复合菌和鸡粪生物炭对镍和镉污染土壤的修复效果研究

微生物和生物炭通过协同作用可实现重金属污染土壤的低碳、绿色修复,但是目前相关研究较少。本研究通过玉米盆栽试验,研究了多功能复合菌和鸡粪生物炭对镍（Ni）和镉（Cd）污染土壤的修复。研究结果表明,单一和共同作用下复合菌和不同粒径生物炭均能不同程度地固定土壤中的Ni和Cd,减轻Ni和Cd的毒害并降低玉米幼苗对Ni和Cd的吸收,增加根际土壤细菌、真菌群落结构丰富度与物种多样性,其中复合菌和粒径较小的微米生物炭（1.6~55.8 μm）联合修复效果最好。与对照相比,复合菌和微米生物炭联合修复下根际土壤中碳酸盐结合态Ni和Cd的含量分别升高了59.9%和68.4%,有效态Ni和Cd的含量降低了66.5%和53.8%,促进了盆栽玉米幼苗的生长发育,提高了抗氧化能力,使玉米根部的Ni和Cd含量分别降低了49.3%和41.9%,地上部的Ni和Cd含量分别降低了69.4%和53.0%,降低了Ni和Cd在叶片细胞器中的占比,并以低毒形态存在;根际土壤中细菌和真菌的OTU数目显著增加,优势菌群的丰富度和多样性提高,根际土壤微生物群落结构改善。以上研究结果表明多功能微生物和生物炭具有协同修复效应,可为重金属污染土壤联合修复提供理论依据和技术支持。     

不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除性能及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除效果和微生物群落的影响,获得去除土壤阿特拉津的最佳生物炭类型,为阿特拉津污染农田土壤的强化修复提供参考。【方法】以牛粪、甘蔗渣和污泥为原材料制备生物炭,分别于0、10、20、30和40 d测定阿特拉津降解率及土壤pH、有机质含量、腐殖质含量、酶活性和细菌群落结构,并采用冗余分析探明阿特拉津降解率与环境因子及土壤细菌群落结构的相关性。【结果】添加生物炭可明显促进土壤中的阿特拉津降解,3种生物炭的降解率排序为甘蔗渣生物炭(67.94%)>牛粪生物炭(58.39%)>污泥生物炭(48.63%)。同时,添加生物炭显著提高土壤p H、有机质和腐殖质含量(P<0.05,下同),提升微生物活性和群落结构多样性,加速阿特拉津的生物降解,以甘蔗渣生物炭效果最显著,相较于不添加生物炭(CK),pH提升23.76%,有机质含量升高4.39 g/kg,腐殖质含量升高2.24 g/kg。此外,施入生物炭显著提高土壤脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性,并促进阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)和小单孢菌科(Micromonosporaceae)的相对丰度提升。冗余分析表明,环境因子及降解功能微生物均对阿特拉津的降解做出贡献,甘蔗渣生物炭处理与pH、有机质、阿特拉津降解率及腐殖质呈正相关。【结论】施入生物炭可改善土壤理化性质(pH、有机质和腐殖质),明显提升阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科、伯克氏菌科、链霉菌科、微球菌科和小单孢菌科相对丰度,进而加速土壤中阿特拉津的去除,以甘蔗渣生物炭的效果最佳。收集废弃甘蔗渣制成生物炭,既可实现农业废弃物的回收利用,又能助力农田土壤中阿特拉津污染修复和地力提升。     

