生物炭对红壤和褐土中镉形态的影响

【目的】重金属对环境危害的大小主要取决于其形态分布,尤其是生物有效态镉 (Cd) 的含量和存在比例。添加生物炭可以降低Cd超标土壤中生物有效态Cd的含量,本文研究了施用生物炭后红壤和褐土中Cd形态的变化及其与生物炭施用量的关系,以加深对生物炭修复Cd污染土壤机理的认识。【方法】选择红壤 (pH 5.21) 和褐土 (pH 7.75) 两类土壤进行了室内培养试验。将两个过2 mm筛的自然风干土壤各40 kg,分别装于20 L塑料盒中,加Cd(NO₃)₂溶液使土壤外源Cd含量达到5 mg/kg,保持70%田间最大持水量,于25℃条件下平衡两周;之后,在每1000 g土内,分别添加生物炭0、5、10、20 g,均匀混合后,室温培养50 d;在培养1、4、7、14、21、35、49 d时分别取样,测定土壤pH和有机碳含量,利用Tessier分级法测定土壤Cd形态。【结果】红壤pH随生物炭施用量的增加显著升高,培养14天后,生物炭施加量为2%时,土壤由酸性变为弱碱性,生物炭对褐土pH的提高作用不显著。红壤和褐土有机碳含量均随生物炭施用量的增加而升高。培养49天后,红壤可交换态Cd含量的降幅较大,降幅为0.31～0.82 mg/kg,且处理2%的可交换态Cd含量最低,为1.24 mg/kg,生物炭施用量2%的红壤碳酸盐结合态Cd含量最高,为1.06 mg/kg,施用生物炭的红壤碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd所占比例增加了3.14%～14.21%、8.20%～23.96%,施用生物炭的褐土碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd升高了0.94%～2.61%、0.80%～7.90%。褐土的土壤有机碳含量和生物炭施用量与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤碳酸盐结合态Cd,土壤Fe、Mn氧化物结合态Cd和土壤有机结合态Cd呈极显著正相关关系;红壤pH、有机碳含量和生物炭施用量均与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤其他四种形态Cd呈极显著正相关关系。但在红壤中土壤有机碳和生物炭施用量与各形态Cd的相关系数均大于在褐土中的相关系数。【结论】综合分析两种类型土壤中Cd形态的变化,发现生物炭对红壤的修复效果优于对褐土的修复效果,因此生物炭可以作为Cd污染的酸性土壤的一种修复改良材料。     

基于路径分析的土壤性质与硒形态的关系

选择我国15种不同类型土壤,采用连续浸提法测定了土壤中硒的形态,并以Amos18.0路径分析法研究了土壤理化性质对土壤硒形态的影响。结果表明,除江西红壤(水田和旱田)和黑龙江黑土中硒主要是以残渣态存在外,其余土壤中硒主要以有机结合态为主,可溶态硒仅占土壤硒总量的0.4%～14.6%。土壤可交换态及碳酸盐结合态、有机结合态和残渣态硒含量间呈显著正相关(p<0.01),而可溶态和铁锰氧化物结合态硒含量与其他形态硒含量间无显著相关。路径分析表明,土壤有机质含量对铁锰氧化物结合态硒有负影响作用,而对其他四形态硒均为正影响作用。无定形铁含量对可溶态硒含量无影响作用,但对其他四形态硒的正影响作用大于有机质含量的。除可溶态硒外,土壤有机质和无定形铁含量分别对有机结合态和铁锰氧化物结合态硒的影响最大。pH和黏粒分别通过对土壤有机质和无定形铁的负和正作用而影响硒形态。有机质和无定形铁对硒在土壤中的分配起直接决定作用,而pH和黏粒也是不可忽略的影响因素。     

