭添加量的增加顯著促進了冬小麥總干質(zhì)量的積累(圖1-D)。

2.2 添加生物炭對冬小麥氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響

由表1可知，與CK1處理相比其余處理小麥幼苗對氮、磷、鉀的吸收量均有不同程度的增加，其中均顯著提高了小麥對氮素的吸收，促進效果為T3>T6>T4>T5>CK2，分別提高了186.60%、156.48%、155.44%、125.94%、85.50%，平均提高了141.99%；與CK2相比添加生物炭的4個處理促進效果為T3>T6>T4>T5，較CK2處理分別提高了54.50%、38.26%、37.70%、21.80%，平均提高了38.07%，說明隨著低溫生物炭添加量的增加對氮素吸收降低，隨著高溫生物炭添加量的增加對氮素吸收增加。同樣與CK1相比其余處理均不同程度地提高了小麥對磷素的吸收，T3、T6處理均顯著高于CK1，其余處理均不顯著，所有處理促進效果為T3>T6>CK2>T4>T5，分別提高了47.89%、25.12%、12.89%、12.35%、7.20%，平均提高了21.09%；與CK2相比添加生物炭的4個處理促進效果為T3>T6>T4>T5，其中T3、T6分別提高了31.00%、10.83%，而T4、T5則降低。與CK1相比其余處理均不同程度提高了小麥對鉀素的吸收，所有處理均顯著高于CK1，其促進效果為 T4>T6>T3>T5>CK2，分別提高了83.83%、83.66%、67.29%、46.17%、25.03%，平均提高了61.20%；與CK2相比添加生物炭的4個處理促進效果為 T4>T6>T3>T5，分別提高了47.03%、46.89%、33.80%、16.91%，平均提高了36.16%，說明隨著添加量的增加對鉀素吸收增加。

表1 不同處理小麥植株的養(yǎng)分吸收量

2.3 施用生物炭對小麥中鉛、鎘含量的影響

2.3.1 施用生物炭對小麥中鎘含量的影響 由圖2可知，與CK1處理相比其余處理小麥地上部、根部鎘含量有所上升，推測是由于施肥后小麥長勢較好，對土壤中各元素吸收量增大所致。與CK2相比添加生物炭的4個處理小麥鎘含量有所下降，說明添加生物炭能夠在一定程度上降低小麥地上部、地下部中有效態(tài)鎘含量。一方面對于地上部而言，添加生物炭的4個處理較CK2小麥地上部鎘含量降低，但處理間并不顯著，其降低效果為T6>T4>T5>T3，較CK2處理分別降低了0.45、0.32、0.27、0.24 mg/kg，說明隨著添加量的增加降低小麥地上部Cd含量(圖2-A)；另一方面對于根部而言，添加生物炭的4個處理較CK2小麥根部鎘含量降低，其中CK2與T4、T5、T6處理之間達到顯著水平，其降低效果為T4>T6>T5>T3，較CK2處理分別降低了3.67、2.06、0.73、0.68 mg/kg，說明小麥根部Cd含量隨著添加量的增加而降低(圖2-B)。

2.3.2 施用生物炭對小麥中鉛含量的影響 由圖3可知，相較于不施肥的空白組(CK1)，同樣基礎(chǔ)施肥和添加一定量生物炭處理后小麥長勢較好，對土壤中各元素吸收量增大，也會影響小麥對鉛的吸收，其中對于地上部除T4處理外其余處理均達顯著，而對于根部而言發(fā)現(xiàn)T6處理較CK1顯著降低。與CK2相比添加生物炭的4個處理小麥鉛含量有所下降，說明添加生物炭能夠在一定程度上降低小麥地上部、根部中有效態(tài)鉛含量。一方面對于地上部而言，添加生物炭的4個處理較CK2小麥地上部鉛含量降低，其中CK2與T4、T5、T6處理之間達到顯著水平，其降低效果為T4>T6>T5>T3，較CK2處理分別降低了6.21、3.82、3.47、1.55 mg/kg，說明小麥地上部Cd含量隨著添加量的增加而降低(圖3-A)；另一方面對于根部而言，與CK2相比添加生物炭的4個處理小麥地上部鉛含量降低且均達到顯著水平，其降低效果為T6>T4>T3>T5，較CK2處理分別降低了15.26、3.14、2.51、2.47 mg/kg，說明小麥地上部Pb含量隨著添加量的增加而降低(圖3-B)。

