生物質(zhì)炭對(duì)不同質(zhì)地鎘污染土壤性質(zhì)及有效鎘的影響

蔡瑞 李玉奇

摘要[目的]研究生物質(zhì)炭對(duì)不同質(zhì)地鎘污染土壤理化性質(zhì)及有效鎘的影響。[方法]按照不同比例配置成砂土、壤土及黏土3種質(zhì)地的鎘污染土壤，通過(guò)添加不同比例的生物質(zhì)炭，模擬研究不同添加量生物質(zhì)炭對(duì)不同質(zhì)地鎘污染土壤pH、EC、有機(jī)質(zhì)、含水率及有效鎘含量的影響。[結(jié)果]生物質(zhì)炭盡管提高了不同質(zhì)地土壤pH，但是沒(méi)有顯著性影響;土壤EC值、有機(jī)質(zhì)含量和含水率均隨生物質(zhì)炭添加量的增加而顯著增加。當(dāng)生物質(zhì)炭添加量低于4%時(shí)，土壤有效鎘隨著生物質(zhì)炭添加量的增加呈顯著降低，進(jìn)一步提高生物質(zhì)炭添加量時(shí)土壤有效鎘含量變化不明顯。和對(duì)照相比，當(dāng)土壤中生物質(zhì)炭的添加量為2%、4%、8%時(shí)，砂土有效鎘分別減少2.09%、7.94%、1450%，壤土分別減少24.00%、32.60%、35.00%;黏土分別減少41.80%、58.80%、63.20%。[結(jié)論]該研究為生物質(zhì)炭在不同質(zhì)地鎘污染土壤中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞生物質(zhì)炭;土壤質(zhì)地;理化性質(zhì);鎘

中圖分類號(hào)X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2019）03-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.023

生物質(zhì)炭是富含碳的生物質(zhì)在完全或者部分缺氧的情況下經(jīng)過(guò)高溫而生成的高度芳香化的難熔性物質(zhì)，是黑碳的一種 [1-2]。生物質(zhì)炭不但碳的含量高，而且還含有大量植物需要的營(yíng)養(yǎng)元素，可以為植物提供大量的養(yǎng)分，還能提高土壤的肥力[3-5]。大量研究顯示，生物質(zhì)炭的使用能有效地改善土壤的保水性，提升土壤養(yǎng)分吸持容量以及陽(yáng)離子交換量，促進(jìn)土壤穩(wěn)定性團(tuán)聚體的產(chǎn)生，提升土壤的有機(jī)質(zhì)含量和酸性土壤的pH[6]。生物質(zhì)炭擁有巨大的表面積，可以利用其來(lái)吸附污染土壤的重金屬，從而達(dá)到改良污染土壤和降低作物對(duì)重金屬吸收的目的，這是一種新的修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)[7]。生物質(zhì)炭?jī)艋础p排固碳、吸附重金屬以及改良土壤等已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。全球熱切關(guān)注的氣候變化、土壤的功能退化以及環(huán)境的污染等焦點(diǎn)問(wèn)題可以使用生物質(zhì)炭在一定程度上得到解決，所以生物質(zhì)炭逐漸成為國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)和土壤科學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。

鎘是環(huán)境中主要的污染物之一，其可通過(guò)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市生活排污等途徑進(jìn)入土壤環(huán)境中，從而使土壤質(zhì)量及農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和品質(zhì)下降，并最終影響人類的可持續(xù)發(fā)展。由鎘污染引發(fā)的“鎘米”事件頻頻在我國(guó)各省市出現(xiàn)，不但嚴(yán)重影響國(guó)民的健康，還使我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展受到威脅，因此對(duì)鎘污染的土壤治理已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的廣泛重視[8-10]。

