镉胁迫下生物炭与锌/钾叶面肥促进烟草生长降低镉富集的协同效应

[目的]生物炭和叶面肥在单独调控重金属胁迫条件下植物生长及重金属离子吸收方面的应用价值已被一些研究证实,然而它们在土壤重金属镉污染修复中的耦合效应及其机制尚不十分清楚。烟草为镉易富集植物,研究生物炭和锌/钾叶面肥单施或联合施用对烟草生长和镉富集特性的影响,为镉污染土壤的修复及烟草安全生产提供理论依据。[方法]采用盆栽模拟轻度土壤镉污染胁迫试验,供试烟草品种为‘中烟100’。设置6个试验处理:对照(CK)、土施生物炭20 g/kg(B)、喷施0.5%ZnSO4叶面肥(Zn)、喷施0.5%KH2PO4叶面肥(K)、生物炭+喷施ZnSO4叶面肥(B+Zn)、生物炭+喷施KH2PO4叶面肥(B+K),每个处理重复8次。将烟草分割为根、茎、下部叶(从下到上1~5片)、中部叶(6~10片)、上部叶(11~15片)5部分。测定株高、生物量、丙二醛含量(MAD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、烟株各部位的镉含量,计算了镉富集和转运系数,分析了土壤中镉形态的变化。[结果]1)单独施用叶面肥较单独施用生物炭更有利于增强镉胁迫下叶片的抗氧化性能,促进烟株生长。与B处理相比,Zn和K处理的MDA含量分别降低12.8%和15.1%,POD活性分别增加32.2%和29.9%,CAT活性分别增加25.5%和18.2%(P<0.05),Zn和K两处理之间的抗氧化酶活性无显著差异(P>0.05)。单独施用生物炭较单独施用叶面肥更有利于降低土壤中镉的生物有效性。与Zn和K处理相比,B处理的土壤弱酸提取态镉含量分别降低19.0%和19.3%,可还原态镉含量分别降低22.3%和23.9%(P<0.05)。单独喷施叶面肥对土壤镉形态无显著影响(P>0.05)。2)生物炭和叶面肥配施具有叠加效应,且B+Zn处理对促进镉胁迫下烟株生长和减少烟株镉吸收方面效果大于B+K处理。与CK、B、Zn处理相比,B+Zn处理的株高分别增加52.8%、25.9%和11.8%,地上干重分别增加146%、89.1%和45.3%,SOD活性分别增加29.8%、19.7%和11.0%,POD活性分别增加94.0%、64.1%和24.1%,CAT活性分别增加183.8%、90.9%和52.2%,烟株根镉含量分别减少53.9%、25.2%和31.6%,茎镉含量分别减少74.5%、53.9%和63.7%,上部叶镉含量分别减少63.1%、18.8%和40.1%,中部叶镉含量分别减少63.6%、27.7%和35.3%,下部叶镉含量分别减少63.8%、34.1%和46.9%,烟株镉生物富集系数分别降低64.4%、31.0%和48.4%,镉生物转运系数分别降低33.3%、20.2%和28.5%,土壤中弱酸提取态镉含量分别降低19.5%、7.5%和19.0%,土壤中还原态镉含量分别降低22.9%、2.0%和20.8%,土壤中可氧化态镉含量分别增加62.5%、5.6%和54.6%,土壤中残渣态镉含量分别增加206.9%、10.7%和174.7%。与B+K处理相比,B+Zn处理的烟株地上干重增加18.3%,上部叶、中部叶、下部叶镉含量分别减少8.4%、13.9%和16.9%,镉生物富集系数和转运系数分别降低20.8%和8.5%。[结论]在镉污染胁迫下,土施生物炭可以降低土壤中镉的生物有效性,减少烟草的吸收。叶面喷施锌、钾肥可以提高烟草植株的抗氧化性能,促进烟株生长。生物炭配合叶面肥具有明显的协同作用,降低烟草中镉的运转系数和富集系数的效果显著高于锌/钾叶面肥单独施用。在本试验条件下,生物炭配合喷施硫酸锌的效果好于生物炭配合喷施磷酸二氢钾,可作为提高烟草生产安全及土壤镉污染修复的一项有效措施。     