2.4 施用生物炭對土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，與CK1處理相比其余處理對土壤pH值有不同程度的降低，pH值下降變化趨勢為 T4>T3>CK2>T5>T6，土壤pH值分別下降0.49、0.37、0.32、0.30、0.20。與CK2相比，低溫生物炭的2個處理(T3、T4)土壤pH值都有所下降但處理之間差異不顯著，分別下降0.05、0.17，隨著添加量增加pH值降低有增強趨勢；高溫450 ℃生物炭(T5、T6)的2個處理土壤pH值有所上升，同樣處理之間差異不顯著，分別上升0.02、0.12，有隨著添加量增加pH值上升的趨勢。

由表2可知，與CK1處理相比其余處理均使土壤有機質(zhì)含量顯著增加，促進效果為T4>T6>T3>T5>CK2，分別提高了206.49%、199.58%、124.66%、109.79%、48.05%，平均提高了137.71%；與CK2相比添加生物炭的4個處理促進效果為T4>T6>T3>T5，分別提高了107.02%、102.35%、51.75%、41.70%，平均提高了75.71%，說明隨著添加量的增加土壤有機質(zhì)含量增加。這說明生物炭能夠通過土壤有機質(zhì)含量水平的提升，提高土壤肥力，進而促進植物的生長發(fā)育。

由表2可知，與CK1處理相比其余處理均能顯著增高土壤中的堿解氮含量，各處理增高變化趨勢為T5>T3>T4>T6>CK2，增幅分別為108.45%、105.53%、93.29%、63.55%、48.68%；與CK2相比，添加生物炭的4個處理增高變化趨勢為T5>T3>T4>T6，增幅分別為40.20%、38.24%、30.01%、10.01%。其中低溫T3、T4處理中土壤的堿解氮含量隨著生物炭用量的增加而下降，分別為123.38、116.03 mg/kg；高溫T5、T6處理中土壤堿解氮含量也隨著生物炭用量的增加而下降，分別為125.13、98.18 mg/kg。

由表2可知，與CK1處理相比，其余處理均能顯著增高土壤中的速效磷含量，各處理增高變化趨勢為T6>T3>T5>T4>CK2，增幅分別為110.64%、99.86%、93.72%、72.03%、66.11%；與CK2相比，添加生物炭的4個處理增高變化趨勢為T6>T3>T5>T4，增幅分別為26.80%、20.32%、16.62%、3.56%，其中T3、T4處理隨著生物炭用量的增加而下降，分別為141.84、122.09 mg/kg，T5、T6中土壤速效磷含量隨著生物炭用量的增加而增加，分別為137.48、149.49 mg/kg?？梢悦黠@看出，添加相同用量生物炭的前提下，其中T3、T6處理之間沒有顯著差異，T4、T5處理之間沒有顯著差異，說明1%的250 ℃生物炭添加量可以達到2% 450 ℃生物炭添加效果，而2%的250 ℃生物炭添加量可以達到1% 450 ℃生物炭添加效果。

由表2可知，與CK1處理相比，除CK2外其余處理均能顯著增高土壤中的速效鉀含量，各處理增高變化趨勢為T6>T3>T5>T4>CK2，增幅分別為124.51%、93.79%、81.37%、72.55%、23.53%；與CK2相比，添加生物炭的4個處理增高變化趨勢為T6>T3>T5>T4，增幅分別為81.75%、56.88%、46.82%、39.68%，其中T3、T4處理中土壤的速效鉀含量隨著生物炭用量的增加而下降，分別為527.11、469.33 mg/kg，T5、T6處理中土壤速效鉀含量隨著生物炭用量的增加而增加，分別為493.33、610.67 mg/kg。T6處理與T3、T4、T5處理之間差異顯著，而T3、T4、T5之間差異不顯著。

表2 施用生物炭對土壤理化性質(zhì)的影響

2.5 施用生物炭對土壤中有效態(tài)鉛、鎘含量的影響

2.5.1 施用生物炭對土壤中有效態(tài)鎘含量的影響 由圖4可以看出，施用生物炭的4個處理與CK1和CK2相比均顯著降低土壤中有效態(tài)鎘含量，其中相較于CK1其余處理降低效果為T6>T3>T4>T5>CK2，分別比CK1降低了0.24、0.21、0.16、0.11、0.03 mg/kg，降幅分別為21.19%、17.65%、15.93%、10.25%、2.19%，其中T3與T6處理之間差異不顯著，T4與T5處理之間差異不顯著；相較于CK2，添加生物炭的4個處理土壤有效鎘含量均顯著降低，降低效果為T6>T3>T4>T5，分別降低了0.22、0.19、0.14、0.08 mg/kg，降幅分別為17.49%、15.41%、11.23%、6.86%。綜上可以看出，添加低溫生物炭的 T3、T4處理的土壤有效態(tài)鎘含量隨著添加量的增加有增加趨勢，而添加高溫生物炭的T5、T6處理的土壤有效態(tài)鎘含量則隨著添加量的增加顯著降低。