虾壳生物炭对Cd-As复合污染土壤修复效应及土壤可溶性有机碳含量的影响

为探究虾壳生物炭对Cd、As复合污染土壤的修复效果和作用机制,将小龙虾壳厌氧热解制备成生物炭,通过土壤静态培养实验,在广东酸性和新疆碱性Cd、As复合污染土壤中添加不同剂量的虾壳生物炭(质量比为0.5%、1%和3%),研究虾壳生物炭对土壤理化性质、Cd-As有效性和形态分布特征的影响,同时分析其对土壤可溶性有机碳的影响。结果表明:施加虾壳生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷含量(P0.05),增幅随生物炭添加量的增加而增大。与不加生物炭的对照相比,添加0.5%～3%虾壳生物炭可使酸性土壤有效态Cd含量显著降低15.76%～26.50%,却使有效态As含量增加11.64%～24.53%;而生物炭添加可显著降低碱性土壤中有效态As、Cd含量(P0.05),降幅分别为3.51%～8.12%和4.43%～28.90%。在土壤As、Cd形态分布上,添加虾壳生物炭增加了土壤中钙结合态As的比例,促进了土壤Cd由可交换态向残渣态转化。此外,添加虾壳生物炭显著提高了土壤可溶性有机碳含量,且土壤可溶性有机物的紫外光区吸收强度和芳香化程度有所增强。研究表明,虾壳生物炭可降低碱性土壤中Cd、As有效性,同时提高土壤养分含量,是一种绿色可持续的土壤钝化修复材料,具备碱性土壤Cd、As复合污染修复的潜在应用价值。     

PGPR联合不同添加量椰壳生物炭对镉污染土壤的修复效果

【目的】探究CSBC-PGPR-黑麦草联合修复体系对Cd污染黄壤土的修复效果。【方法】选取椰壳生物炭（coconut Shell Biochar,CSBC）耦合植物促生菌—伯克霍尔德氏菌（Burkholderia sp.）YXL1制备4种不同的生物炭材料，通过盆栽试验考察CSBC-PGPR-黑麦草联合修复体系修复前后黑麦草生物量、黑麦草中Cd富集量、土壤中Cd赋存形态及其理化性质、土壤酶活性等。【结果】相较于CK对照组，CSBCB(CSBC+YXL1)施用后黑麦草生物量最大增幅74.20%、有效态Cd最大增幅15.25%、黑麦草富集Cd最大增幅为434.90%；土壤理化性质有效提升，pH、全氮、有效磷最大提高了0.50个单位、0.48 g/kg和7.61 mg/kg；土壤脱氢酶、土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶以及蔗糖酶活性较空白处理活性显著提高，最高分别提高了62.55%、70.05%、27.49%和73.57%。【结论】运用CSBC-PGPR-黑麦草联合修复体系强化黑麦草对Cd富集能力，有着良好的应用前景。     

皂角苷增强洗脱复合污染土壤中多环芳烃和重金属的作用及机理

通过增溶实验和土壤洗脱实验,研究了一种生物表面活性剂--皂角苷(saponin)对多环芳烃-重金属复合污染土壤的洗脱作用及机理.结果表明,皂角苷对菲、芘等多环芳烃有极强的增溶作用,当皂角苷浓度为0.04%时,菲、芘在液相中的表观溶解度分别增大了约22倍和128倍,因而皂角苷能显著增强多环芳烃污染土壤中菲、芘的洗脱,洗脱效率最大分别可达84.1%和81.4%,增大了约2倍和17倍.皂角苷可与重金属离子形成水溶性的络合物,从而增强洗脱重金属污染土壤中的Zn2+和Cd2+,在皂角苷浓度为0.4%时,Zn2+、Cd2+的洗脱效率分别可达93.0%和79.4%,增大了约75倍和8倍.皂角苷可同时洗脱多环芳烃-重金属复合污染土壤中的菲、芘和Zn2+、Cd2+,洗脱效率分别达87.6%、83.5%和92.3%、78.6%,重金属的存在略增大了皂角苷对菲、芘等多环芳烃的洗脱效率,但多环芳烃对Zn2+、Cd2+的洗脱效率没有明显影响.皂角苷可同时增强洗脱复合污染土壤中的多环芳烃和重金属,从而为多环芳烃-重金属复合污染土壤的修复奠定基础.     

