不同种类生物质炭及施用量对水稻生长及土壤养分的影响

通过盆栽方式进行水稻秸秆炭、水稻谷壳炭、果木木炭等3种生物质炭比较试验,每盆土壤15kg,参照大田用量模式设置了5、10、20、40t/hm2 4个秸秆炭水平,20、40t/hm2 2个谷壳炭与木炭水平,研究不同处理对水稻生长及土壤养分的影响。结果表明,3种生物质炭在一定范围内都能促进水稻干物质积累和产量形成,以秸秆炭效果最好。不同秸秆炭施用量比较,干物质量和产量呈先增后降趋势,在20t/hm2时达到最高,生物量较不施炭对照提高51.45%,谷粒产量增加72.55%。施用谷壳炭以40t/hm2效果较好,产量提高60.52%。施用20t/hm2木炭有提高地上部生物量与产量的作用,但增加至40t/hm2则明显降低。适量施用生物质炭能够增加土壤中速效氮磷钾和总养分含量,以秸秆炭效果最好,谷壳炭次之,木炭最差。木炭的碳含量高达74.28%,过量施用显著降低土壤速效氮磷钾含量,对水稻生长不利。     

施用猪粪炭对水稻田土壤肥力与酶活性的影响及安全性分析

采用大田试验,研究不同施用量(0、1%、2%、3%)的猪粪炭对水稻田土壤肥力提升及酶学性质的影响,分析猪粪炭优化调控水稻产量及钝化土壤重金属的应用性。结果表明,施用猪粪炭提高土壤氮、磷、钾及有机质的含量并降低土壤容重。施炭处理促进提高水稻产量,其中1%施炭处理的水稻产量较对照提高8.19%,有效分蘖数提高17.57%。随着施炭量增加,分蘖期土壤的蔗糖酶活性呈递增趋势,成熟期蔗糖酶活性以及2个生育期脲酶活性呈先升后降趋势;成熟期1%施炭处理的蔗糖酶、脲酶活性较对照分别提高51.24%、31.60%。施用猪粪炭显著降低土壤有效态重金属As、Cd的含量;1%施炭处理在分蘖期、成熟期有效态As含量较对照分别降低10.28%、7.69%,有效态Cd分别降低14.14%、11.82%。综上,猪粪炭施用能够促进土壤肥力提升,提高作物产量并降低土壤重金属风险,其中1%施炭处理效果最佳。     

小麦秸秆生物质炭对旱地土壤铅镉有效性及小麦、玉米吸收的影响

采用高(40 t·hm~(-2))、低(20 t·hm~(-2))两个不同施用量将小麦秸秆生物质炭施用到小麦-玉米轮作模式下的碱性旱地土壤,分析生物质炭对Pb、Cd污染土壤中小麦、玉米籽粒Pb、Cd的富集以及土壤Pb、Cd的生物有效性的影响。结果表明:旱地土壤中,小麦秸秆生物质炭在小麦、玉米两季均能有效提高土壤有机碳含量,两季最高增加量分别是对照的2.4倍和2.8倍;同时显著降低土壤Ca Cl2-Pb和Ca Cl2-Cd的含量,最大降幅分别达到53%和50%,进一步表现为小麦籽粒Pb、Cd含量的显著降低,降幅最高分别为43%和21%,但小麦籽粒Pb、Cd含量仍高于现行国家标准(Cd0.1 mg·kg~(-1),Pb0.2 mg·kg~(-1)),而对玉米籽粒Pb、Cd含量无显著影响。在对污染水平及施炭量的多因素方差分析中发现,20 t·hm~(-2)的施炭量可在短期内达到修复目的,而40 t·hm~(-2)施炭量的治理效果可至少维持两个生长季。因此,小麦秸秆生物质炭对碱性旱地土壤Pb、Cd污染的修复,主要是通过提高土壤有机碳含量以及生物质炭丰富的官能团对土壤Pb、Cd的吸附螯合及络合作用来降低土壤Pb、Cd的生物有效性,从而降低小麦籽粒的Pb、Cd富集,并且其持效性在一定生物质炭施用范围内随施用量的增加而延长。     