土壤質(zhì)地是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合，土壤質(zhì)地狀況是擬定土壤利用、管理和改良措施的重要依據(jù)[11]。該研究不同體積含量（0%、2%、4%、8%）生物質(zhì)炭對(duì)不同質(zhì)地土壤（砂質(zhì)土、壤土、黏土）主要理化性質(zhì)（pH、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率、含水率）及重金屬元素有效鎘的影響，為合理利用生物質(zhì)炭修復(fù)不同質(zhì)地重金屬污染土壤提供科學(xué)理論及應(yīng)用依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料供試生物質(zhì)炭取自湖北三杰面業(yè)有限公司，為稻殼炭，將其研細(xì)，備用。生物質(zhì)炭pH為9.88，電導(dǎo)率為0.77 mS/cm。供試土壤取自湖北文理學(xué)院附近農(nóng)田0～20 cm新鮮的表層土，經(jīng)風(fēng)干、去除木棍蟲(chóng)草葉等雜質(zhì)，研磨，再過(guò)2 mm篩。土壤的基本理化性質(zhì)為：pH 7.64，電導(dǎo)率0.17 mS/cm，有機(jī)質(zhì)含量4.95%，土壤鎘濃度0.28 mg/kg。然后土壤過(guò)不同篩，按不同比例配制成砂質(zhì)土、壤土、黏土3種質(zhì)地土壤，其比例及有機(jī)質(zhì)含量如表1所示。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2018年3—4月在湖北文理學(xué)院環(huán)境生態(tài)協(xié)同創(chuàng)新中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。3種不同質(zhì)地的土壤分別加入硝酸鉻，混勻，適當(dāng)澆水使土壤保持濕潤(rùn)，使土壤中鎘的含量為50 mg/kg，形成鎘的污染土壤，裝入圓形塑料盆中，平衡21 d。然后在3種質(zhì)地土壤中分別加入體積分?jǐn)?shù)為0%（對(duì)照）、2%、4%、8%的生物質(zhì)炭，與土混勻，并且蓋上保鮮膜，重復(fù)3次。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法土壤施入生物質(zhì)炭保持土壤持水量，平衡14 d后采集土壤樣品，經(jīng)風(fēng)干后，研磨過(guò)2 mm篩，待測(cè)。土壤 pH 值按照土水比1∶2.5（V/V）由pH Testr 20便攜式pH計(jì)測(cè)定;土壤電導(dǎo)率按照土水比1∶5（V/V）由EC Testr11 EC計(jì)測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用燒失量法[12];鎘含量的測(cè)定采用原子吸收光譜法。

1.4數(shù)據(jù)分析采用Excel和Origin 8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用PASW Statistics 18進(jìn)行方差分析（ANOVA）。

2結(jié)果與分析

2.1生物質(zhì)炭對(duì)不同質(zhì)地土壤pH的影響土壤pH可以綜合反映土壤其他化學(xué)性質(zhì)，它與土壤中微生物活性、酶活性、有機(jī)質(zhì)合成與分解、各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及保肥保水能力等有關(guān)[13-14]。由圖1可以看出，所用的3種質(zhì)地土壤均呈堿性。與對(duì)照相比，隨著生物質(zhì)炭含量的增加，3種質(zhì)地土壤pH均有上升趨勢(shì)，但pH 提升幅度并不顯著。當(dāng)土壤中生物質(zhì)炭的添加量為2%、4%、8%時(shí)，砂土的pH 分別增加了004、0.07、0.19;壤土的pH 分別增加了0.10、0.14、0.17;黏土的pH 分別增加了0.04、0.11、0.18?？傮w上，土壤pH表現(xiàn)為：黏土>壤土>砂土。

2.2生物質(zhì)炭對(duì)不同質(zhì)地土壤電導(dǎo)率的影響由圖2可知，與對(duì)照相比，土壤中生物質(zhì)炭的添加量為2%、4%、8%時(shí)，砂土的電導(dǎo)率分別增加了14.5%、26.3%、53.4%，壤土的電導(dǎo)率分別增加了18.5%、24.8%、39.3%，黏土的電導(dǎo)率分別增加了11.4%、17.2%、31.7%。數(shù)據(jù)方差分析表明，生物質(zhì)炭能顯著增加土壤的電導(dǎo)率，并且土壤電導(dǎo)率隨生物質(zhì)炭添加量的增加而顯著增大。在低水平生物炭處理下，土壤EC 值表現(xiàn)為：黏土>壤土>砂土。在高生物炭處理下，不同質(zhì)地的土壤EC值差異不顯著。

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