钝化剂对土壤镉铅有效性和微生物群落多样性影响

为研究海泡石和生物炭两种钝化剂对镉铅复合污染土壤修复效果及微生物群落功能多样性的影响,以南京某蔬菜地土壤为研究对象,采用盆栽试验方法,研究海泡石和生物炭单施及配施条件下,土壤理化性质、土壤微生物群落功能多样性、土壤Cd、Pb有效态含量的变化以及萝卜和小白菜两种作物对Cd、Pb富集的影响。结果表明:海泡石和生物炭单施、混施均显著促进土壤Cd、Pb由酸溶态向残渣态转化,降低Cd、Pb生物有效性。其中,2.5%海泡石处理Cd、Pb有效态含量降幅最大,与对照相比,种植萝卜和小白菜的土壤Cd、Pb含量分别降低71.88%～75.44%和81.21%～84.52%。生物炭对土壤微生物活性影响显著,2.5%生物炭处理微生物对碳源利用能力最强,但微生物群落功能多样性未显著增加。添加海泡石和生物炭均减轻了萝卜和小白菜可食部位对Cd、Pb的富集,2.5%海泡石和1.25%海泡石与1.25%生物炭配施处理,萝卜可食部位Cd和Pb含量均满足《食品安全国家标准》(GB 2762—2017),但小白菜可食部位Pb含量超出安全标准。研究表明,从土壤环境质量和作物安全角度考虑,一般采取海泡石和生物炭配施进行重金属Cd-Pb复合污染土壤的修复,而且在中度Cd-Pb污染的菜地土壤中优先考虑种植萝卜类蔬菜。     

生物炭对四环素污染土壤微生物群落结构的影响及环境因子关联的剂量效应分析

为研究不同剂量生物炭对四环素污染的土壤的原位修复效果,本研究以甘蔗渣为原材料制备生物炭,并通过不同剂量的添加(1%、2%、3%,分别记作BC-1、BC-2、BC-3)明确了修复过程中四环素去除效率、土壤理化性质、酶活性和降解微生物的变化情况。结果表明：生物炭施入显著加速了土壤中四环素的降解,其中BC-2处理(79.50%)显著高于BC-3(62.50%)和BC-1(50.30%)处理。同时生物炭处理显著提高了土壤pH及有机质和腐殖质含量,在培养结束后,各处理的pH较CK(四环素污染土壤)分别提升了0.46、0.54、0.80,有机质分别提升了1.37、2.82、5.12 g·kg^-1,腐殖质分别提升了4.48、6.55、5.21 g·kg^-1。生物炭处理显著提升了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,其中BC-2处理提升效果最好,较CK分别提升40.00%、183.30%、65.30%和157.10%。在生物炭处理中,具有降解作用的潜在降解菌Achromobacter(无色杆菌属)、Sphingomonas(鞘脂单胞菌属)、Stenotr...     

植物-微生物联合修复佳乐麝香与镉复合污染土壤的研究

为探讨植物-微生物联合修复佳乐麝香(HHCB)与镉(Cd)复合污染土壤技术的可行性及其相关修复土壤微生物群落多样性的变化,采用紫茉莉(Mirabilis jalapa L.)与孔雀草(Tagetes patula L.)两种植物配合HHCB降解菌,对HHCB,Cd复合污染土壤进行联合修复研究,并使用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微观层面上进一步分析土壤微生物群落多样性的变化趋势。结果表明:孔雀草对Cd的富集效果要好于紫茉莉,且两种植物地上部分对于Cd的富集效果更好。HHCB含量的增加会导致降解菌的降解效率降低,在HHCB含量为100mg·kg-1时,最好的降解效果可达到63.58%,在HHCB含量为300mg·kg-1时,最好的降解效果达到55.3%。土壤中HHCB的含量升高,其细菌种群多样性指数呈现降低的趋势,添加Cd也会使其细菌种群多样性指数呈现降低的趋势,HHCB与Cd复合污染的细菌种群多样性指数低于HHCB与Cd单一污染的细菌种群多样性指数。研究结果为HHCB与Cd复合污染土壤的植物-微生物联合修复提供了一条比较可行的方法并为进一步研究其微生物多样性变化提供了一定的理论基础。     