硅酸钠对重金属污染土壤性质和水稻吸收Cd Pb Zn的影响

通过盆栽试验研究了Cd-Pb-Zn复合污染土壤(pH6.02,DTPA-Cd、DTPA-Pb和DTPA-Zn含量分别为3.70、650.6、147.9mg·kg-1)中施用硅酸钠对水稻吸收Cd、Pb和Zn的影响。结果表明,硅酸钠明显提高了分蘖期和成熟期土壤pH值,土壤DTPA-Pb分别降低40.34%~43.26%(分蘖期)、10.99%~18.14%(成熟期),土壤DTPA-Zn分别降低43.91%~58.92%(分蘖期)、4.16%~28.41%(成熟期),分蘖期土壤DTPA-Cd也显著降低,但成熟期土壤有效Cd反高于对照。硅酸钠使糙米Pb、Zn含量分别降低了20%~83%和6%~13%,但使糙米Cd含量增加了16%~145%。转移系数的测定表明,施用硅酸钠使分蘖期从根到茎、成熟期从茎到糙米、叶到糙米Pb的转移系数最多分别降低67%、70%和80%;使分蘖期从根到茎,成熟期从根到茎、叶到糙米Zn的转移系数最多分别降低60%、54.90%和59.38%;但使分蘖期从茎到叶、成熟期从茎到糙米、叶到糙米Cd的转移系数最多分别增加54.14%、64.29%和90.24%。以上结果表明,硅酸钠降低了土壤Pb、Zn的有效性和Pb从根到茎(分蘖期)、从茎和叶到糙米(成熟期)的转移及Zn从根到茎(分蘖期)、从根到茎成熟期和从叶到糙米(成熟期)的转移,但提高了成熟期土壤Cd的有效性,促进了Cd从茎到叶(分蘖期)、从茎和叶到糙米(成熟期)的转移。     

羟基磷灰石对铅、镉在土壤-水稻体系中吸收和转移的影响

为研究羟基磷灰石(HAP)对Pb、Cd在土壤-水稻系统中转移的影响,在Cd-Pb-Zn复合污染的土壤中施用不同用量(0、2、4、8、16、32 g·kg~(-1))的羟基磷灰石,进行了水稻的盆栽试验。结果表明,施用HAP显著提高了土壤pH,使水稻分蘖期和成熟期土壤中有效Pb含量分别降低13.47%~44.38%和8.72%~40.10%,使有效Cd含量分别降低9.75%~42.20%和8.50%~45.79%;施用HAP使宜优673糙米Pb含量降低了17.55%~88.74%,但使糙米Cd含量增加了45.63%~148.2%;施用HAP使分蘖期从茎到叶、成熟期从茎到糙米、成熟期从叶到糙米Pb的转移系数分别降低26.35%~71.62%、28.42%~74.74%和25.49%~82.35%,但使成熟期Cd从叶到糙米的转移系数增加了48.78%~182.93%。另外,施用HAP后土壤有效Zn含量也有所降低。以上结果说明,HAP通过降低土壤中Pb的有效性和抑制分蘖期Pb从茎到叶及成熟期从茎和叶到糙米的转移能力来降低籽粒中Pb的富集;HAP虽可以显著降低土壤中Cd的有效性,但成熟期Cd从叶到糙米转移能力的增强以及Cd、Zn之间可能的交互作用导致了籽粒中Cd的增加。因此,评价土壤重金属钝化剂的效果时不仅要考虑其对土壤重金属的钝化效果,也要考虑其对重金属在植物体内转移和分配的影响。     

不同钝化剂对土壤有效态重金属含量及其 在小白菜中累积的影响

研究不同钝化剂对土壤有效态Cd、Pb含量和在植物中累积的影响,筛选对Cd、Pb污染农田土壤钝化效果好的钝化剂,为重金属的原位钝化修复提供理论参考。以不添加钝化剂土壤为对照,将膨润土、碳酸钙和生物质炭分别以0.5%、1.0%、2.0%、5.0%的添加量掺入土壤,对小白菜幼苗进行室内培养试验。结果表明,当碳酸钙添加量分别为5.0%和2.0%时,对土壤有效态Cd和Pb的钝化效果较好,土壤有机质含量与土壤有效态Cd、Pb含量呈正相关。添加碳酸钙45 d后,小白菜茎叶部分Cd、Pb含量比对照分别降低59.3%、57.1%。添加钝化剂可以抑制小白菜对Cd、Pb的吸收转运,在小白菜生长中后期,添加碳酸钙和生物质炭抑制Cd、Pb的吸收转运效果较好。添加2.0%的碳酸钙对土壤有效态Cd、Pb含量钝化效果最好,同时碳酸钙、生物质炭对小白菜茎叶部分Cd和Pb的吸收转运抑制作用较强。     