2.5.2 施用生物炭對土壤中有效態(tài)鉛含量的影響 由圖5可以看出，相較于CK1，其余處理降低效果為T4>T6>T3>T5>CK2，分別較CK1降低了11.47、8.86、8.70、3.48、1.11 mg/kg，降幅分別為14.02%、10.83%、10.63%、4.26%、1.36%，其中T3、T4和T6處理之間差異不顯著；相較于CK2，添加生物炭的4個處理土壤有效鉛含量均降低，降低效果為T4>T6>T3>T5，分別降低了10.36、7.75、7.59、2.37mg/kg，降幅分別為12.84%、9.61%、9.40%、2.94%。綜上可以看出，添加低溫生物炭的T3、T4處理土壤有效態(tài)鉛含量隨著添加量的增加有降低趨勢，而添加高溫生物炭的T5、T6處理土壤有效態(tài)鉛含量隨著添加量的增加顯著降低。

3 討論與結(jié)論

3.1 施用生物炭對小麥植株生長發(fā)育的影響

本試驗發(fā)現(xiàn)，在施肥的基礎(chǔ)上施加低溫、高溫生物炭都可促進小麥苗期生長，其中對于地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、總干質(zhì)量的積累均有提高，這與方明等的研究結(jié)果[14]一致：施用生物炭可以改善土壤性狀，提高土壤肥力，促進白菜生長；劉玉學(xué)等研究也發(fā)現(xiàn)，施用生物炭的處理可以改善土壤理化性質(zhì)，促進小青菜生長[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對小麥生長發(fā)育干質(zhì)量的積累與添加量有密切關(guān)系。方明等研究發(fā)現(xiàn)，在紅壤土上白菜地上、地下生物量的積累隨著生物炭施用量的增加而增加[14]；張繼旭等研究發(fā)現(xiàn)，在烤煙生長中，其根系生物量與根冠比隨生物炭添加量的增加而增加[16]；宋婷婷等研究發(fā)現(xiàn)，不同生物炭和添加量對小麥和黃瓜根莖生長影響顯著[17]；劉阿梅等以蘿卜和青菜為研究對象，添加不同比例生物炭發(fā)現(xiàn)，均對其鮮質(zhì)量有著不同程度的促進作用，且隨著添加生物炭的比例增大，其鮮質(zhì)量增加得更明顯[18]；高海英在試驗中添加炭基肥料使小麥的干物質(zhì)質(zhì)量顯著增大[19]，可見本研究中對于高溫生物炭的添加與前人結(jié)果保持一致，而對于在基礎(chǔ)施肥上添加低溫生物炭而言，本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著生物炭添加量的增加小麥地上部、根部生物量積累有所下降，表明短時間內(nèi)施用可能會抑制小麥生長。此外對于小麥根冠比來說，施肥后可減少生物量向根系的分配，但是，施用生物炭對作物地上、地下部的調(diào)節(jié)作用，仍有待進一步研究。

本研究表明，添加生物炭后冬小麥對氮、磷、鉀的吸收均有提升，其中T3處理中小麥對氮、磷的吸收最高，T4、T6處理下小麥對鉀素吸收最高?？等辗宓鹊难芯勘砻?，施用生物炭基肥料均促進了小麥對氮、磷養(yǎng)分的吸收，其中氮平均提高了19.07%，磷平均提高了15.00%[20]。生物炭對植株生長發(fā)育的促進作用，推測原因是生物炭因其本身特性，在吸附和保持土壤養(yǎng)分、激活土壤微生物等方面起到良好的作用[21-22]。