黑麦草对多环芳烃污染土壤的修复作用及机制

采用盆栽试验方法,研究了黑麦草(LoliummultiflorumLam)对土壤中菲和芘的修复作用。供试污染土壤中菲和芘的起始浓度分别为0￣456.5和0￣488.7mg·kg-1。结果表明,黑麦草可明显促进土壤中菲和芘的降解。45d后,种植黑麦草的土壤中菲和芘的去除率分别为85.80%￣90.79%和44.32%￣89.21%,均显著高于无植物对照;而残留浓度则比对照约低53.6%和78.3%。修复过程中,尽管黑麦草本身可吸收积累菲和芘,且根和茎叶中菲和芘的含量均随土壤中菲和芘浓度的提高而明显增大,但植物吸收积累并不是黑麦草促进土壤中菲和芘降解的主要原因,其贡献小于0.54%;与微生物对照相比,植物修复效率明显提高,主要是植物促进了土著微生物对土壤中菲和芘的降解作用。     

不同种类生物炭对土壤重金属镉铅形态分布的影响

为探讨不同生物炭对土壤镉(Cd)、铅(Pb)复合污染的钝化修复效果,在Cd、Pb复合污染的土壤中施加不同种类、添加量的常见农业废弃物与城市污泥制备的生物炭,分析了土壤中Cd、Pb形态分配的变化,结果表明,添加生物炭可以改变土壤的理化性质,4种生物炭均显著提高了土壤的pH值、阳离子交换量和有机质的含量,与1%添加量相比,4%添加量增加幅度更大,pH、阳离子交换量和有机质含量分别比对照增加了2.7%~11.6%、12.7%~54.3%和252.0%~594.8%。4种生物炭不同程度地降低了重金属的弱酸提取态和可还原物质结合态含量,增加了可氧化物质结合态和残渣态的含量。不同种类生物炭相比,棉花秸秆炭对Cd的钝化效果最佳,其次为玉米秸秆、小麦秸秆和污泥生物炭,其中4%棉花秸秆炭处理下弱酸提取态、可还原物质结合态含量分别下降5.2%、25.5%,可氧化物质结合态、残渣态含量分别增加177.8%、166.7%。生物炭添加同样对土壤中Pb表现出了不同程度的钝化效果,不同生物炭对土壤中Pb的钝化能力表现为玉米秸秆炭小麦秸秆炭棉花秸秆炭污泥生物炭。相关分析表明,添加生物炭导致的土壤理化性质的变化可能是导致土壤重金属形态变化的重要原因。本研究结果表明,施用生物炭可有效改变土壤Cd、Pb赋存形态,促进Cd、Pb由生物有效性高的弱酸提取态、可还原物质结合态,向生物有效性低的可氧化物质结合态、残渣态转化,降低其生物可利用性,从而减轻土壤重金属污染危害。     

生物炭配施微肥对菜园土壤有效态重金属含量的影响

【目的】研究生物炭配施微肥对土壤有效态重金属含量的影响。【方法】采用室内模拟试验,向重金属污染的菜园土壤中添加皇竹草生物炭、咖啡渣生物炭、花生壳生物炭和微肥(铁肥、锰肥和硅肥),分别在处理14和28 d时测定土壤中5种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd和Ni)的有效态含量。【结果】添加了生物炭或微肥土壤中的有效态重金属含量均比对照组低。其中单一钝化剂处理中,皇竹草生物炭和硅肥的钝化效果较好。在复配试验中,皇竹草生物炭+铁肥对土壤重金属Cu、Pb和Cd的钝化效果较好,处理14 d后其有效态含量的降幅分别达32.94%、31.26%和21.21%,对土壤有效态Zn含量的降幅为6.82%,但对土壤Ni的钝化效果不明显;处理14 d后咖啡渣生物炭+铁肥对土壤重金属Ni和Zn有效态含量的降幅也分别达22.64%和10.35%,钝化效果显著;处理28 d后,花生壳生物炭+铁肥对土壤重金属Cu钝化效果最好,有效态Cu含量降幅达49.06%;咖啡渣生物炭+硅肥对土壤Ni和Zn钝化效果最好,有效态含量降幅分别达23.73%和9.72%。【结论】生物炭配施微肥对土壤有效态重金属含量降低的效果优于单施生物炭或单施微肥,其中,皇竹草生物炭配施铁肥可用于土壤重金属Cu、Pb、Zn和Cd复合污染的钝化。     