三种生物质炭对红壤和黄壤镉有效性的影响

采用盆栽试验,研究了5%的花生壳炭、竹炭和小麦秸秆炭对红壤和黄壤中有效镉含量及玉米幼苗镉吸收和转运的影响。结果表明:3种生物质炭使红壤和黄壤的pH分别提高0.12~0.59和0.21~1.00,有机质含量分别提高35.43%~83.34%和52.14%~142.82%,均达到显著性水平(P0.05);生物质炭使红壤和黄壤有效镉含量分别降低12.8%~20.1%和17.7%~29.9%,降幅在红壤中以花生壳炭处理最大,黄壤中则以小麦秸秆炭处理最大,但两种土壤中花生壳炭、小麦秸秆炭处理有效镉含量差异不显著;3种生物质炭一定程度上可抑制红壤中玉米的生长,但花生壳炭和竹炭可促进黄壤中玉米幼苗的生长;花生壳炭和竹炭使红壤中玉米幼苗地上部镉含量分别降低19.63%和23.10%,竹炭使黄壤中玉米幼苗根部镉含量提高14.88%,其余处理对玉米幼苗根部和地上部的镉含量影响均不显著。这说明尽管生物质炭可通过提高土壤pH和有机质含量降低红壤和黄壤的有效镉含量,但对植物镉含量的影响则因土壤类型和生物质炭种类而异。     

生物质炭施用对重金属污染水稻土有机碳矿化的影响

[目的]本文旨在研究重金属污染土壤施用生物质炭后对土壤有机碳稳定性的影响,为环境污染修复条件下土壤有机碳库的科学管理提供参考。[方法]以苏南地区长期Cd/Pb污染和邻近未污染水稻土为研究对象,采集对照无污染土壤(P0)、低污染土壤(P1)和高污染土壤(P2)3种土壤,每种土壤分别设置施用量为0(C0)、10 g·kg~(-1)(C1)和20 g·kg~(-1)(C2)的玉米秸秆生物质炭处理,进行为期60 d的恒温恒湿室内培养试验,对比分析施用生物质炭对不同程度重金属污染水稻土中CO_2-C释放动态、总有机碳和活性碳库含量和激发效应的影响。[结果]添加生物质炭能够显著增加不同程度重金属污染水稻土CO_2排放,其中未污染和低污染土壤施加生物质炭后其CO_2的释放速率及累积矿化量显著高于高污染土壤。相比于污染土壤,施加生物质炭对未污染土壤易氧化态碳含量的增加影响更显著;P1土壤低炭和高炭处理分别比原土微生物量碳含量增加23.1%和27.1%,P2土壤增加49.7%和41.7%;P1土壤低炭和高炭处理颗粒态有机碳含量分别比对照增加66.9%和200.2%,P2土壤增加22.2%和45.8%;施炭处理可显著降低土壤中的可溶性有机碳含量。施用生物质炭对各处理土壤产生负激发效应,且在低污染土壤中表现最为显著;生物质炭抑制土壤本底碳的矿化,促进土壤原有有机碳的稳定性。[结论]施用生物质炭可提高重金属污染水稻土中有机碳的累积量,增加土壤中活性碳库的组分,抑制土壤中原有有机碳的矿化分解,存在显著的负激发效应。     

生物有机肥和生物炭对Cd和Pb污染稻田土壤修复的研究

在田间试验条件下,研究施用生物有机肥和生物炭对稻田Cd 和Pb 污染的钝化修复效果。研究结果表明:施用生物有机肥和生物炭处理可以提高土壤pH值以及土壤养分含量,并显著降低土壤有效态Cd 和Pb 的含量,且土壤pH 值与土壤有效态Cd 和Pb 的含量呈极显著负相关;生物有机肥和生物炭处理还可以降低水稻体内Cd 和Pb 的含量,其中水稻糙米Cd 降幅达到了22.00%和18.34%,水稻糙米Pb 含量的降幅也达到了33.46%和12.31%,且水稻糙米Cd 和Pb 的含量与土壤有效态Cd 和Pb 的含量呈显著正相关。综合各处理对土壤pH 值、土壤养分含量、土壤有效态Cd 和Pb 的含量以及水稻Cd和Pb 的影响,可以看出生物有机肥和生物炭处理对于Cd 和Pb 污染稻田土壤有较好的修复效果。     