施用生物炭和石灰对土壤镉形态转化的影响

通过室内培养试验,比较石灰、生物炭及生物炭和石灰配施3种改良剂作用下镉污染草甸土中土壤镉各形态转化以及pH的影响。结果表明,土壤添加生物炭培养60d,土壤pH呈随时间增加逐渐增加的趋势,而添加石灰和生物炭与石灰配施处理,土壤pH呈现先增加至最大值而后缓缓降低趋于稳定的趋势,但均显著高于对照。各改良剂的施用均显著降低土壤可交换态Cd含量,与CK处理相比,添加生物炭、石灰和生物炭石灰混合改良剂后,土壤可交换态Cd含量分别降低8.6%~13.7%,17.8%~21.7%和18.4%~23.3%。相关分析结果表明,土壤可交换态Cd含量与土壤pH之间均存在极显著的负相关关系(R2=0.74)。土壤添加改良剂后,显著降低土壤可交换态Cd比例,增加碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态Cd比例,从而降低土壤重金属的生物有效性。     

不同用量腐植酸对土壤有效硒含量和硒的形态以及大蒜硒吸收的影响

采用室内土培和网室盆栽的方法,研究了不同用量的腐植酸对土壤有效硒含量和硒形态以及大蒜硒吸收规律的影响。结果表明:土壤有效硒含量随着腐植酸用量的提高而增加,20%OM处理的土壤有效硒含量(43.3~50.6μg·kg~(-1))10%OM(37.6~48.8μg·kg~(-1))5%OM(36.0~44.1μg·kg~(-1))CK(33.0~41.5μg·kg~(-1))。可溶态硒与土壤有机质含量的关联度最大(关联系数为0.821),其次为有机硫化物结合态硒(关联系数为0.693),铁锰氧化物结合态硒关联度最低(关联系数为0.482)。随着腐植酸用量的增加,土壤有机质含量得到相应提高,土壤中有机质的含量与可溶态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒和有机硫化物结合态硒呈显著正相关,其相关系数分别为0.963、0.962和0.906,而与其他形态的硒相关性不明显。大蒜各部位干重的硒含量为根(0.167~0.653 mg·kg~(-1))茎(0.114~0.326 mg·kg~(-1))叶(0.056~0.086 mg·kg~(-1)),且4个处理大蒜鳞茎鲜重的硒含量为0.018~0.110 mg·kg~(-1),均达到了富硒食品标准(HB001/T—2013)。     

生物炭与叶面硒肥联合施用对生菜吸收镉及土壤镉形态的影响

  目的  为探明生菜吸收富集镉的能力对生物炭与叶面硒肥的响应程度,抑制有毒有害元素镉的吸收。  方法  通过盆栽试验,以生菜为研究对象,在镉污染土壤中添加生物炭,并在生菜叶片上喷硒处理,探索了生物炭与叶面喷硒的联合施用对镉污染土壤理化指标（pH和有机碳）和土壤不同形态镉含量以及对生菜镉吸收累积的影响。  结果  ① 土壤中添加生物炭与叶面硒肥都可以有效降低生菜可食部镉含量,其中喷施低浓度硒的效果更好。当生物炭添加量为30 g kg?1,叶面喷硒浓度为1 mg L?1时,生菜地上部镉含量由0.314 mg kg?1降至0.049 mg kg?1,低于国家食品安全标准（GB 2762—2017）中规定的叶菜类镉限量值0.20 mg kg?1。② 镉胁迫下,添加生物炭与叶面硒肥的交互作用对生菜镉含量和镉富集与转运能力均产生了显著性的影响,相对于生菜根部镉含量,添加生物炭的效应高于叶面硒肥的效应,而对于地上部镉含量,叶面硒肥的效应高于添加生物炭的效应。③ 生物炭添加可通过改善土壤pH和有机碳含量降低酸可提取态、可还原态、可氧化态镉的比例,增加残渣态镉的比例,从而有效地降低生菜对土壤中镉的吸收累积,减少生菜中镉含量。  结论  综合来看,生物炭与叶面硒肥联合施用可以降低生菜镉含量,其效果明显高于两者单独施用的效果,为无公害蔬菜的种植提供理论指导。     