油菜-紫花苜蓿混种对土壤中菲、芘的修复作用

 【目的】探讨混种模式下植物对土壤中多环芳烃（PAHs）污染的联合修复、积累效应。【方法】采用盆栽试验法,对比研究油菜、紫花苜蓿在不同栽培模式下对土壤中芘、菲的去除效果与修复机制。【结果】在试验浓度范围内,混种模式下芘、菲的修复效果明显超过单种模式。油菜、紫花苜蓿联合种植70 d后,土壤中菲、芘平均去除率为75.06%、68.22%,分别比二者单独种植时高出43.26%、40.38%和11.03%、16.29%,强化效果明显。植物本身能够吸收与累积在一定量的菲和芘,累积量与土壤中菲、芘的添加浓度正相关。相同污染水平下,茎叶部积累量低于根部、菲小于芘、混种模式低于单种模式。在植物-微生物系统中,微生物降解、植物-微生物联合效应是菲、芘去除的主要途径,但植物-微生物联合效应是混种模式下强化修复PAHs污染的主要原因。【结论】混种模式能强化PAHs污染土壤的修复效果、减少植物积累、缓解污染风险。     

牧草不同种植模式对重金属去除及土壤性质的影响

为改善重金属复合污染土壤的微生物环境,进而提高污染土壤的肥力,以皇竹草(Pennisetumsinese)和黑麦草(Lolium perenne)为试验材料,采用单作和间作模式,研究两种不同种植模式下牧草对重金属复合污染去除和富集以及土壤酶活性和微生物数量变化。结果表明,在处理1和处理2复合污染土壤中,间作模式处理下皇竹草和黑麦草Pb、Cd、Cu和Zn富集系数均极显著地高于单作模式。与种植牧草前相比,单作皇竹草处理1和处理2土壤的Pb、Cd、Cu和Zn含量分别降低了49.59%、87.80%、67.48%和73.55%,56.07%、88.73%、63.75%和72.25%,单作黑麦草处理1和处理2土壤重金属含量分别减少了51.45%、87.20%、55.44%和70.95%,55.45%、88.99%、48.83%和70.37%,间作皇竹草和黑麦草处理1和处理2土壤重金属含量分别下降了58.35%、92.29%、81.31%和90.69%,65.44%、93.25%、79.29%和89.60%。在处理1复合污染的土壤上,与种植牧草前相比,单作皇竹草土壤的蛋白酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和纤...     

菌糠生物炭对土壤铅镉形态及甜菜生长的影响

[目的]制备菌糠生物炭钝化剂,为菌糠资源化利用及重金属污染土壤的修复研究提供新思路。[方法]选用来源丰富的灵芝、平菇与绣球菌糠作为生物质原料,在500℃限氧热解条件下分别制备3种生物炭(GSBC、PSBC与SCBC),并使用元素分析、BET、SEM、XRD、FTIR等现代化技术对菌糠生物炭进行表征。采用盆栽试验(2.5 kg干土),研究了不同菌糠生物炭的添加(质量比为1.5%)对土壤Pb、Cd形态分布、甜菜生理特性以及甜菜各部位Pb、Cd累积的影响。[结果]500℃炭化热解制备的不同菌糠生物炭表面具有丰富的官能团和良好的介孔结构,且生物炭表面均带有大量的负电荷,芳香化程度较高。在3种菌糠生物炭中,GSBC拥有的大比表面积与良好的介孔结构可以为土壤中Pb、Cd的吸附提供更多的结合位点。不同菌糠生物炭施用后,显著提高了土壤pH值,且不同程度地降低了土壤中Pb、Cd的弱酸可提取态与可还原态含量,增加了可氧化态与残渣态的含量。与CK相比,各处理甜菜的株高、鲜重以及叶绿素含量显著增加,抗氧化酶活性显著升高。3种生物炭施用后,各处理甜菜地上部与根部Pb含量分别平均降低了43.52%与42.86%,Cd含量分别平均降低了54.48%与55.42%。[结论]不同菌糠生物炭均可促进土壤中的Pb、Cd由活性较高的形态向较稳定的形态转化,降低Pb、Cd的生物有效性,其中GSBC的钝化效果最佳。此外,3种菌糠生物炭均可促进甜菜生长,减少甜菜各部位对Pb、Cd的吸收,对缓解Pb、Cd的胁迫作用具有较好的效果。     