羟基磷灰石+沸石对稻田土壤中铅镉有效性及糙米中铅镉累积的影响

为研究组配改良剂羟基磷灰石+沸石(简称HZ)对稻田土壤Pb和Cd生物有效性以及糙米中Pb和Cd累积的影响,在湘南两矿区附近污染稻田中施用不同添加量(0、0.45、0.9、1.8 kg·m~(-2))的组配改良剂HZ,进行了水稻种植的田间试验。结果表明:与对照相比,当施用量为1.8 kg·m~(-2)时,土壤A中Pb和Cd的DTPA提取态含量分别降低69.6%和62.0%,TCLP提取态含量分别降低80.0%和41.8%,Mg Cl2提取态含量分别降低87.4%和19.4%;土壤B中Pb和Cd的DTPA提取态含量分别降低73.8%和82.7%,TCLP提取态含量分别降低65.8%和65.1%,Mg Cl2提取态含量分别降低99.8%和94.5%。施用0.45~1.8 kg·m~(-2)的HZ能使土壤A水稻糙米中Pb和Cd的含量分别降低36.4%~48.5%和4.9%~17.0%;土壤B水稻糙米中Pb和Cd的含量分别降低5.0%~41.3%和16.7%~20.2%。分析土壤p H和糙米中重金属含量与3种重金属提取态含量的关系得知,土壤p H增加是HZ降低土壤中Pb和Cd生物有效性的关键因素之一;比较得知,DTPA提取方法更合适表达重金属生物有效性,可用于糙米重金属含量的风险评估。     

生物炭对土壤-植物体系中铅镉迁移累积的影响

为探讨不同特性生物炭对土壤-植物体系中典型重金属铅（Pb）和镉（Cd）迁移累积的影响,分别选择花生壳、水稻壳、小麦秸秆、椰壳及生物燃气副产物5种材料制备的生物炭及不同粒径椰壳生物炭作为土壤调理剂,进行多茬蔬菜盆栽试验,研究各茬蔬菜可食用部位生物量及Pb和Cd累积量,土壤理化性质及土壤有效态Pb和Cd含量变化规律。结果显示,生物炭的施加均可不同程度提升土壤pH、土壤有机碳含量及阳离子交换量（CEC）。除小麦秸秆生物炭外,其余4种生物炭均可显著降低土壤有效态Pb和Cd及蔬菜可食用部位Pb和Cd累积量,并对蔬菜有明显促生长效果。生物炭粒径越小对土壤有效态Pb和Cd含量的降低、蔬菜生长的促进及蔬菜Pb和Cd累积量的降低作用越显著。蔬菜生长与土壤pH、有机碳含量及CEC水平均呈显著正相关关系,而蔬菜Pb和Cd累积量及土壤有效态Pb和Cd含量则与土壤pH、有机碳及CEC含量呈显著负相关关系。连续3茬蔬菜轮作后,80~120目椰壳生物炭、花生壳生物炭、水稻壳生物炭及生物燃气副产物生物炭仍对Pb和Cd复合污染酸性土壤具有明显的修复效果。结果表明,生物炭可通过改变土壤pH、CEC、有机碳等基本理化性质,对土壤重金属产生钝化作用,显著促进蔬菜的生长并可消减蔬菜对土壤重金属元素的累积效应。     

赤泥和有机肥对镉、铅在水稻中吸收分布的影响

通过大田正交试验,研究添加赤泥和有机肥对Cd、Pb在土壤-水稻系统中分布规律的影响。结果表明,添加赤泥或有机肥后,水稻根际土壤pH值升高0.36～1.90个单位,根际土壤中Cd、Pb含量分别降低2.73%～26.25%和7.15%～34.26%,糙米中Cd和Pb含量分别降低23.24%～55.90%和11.76%～29.41%,其中单施赤泥效果最好,其次是配施,单施有机肥最差。添加赤泥和有机肥后,水稻各器官中Cd和Pb含量显著降低,不同生育期Cd和Pb的贡献率明显改变,且添加量及施肥方式（单施、配施）也有显著影响。与CK相比,降Cd效果最好的是单施赤泥4 000 kg·hm^-2,降幅为55.90%;降Pb效果最好的是赤泥（4 000 kg·hm^-2）与有机肥（1 000 kg·hm^-2）配施,降幅为29.41%。由于土壤中Cd（超标65倍）、Pb（超标7倍）污染程度较高,糙米中Cd、Pb含量仍超过食品污染物限量（GB 2762-2012）。因此,在重金属污染程度较高的稻田,仅通过添加土壤调理剂不能达到安全生产的目的。     