磷对富硒赤红壤与红壤上小白菜硒吸收及土壤硒形态的影响

采用土培盆栽试验方法,研究了广西两种主要富硒土壤施入不同水平磷对小白菜硒吸收积累的影响及土壤硒形态转化规律,旨在为提高土壤有效形态硒含量及植物硒含量提供理论依据。试验采集广西具有代表性的富硒赤红壤(贵港市桂平市)和富硒红壤(桂林市永福县),设置4个磷梯度盆栽试验。结果表明:相同的磷处理在不同土壤上对小白菜硒吸收效果不同。在富硒赤红壤上低磷处理(P50,50 mg/kg)有利于小白菜地上部和地下部对硒的吸收;在富硒红壤上中磷处理(P110,110 mg/kg)小白菜地上部硒含量最高,地下部施入磷则硒含量均显著低于对照。同时,磷的施入对硒在小白菜体内的转运在两种土壤上也存在差异。在富硒赤红壤上当磷施入量在80 mg/kg以下时,磷的施入会抑制硒从地下部向地上部的转运;在富硒红壤上磷的施入则均能促进硒的转运;但二者均在中磷处理时达到峰值。植株体内硒含量间的差异取决于土壤有效形态硒含量。研究结果显示磷的施入均显著增加了土壤中水溶态和交换态硒的含量,且小白菜硒的含量与土壤中水溶态硒规律一致。研究还发现在两种土壤上不同磷处理对土壤硒形态转化规律不同,这为进一步研究磷与土壤硒间的互作关系提供了参考。     

若尔盖高原湿地土壤硒的数量、形态与分布

用连续浸提的方法研究了若尔盖高原4种湿地土壤(风沙土、草甸土、沼泽土和泥炭土)中硒的含量、形态、剖面分布及其影响因素,以期为该区人、畜缺硒症的防治积累科学资料。结果表明,该区土壤属于低硒环境,表层土壤全硒含量范围为65～260μg/kg。在各种形态硒中,水溶性硒仅占土壤全硒含量的1.12%～3.08%,交换态硒占2.91%～6.03%,有机态硒占10.28%～45.63%,酸溶态硒、硫化态硒和残余态硒3种无效态硒共占60%以上。在土壤有机态硒组成中,胡敏酸结合态硒(HA-Se)占有机态硒的57.84%,富里酸结合态硒(FA-Se)占42.16%。土壤总硒和有机态硒的含量与分布主要受土壤有机碳的影响,且其影响程度随着深度的不同而改变,湿地土壤丰富的有机碳有利于土壤有机态硒和总硒的积累。土壤总硒含量低、有机态硒的比例较高以及胡敏酸结合态硒占优势导致硒的生物利用率低,可能是该区域人、畜硒缺乏症发生的重要原因。     

生物炭与沸石混施对不同污染土壤镉形态转化的影响

采用室内培养模拟了低(1.0 mg/kg)、高(10 mg/kg)镉污染的土壤,通过向镉污染土壤中添加0.4%,2%,10%的1∶1的生物炭和沸石的混合物,探究了生物炭及沸石混施对不同程度镉污染土壤的pH和镉形态变化的影响。结果表明:2种不同程度镉污染土壤的pH均较CK有所提高,且随钝化剂用量的增加而增大。随着培养时间的延长,低污染土壤pH呈现降低趋势,而高污染土壤pH先升高后降低最后趋于稳定。培养后期,低污染和高污染土壤在混合物添加量分别为2%和10%时有效态镉降低比例最大,降低比例分别为56.78%和27.33%。各处理土壤随生物炭和沸石混合物添加量的增加交换态镉降低比例逐渐增大,培养后期,低污染土壤的交换态镉较CK分别降低8.35%,13.81%,20.65%,高污染土壤的交换态镉较CK分别降低10.02%,22.34%,33.01%。各处理的钝化剂能够明显的降低交换态镉的含量,增加碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态镉的含量,低污染土壤的有机结合态明显高于高污染土壤。由此可见,生物炭与沸石混施能够降低土壤重金属的生物有效性,为农田土壤修复奠定了理论基础。     