聚丙烯酸铵对外源复合重金属污染的土壤修复效果的研究

[目的]为了给聚丙烯酸铵在治理长期重金属污染的应用方面提供理论依据。[方法]通过聚丙烯酸铵在外源复合重金属污染土壤上修复的盆栽试验,研究了聚丙烯酸铵对黑麦草生长、黑麦草中重金属含量以及土壤中水溶性重金属的含量的影响。[结果]在单一重金属污染土壤上,聚丙烯酸铵处理的黑麦草体内Cd、Cu、Zn含量比CK分别下降了63.2%、72.6%、78.1%,土壤水溶性Cd、Cu、Zn分别下降了93.1%、55.2%、59.2%;在复合重金属污染的土壤中,黑麦草体内Cd、Cu、Zn含量比CK分别下降了74.9%、69.0%、72.4%,土壤水溶性重金属下降了80.3%、38.8%、48.3%。[结论]聚丙烯酸铵的使用可以明显改善外源重金属污染土壤上黑麦草的生长,显著地降低植物体内重金属的含量,同时土壤中水溶性重金属的含量也显著下降。     

不同秸秆生物炭对水稻生长及土壤养分的影响

[目的]探讨桑枝秆、木薯秆和甘蔗渣生物炭对水稻产量及稻田土壤养分的影响,为充分利用广西桑蚕、木薯和糖料蔗产业秸秆废弃物资源实现水稻增产增收提供理论依据.[方法]采用盆栽试验,以不添加生物炭为对照,设添加桑枝秆生物炭1.5%、3.0%和4.5%;添加木薯秆生物炭1.5%、3.0%和4.5%;添加甘蔗渣生物炭1.5%、3.0%和4.5%共9个秸秆生物炭处理,于水稻主要生育期内调查水稻生长状况,收获后进行考种测产,并分析土壤pH及养分含量的变化情况.[结果]与对照相比,施用桑枝秆和甘蔗渣生物炭提高了分蘖中期和齐穗期的水稻株高,也显著提高了成熟期水稻的有效穗数和成穗率(P<0.05,下同).施用生物炭可增加水稻穗长、穗粒数和结实率(木薯秆生物炭3.0%和4.5%处理除外),对千粒重无显著影响(P>0.05).除木薯秆生物炭4.5%和甘蔗渣生物炭1.5%处理外,其他生物炭处理均可显著提高水稻产量,且桑枝秆、木薯秆和甘蔗渣3种生物炭均在添加量为3.0%时增产幅度最大,分别比对照增产38.05%、28.24%和32.73%,以桑枝秆生物炭3.0%处理的增产效果最佳.施用生物炭整体上可提高土壤的全氮、有效磷和速效钾含量,降低全磷、全钾和碱解氮含量.各生物炭处理的土壤pH(甘蔗渣生物炭1.5%和3.0%处理除外)和有机质含量显著提高,以甘蔗渣生物炭对土壤有机质的提升效果最佳,桑枝秆生物炭对土壤pH的提高幅度最大.[结论]施用3种生物炭均有效提高了稻田土壤肥力及水稻产量,其中木薯秆生物炭对土壤全氮、有效磷和速效钾含量的提升作用较佳,桑枝秆生物炭对水稻产量的提升效果较优.     