3.2 施用生物炭對土壤肥力與重金屬有效性的影響

本試驗發(fā)現(xiàn)，氮磷鉀復(fù)合肥的施用使土壤pH值下降，這與趙晶等的研究結(jié)論[23]一致，但生物炭添加后造成土壤pH值變化可能是短期復(fù)合肥單獨施用的原因，也可能與生物炭聯(lián)合施用的原因，其中施用低溫生物炭的處理雖然土壤pH值降低不顯著，但比高溫生物炭的添加效果略好。施用生物炭后，可以提高土壤肥力，促進小麥生長發(fā)育，這與唐志文等發(fā)現(xiàn)生物炭與土壤肥料關(guān)系緊密，其中包括促進生長、改善土壤等研究結(jié)果[24]相似；同樣和郭帥等發(fā)現(xiàn)生物炭和復(fù)合肥配施后促進白菜和玉米生長、改善土壤理化性質(zhì)研究結(jié)果[25-26]相似；還和王智慧等發(fā)現(xiàn)田間試驗中生物炭與化肥配施后可以在不同程度上提高土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量研究結(jié)果[27]相似。另外發(fā)現(xiàn)，高溫和低溫生物炭處理土壤堿解氮含量均隨著生物炭添加量增加有降低趨勢，這可能是因為生物炭的碳氮比較高的原因直接影響堿解氮的生物固定降低了土壤中的有效氮含量，從而對農(nóng)作物對土壤中氮的吸收造成影響[28-29]。

研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠降低污染土中鉛、鎘的遷移率[30]，進而減少植物鉛、鎘的吸收。黃敏等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭用量大于5%時，土壤中有效態(tài)鉛、鎘含量分別降低了54.41%和77.47%，達到了最大降幅[31]。本試驗中在施肥后添加生物炭同樣也顯著降低了土壤中有效態(tài)鉛、鎘的含量，并且發(fā)現(xiàn)低溫生物炭的施用幾乎與高溫生物炭發(fā)揮同樣的效果。對于添加量來說施用低溫生物炭土壤中有效鎘變化隨著添加量的增加略有上升但不顯著，其余處理均隨著生物炭用量的增加對土壤中有效鉛、鎘固定效果增強。一般來說土壤pH值升高會增強土壤有機/無機膠體及土壤黏粒對重金屬離子的吸附能力，使土壤中重金屬離子有效性降低，減少可交換態(tài)重金屬離子濃度。對于本試驗來說，添加高溫生物炭的處理較施肥、添加低溫生物炭的處理短期土壤pH值有略微提升，可能因為土壤pH值與Cd、Pb生物有效性以及生物炭的吸附作用有緊密聯(lián)系[31]。對于低溫生物炭來說本試驗應(yīng)用在堿性土壤中，短期內(nèi)不僅土壤pH值有所減低表現(xiàn)出修正土壤堿化問題，并且對土壤中鉛、鎘有效性固定效果和高溫生物炭效果幾乎相當。原因可能本試驗制備的低溫生物炭呈酸性，添加到土壤中使土壤pH值短期有降低趨勢，也可能因為氮磷鉀復(fù)合肥中也含有一定的磷和磷酸鹽，磷酸鹽可通過誘導(dǎo)吸附和沉淀作用影響鎘的有效性，大量研究已經(jīng)證明磷肥能夠顯著降低植株中Cd的含量，還有研究認為施用肥料后，土壤表面凈負電荷增加導(dǎo)致其對Cd離子的吸附增強，使重金屬離子不斷以靜電吸附方式吸附在土壤顆粒周圍，從而降低土壤有效態(tài)Cd含量[32-34]，本研究也進一步看出施肥后土壤中有效態(tài)Cd、Pb含量有降低的趨勢。

總之，在堿性土壤中化肥和低溫生物炭共施不僅能有效地固定污染土壤中的重金屬，也可以降低堿性土壤pH值，但低溫生物炭與化肥之間的進一步協(xié)作機制需要進一步研究。由于本研究試驗期較短，低溫生物炭與化肥最佳配比以及對小麥產(chǎn)量的形成也需投入田間試驗進行后期驗證，同時低溫生物炭與化肥配施對土壤肥力和小麥生長的作用機制尚需進行深入、系統(tǒng)的研究。本研究也為下一步生物炭低溫炭基肥開發(fā)和低溫生物炭與化肥配施減肥增產(chǎn)修復(fù)農(nóng)田重金屬進一步研究提供支撐。

綜上所述，在小麥苗期，施肥和施肥的基礎(chǔ)上添加低溫、高溫生物炭后均可以顯著提高小麥苗期地上部的干質(zhì)量、總干質(zhì)量，但顯著降低了小麥根部的干質(zhì)量和根冠比。施肥的基礎(chǔ)上添加低溫、高溫生物炭后可以提高小麥對氮元素的吸收，一定程度降低小麥幼苗對鎘和鉛的吸收，其中T4、T5、T6處理對抑制根部吸收效果顯著；另外，還增加土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、堿解氮含量，降低土壤有效態(tài)鎘和鉛含量。