生物炭对植烟土壤养分的影响

为探讨生物炭作为土壤改良剂对植烟土壤养分含量的影响,以湖南烟区主要栽培品种云烟87为试验材料,通过大田试验研究了不同的生物炭用量(CK:0 kg/hm~2;T1:3 000 kg/hm~2;T2:3 750 kg/hm~2;T3:4 500kg/hm~2)下植烟土壤中的养分含量。结果表明:施用生物炭能够显著提高植烟土壤有机质、碱解氮、铵态氮及速效钾含量,且随着生物炭施用量的增加呈先升高后降低的趋势,从改良土壤肥力效果来看,生物炭施用量在3 750 kg/hm~2的水平下较为适宜。     

生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草苗期生长影响的差异

我国南方红壤普遍存在酸性强、铝毒和有效养分含量低等特性,本文研究了生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草生长的差异,为烟田红壤改良提供理论基础。采用盆栽试验,设置0、0.5%、1%、2%生物炭用量与传统石灰用量(0.3%)等5个处理,研究了其对红壤pH值、交换性铝和锰、有效态矿质养分含量,以及烟草农艺性状、烟叶矿质养分含量等的影响。结果表明:施用生物炭或石灰后,烟草株高、茎粗和叶片数目等农艺性状明显改善,生物量显著提高。0.5%和1%生物炭处理烟叶的N、P、K、Ca和Mg含量较对照处理明显提高,但2%生物炭处理,烟叶N含量比对照处理降低了9.3%。与对照处理相比,石灰处理中烟叶的N、P和Ca含量增加,K和Mg含量下降。施用生物炭和石灰均能够提高红壤pH值,降低其交换性铝含量;且施用生物炭土壤的碱解氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量均高于对照处理;而石灰处理仅交换性钙含量增加,交换性锰含量则减少。因此,施用生物炭和石灰均能促进红壤中烟草的生长,并有效改善红壤的理化性状。     

辣椒秸秆生物炭对酸化土壤交换性能及酶活性的影响

将辣椒秸秆通过高温热解的方法制备成辣椒秸秆生物炭,与酸化土壤共培养,探讨辣椒秸秆生物炭对酸化土壤交换性能及土壤酶活性等的影响。结果表明,添加辣椒秸秆生物炭能显著提高酸化土壤pH,提高幅度与辣椒秸秆生物炭的添加量呈正比;土壤交换性Al~(3+)含量与辣椒秸秆生物炭添加量呈显著负相关;添加辣椒秸秆生物炭能显著影响土壤NO_3~--N和NH_4~+-N。土壤交换性Na~+和交换性K~+与辣椒秸秆生物炭添加量呈显著正相关;交换性K~+的变化与辣椒秸秆生物炭中K元素呈极显著正相关;交换性Ca~(2+)、交换性Mg~(2+)与辣椒秸秆生物炭添加量之间相关性不显著;总盐基离子、土壤阳离子交换量(CEC)与辣椒秸秆生物炭添加量之间呈显著正相关。土壤脲酶、蔗糖酶与辣椒秸秆生物炭添加量呈正相关;土壤酸性磷酸酶、蛋白酶、过氧化氢酶与辣椒秸秆生物炭添加量之间相关性不显著;土壤酶的几何平均数(GMea)表明添加辣椒秸秆生物炭可以显著改善酸化土壤质量。试验为开拓辣椒秸秆利用途径、改善酸化土壤及提高土壤肥力等方面提供提供科学依据。     