生物炭耦合水分管理对稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积的影响

选取湖南某矿区重金属Cd、As复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、竹炭(ZC)、竹炭结合淹水措施(ZF)、稻壳炭(GC)、稻壳炭结合淹水措施(GF),对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响。结果表明,6种处理土壤pH值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律。相比对照,水稻全生育期5种处理Eh值均呈现下降趋势,而单一添加生物炭ZC、GC 2种处理乳熟期Eh显著高于同一生育期配施生物炭的WF、ZF、GF 3种淹水处理,并始终处于弱还原状态。各处理均能显著降低成熟期土壤Cd的有效态、酸可提取态和TCLP提取态含量,而As的有效态和TCLP提取态含量显著升高。WF、ZF、GF淹水配施生物炭处理糙米中Cd含量降低51.46%~57.28%,其中GF抑制效果最佳,与ZF呈现显著性差异;而籽粒中As的含量分别达到0.29、0.32、0.30 mg·kg-1,较CK组升高了39.74%~53.58%,三者并无显著性差异。2种仅添加生物炭的ZC、GC处理与对照相比,糙米中Cd含量降低16.50%、39.81%,糙米中As含量增加了27.24%、12.23%,但GC与CK处理并无显著性差异。因此,WF、ZF、GF及ZC处理可减少土壤中Cd的生物有效性,对重金属Cd污染稻田土壤修复具有重要意义,但会增加土壤中As溶出的风险及其生物有效性。而单一添加生物炭的GC处理可用于Cd-As复合污染农田,为稻田土壤Cd-As复合污染粮食安全生产提供理论依据。     

稻壳生物炭对矿区重金属复合污染土壤中Cd、Zn形态转化的影响

明确稻壳生物炭的农业生态效应对合理利用其修复矿区重金属复合污染土壤具有重要意义。通过盆栽试验,研究了稻壳生物炭不同施用量(0、5、10、20、50、100 g·kg~(-1))对重金属复合污染土壤p H、CEC和Cd、Zn赋存形态转化的影响。结果表明:与对照相比,稻壳生物炭的添加使土壤p H升高0.18~0.29个单位,CEC提高32.89%(5.68 cmol·kg~(-1));同时,重金属复合污染土壤中弱酸提取态Cd、Zn分别降低21.88%、19.63%,氧化态Cd、Zn分别降低24.12%、18.62%,可还原态Cd、Zn分别降低13.72%、8.97%;而使残渣态Cd、Zn分别升高115.56%、39.45%。综上所述,稻壳生物炭的添加提高了矿区重金属复合污染土壤的p H和CEC,促进了重金属复合污染土壤中Cd、Zn的弱酸提取态、可氧化态和可还原态向化学性质稳定的残渣态转化,降低了土壤重金属的有效性,实现了对重金属复合污染土壤的修复。     

生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复

为考察固定化微生物对铀(U)、镉(Cd)污染土壤的钝化效果,研究筛选出对U、Cd都有较高去除率的微生物组合,以生物炭为固定化载体,通过吸附和包埋两种固定方法制作成复合钝化剂,探究施加两种复合钝化剂和单独施加生物炭3种处理对土壤理化性质和可提取态U、Cd的影响。研究结果表明:四种微生物组合对U、Cd都有去除作用,综合考虑枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比组合的去除率最优,用于进一步研究。各钝化处理后,土壤的pH值升高,且随着钝化剂添加量的增加,pH呈上升趋势。各钝化处理组中土壤阳离子交换量与有机质含量均有所升高,其中,生物炭处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著。3个处理组相比,生物炭处理组和吸附固定微生物生物炭处理组中有机质增加较包埋固定微生物生物炭处理组效果显著。各钝化处理后,土壤中可提取态的U、Cd含量均有所下降,且随着钝化时间的延长,可提取态的U、Cd含量持续降低。3种钝化剂的钝化效果有所差异,即吸附固定微生物生物炭处理组生物炭处理组包埋固定微生物生物炭处理组,随着添加量的增加,钝化效果显著。该研究结果表明,固定化微生物方法在修复土壤重金属污染方面有着很大的潜在应用价值。     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响,通过田间试验,在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位,Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加,但螯合铁肥不利于微生物群落的生长,多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变,变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加,芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明,pH和Cd是影响微生物群落的关键因素,此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明,施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险,改变土壤微生物群落结构,使多种微生物群落得到抑制或增强。