新型土壤改良剂对水稻吸收累积Cd、Pb的影响初探

在盆栽条件下研究了一种新型土壤改良剂(商品名:农大夫-地保2号,又名土壤还原素)对两种污染土壤(潮泥田和红黄泥)水稻吸收累积Cd、Pb的影响.结果表明,施用土壤改良剂能显著提高潮泥田和红黄泥的土壤pH值,降低土壤有效态Cd、Pb及水稻糙米Cd、Pb含量.当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时,两种土壤的pH值均显著高于对照(H-0).当土壤改良剂施用量达到4 g/kg时,潮泥田土壤有效态Cd含量低于对照30.8%(P＜0.05);当其施用量增至8 g/kg时,土壤有效态Pb含量比对照降低21.9%(P＜0.05),同时水稻糙米Cd、Pb含量比对照降低18.4%(P＜0.05)和20.3%(P＜0.05).当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时,红黄泥土壤有效态Cd、Pb分别低于对照30.7%(P＜0.05)和24.4%(P＜0.05),而其水稻糙米Cd、Pb含量在土壤改良剂施用量为4 g/kg时降幅达22.8%(P＜0.05)和24.2%(P＜0.05).综合分析认为,施土壤改良剂能显著降低污染土壤上水稻糙米的Cd、Pb累积,其效果与土壤改良剂用量、土壤pH值及土壤Cd、Pb含量有关,可能对酸性土壤更有效.     

纳米羟基磷灰石钝化修复重金属污染土壤的稳定性研究

为评估纳米羟基磷灰石(Nano-hydroxyapatite,NAP)钝化修复重金属污染土壤的稳定性,采用一次性添加不同用量(0.5%、1%、2%,W/W)的NAP进行水稻盆栽试验,研究了一年和三年后土壤性质、有效态重金属(Cd、Cu、Zn、Pb)含量和水稻体内重金属含量的变化。结果表明:不同NAP施用量下土壤p H值在第一年和第三年分别显著提高了0.71~1.24和0.60~1.16,年际间p H提高幅度的差异较小,表现出较好的稳定性;第三年土壤中有效态Cd、Cu和Zn含量与对照相比降幅(62.7%~96.5%)要显著低于第一年(66.6%~98.4%),而有效态Pb含量的降幅(百分比)则略有提高,表明随着时间的延长,NAP固定土壤Cd、Cu和Zn含量的能力有所减弱,而对Pb的固定能力有所增强。添加NAP显著降低了水稻根中的重金属含量和糙米中Cd含量,糙米中的Pb、Cu和Zn含量也有所降低。糙米中重金属含量与土壤中有效态重金属含量呈正相关关系,表明NAP通过降低土壤有效态重金属来降低重金属在水稻籽粒中的累积。     

秸秆还田配施无机改良剂对稻田土壤镉赋存形态及生物有效性的影响

以成都平原德阳市旌阳区Cd污染稻田土为研究对象,通过大田试验研究了秸秆还田下配施无机改良剂对污染稻田土壤Cd形态分布特征及水稻生物有效性的影响。结果表明,秸秆(油菜秆、小麦秆)配合改良剂(海泡石、石灰、钙镁磷肥)施用均显著降低水稻糙米Cd含量,其中油菜秸秆配合海泡石效果较优,降低幅度为36.75%;油菜秸秆配合改良剂(海泡石、石灰、钙镁磷肥)施用提升了茎秆Cd含量(31.46%~140.73%),可能会影响秸秆还田利用。对土壤可交换态Cd含量影响表现为:水稻分蘖期,小麦秸秆配合石灰处理降低50.47%,效果较佳;水稻成熟期,小麦秸秆配合钙镁磷肥处理降低58%,效果较优。回归分析结果表明,土壤Cd形态由有效性较高的形态(可交换态)向有效性较低的形态(铁锰氧化物结合态、有机结合态等)转化,有助于减少水稻根系对Cd的吸收,降低糙米Cd的累积。综上,在抑制土壤活性态Cd,降低水稻Cd积累方面,油菜秸秆还田配合海泡石和小麦秸秆还田配合石灰效果均较优。     

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。