富硅生物炭有效提高红壤性稻田土壤不同形态硅含量及水稻产量

  【目的】  硅是水稻正常生长发育的有益元素,研究富硅生物炭对红壤性稻田土壤中硅形态、水稻产量和硅吸收的影响,旨在为富硅生物炭在水稻生产上的应用提供科学依据。  【方法】  以南方红壤性水稻土为研究对象进行水稻盆栽试验,供试水稻品种为‘美香粘2号’。试验包括5个硅生物炭材料:1个低硅(BW3)、2个中硅(BH7、BB7)和2个富硅生物炭(AH、AB),每个生物炭材料添加量分别为盆栽土量的0.4%和0.8%,以不添加生物炭的处理为对照(CK)。水稻成熟期测产,并将水稻植株分为根、茎、叶样品,测定生物量及硅吸收量。同时,以连续化学浸提法测定土壤不同形态硅的含量。  【结果】  添加富硅生物炭显著增加了土壤有效硅、有机结合态硅及铁锰氧化物结合态硅的含量。5个生物炭材料中,以添加AB生物炭的处理增加幅度最高,其土壤有效硅、有机结合态硅及铁锰氧化物结合态硅较CK分别提高了184.23%、59.53%和117.54%。双因素方差分析结果表明,生物炭的硅水平和添加量对水稻产量、秸秆生物量、根部生物量均有极显著影响(P<0.01),且二者间交互作用极显著(P<0.01)。添加生物炭的处理间水稻籽粒产量差异显著(P<0.05);除低量低硅生物炭（BW3）处理外,其他生物炭处理水稻籽粒产量均显著高于对照(P<0.05),且各生物炭高添加量处理的水稻产量显著高于其低添加量,较CK的增幅达到4.18%～44.28%。水稻各部位硅积累量表现为:秸秆>籽粒>根部。两种添加量下水稻总吸硅量高低均表现为:AB>AH>BB7>BH7>BW3。在高添加量时,生物炭AB处理的水稻总吸硅量最大,比CK增加了73.68%,其次是AH生物炭。  【结论】  添加富硅生物炭比普通生物炭可更有效地提高红壤性水稻土中有效硅、有机结合态及铁锰氧化物结合态硅的含量,进而显著增加水稻对硅的吸收,提高水稻籽粒产量和生物量。提高生物炭的添加量对土壤和水稻硅含量的提升效果更好。因此,富硅生物炭是水稻生产中的高效生物硅肥。     

土培条件下外源硒对黄芪吸收和转运硒的影响

以黄芪(Astragalus membranaceus)和2种价态的硒为主要研究对象,采用土壤盆栽试验方法探讨了添加不同浓度(0,2,4,6,8mg/kg土)硒酸钠(SeVI)和亚硒酸钠(SeIV)对黄芪地上部和根系硒累积与分配的影响。结果表明:土壤中添加硒浓度为2~6mg/kg的亚硒酸钠有利于黄芪地上部和根部干物质的累积,比CK增加34.55%~38.24%,但是添加硒浓度超过2mg/kg的硒酸钠抑制了黄芪植株的生长;添加不同浓度的2种形态硒均可显著提高黄芪地上部和根部硒浓度,且土壤中添加硒酸钠和亚硒酸钠的硒浓度分别与黄芪植株硒含量呈极显著正相关关系(SeVI:r=0.884**,SeIV:r=0.973**);随着硒处理浓度的升高,添加硒酸钠和亚硒酸钠处理的黄芪根系对硒吸收能力高于对照,转移系数和富集系数均大于1,且硒含量地上部根部,这表明土壤中添加外源硒可以提高黄芪对硒的吸收和转运能力。综上所述,在中性偏碱性土壤上施用硒酸钠和亚硒酸钠均可促进黄芪对外源硒的吸收、转运和累积,且土壤施用2~6mg/kg的亚硒酸钠对黄芪的生长和硒的累积效果更好。