生物质炭对磺胺类抗生素在坡耕地紫色土中吸附-解吸及淋溶过程的影响

吸附-解吸是影响抗生素类污染物在土壤中迁移转化及生物有效性的重要过程,本文以川中丘陵区坡耕地紫色土为研究对象,通过批量平衡实验和柱实验研究生物炭施用（投加量0(B0)、39.75 (B1)t/hm2和198.75 (B2) t/hm2）及田间老化作用（夏季干湿交替）对三种典型磺胺类抗生素（磺胺嘧啶（SD）、磺胺二甲基嘧啶（SM2）及磺胺甲恶唑（SMZ））在紫色土中的吸附-解吸和淋溶行为的影响。结果表明：在几种处理中,三种磺胺类抗生素吸附强弱的顺序都表现为SD>SMZ>SM2;与B0处理相比,添加生物炭能增加土壤对三种抗生素的吸附能力,其中SM2的吸附显著增加（P<0.05）,但这种促进作用在经过老化过程后有所减弱。在解吸过程中,三种抗生素的Freundlich常数Kf大小顺序为SD>SMZ>SM2,表明SD在土壤中吸附容量最大且不易解吸,其次是SMZ和SM2;相应的迟滞系数H大小顺序为SD相似文献   

灌溉与生物质炭对土壤硝化反硝化功能微生物的影响

为研究不同灌溉方式下生物质炭添加对土壤硝化及反硝化微生物的调控效应,本研究采用田间小区试验,通过在不同灌溉方式下（常规地表漫灌、滴灌、喷灌和微喷灌）添加不同量生物质炭（0、10、20 t·hm^-2）,结合实时荧光定量PCR技术,研究了灌溉方式与生物质炭对华北地区冬小麦拔节期土壤硝化及反硝化微生物相关功能基因的影响。结果表明：与漫灌相比,滴灌、喷灌、微喷灌显著降低了土壤NH₄⁺-N含量,降幅分别为49.30%~68.25%、30.22%~57.19%和43.63%~56.83%（P<0.05）,但在一定程度上增加了土壤NO₃^--N含量,增幅分别为5.14%~62.39%、0~173.50%和0~87.90%。由于滴灌、喷灌、微喷灌等节水灌溉方式的灌水量远低于常规漫灌方式（约为漫灌灌水量的50%）,因而会产生有利于硝化反应而抑制反硝化反应的环境,增加土壤硝化微生物功能基因AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度,且均表现为微喷灌>喷灌>滴灌>漫灌。同时,在各灌溉方式下,添加生物质炭可增加AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度,这可能主要归因于生物质炭发达的孔隙结构和良好的水肥吸附能力。与漫灌相比,滴灌、喷灌、微喷灌均降低了土壤反硝化微生物nosZ基因丰度。但在各灌溉方式下,添加生物质炭,尤其是高量生物质炭（20 t·hm^-2）可提高反硝化微生物nosZ基因丰度,从而降低土壤反硝化过程的N₂O损失风险。综上所述,节水灌溉方式与生物质炭互作可促进拔节期土壤硝化作用,并通过影响反硝化微生物活动调节土壤反硝化过程,微喷灌方式下添加20 t·hm^-2生物质炭可有效促进小麦对氮素的吸收利用。     

生物炭对烤烟成熟期土壤养分及根际细菌群落结构的影响

采用大田小区处理方式,分别设置常规施肥(CK)和750 kg/hm2生物炭+常规施肥(T)2组试验,探究生物炭对植烟土壤微生物群落和土壤养分的变化规律及其对烟叶质量的影响.结果显示:生物炭可以显著提高土壤p H、速效磷、速效钾和有机碳含量,促进烟株生长发育;与CK相比,生物炭处理后绿弯菌门(Chlo-roflexi)、...     

腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd2+的吸附性能和机制研究

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭（BC300）,通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷（3-MPTS）丰富其表面官能团,得到腐植酸改性生物炭（HBC300）和巯基改性生物炭（SBC300）两种改性生物炭,分析改性生物炭对Cd²⁺的吸附能力,借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论（DFT）计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd²⁺的作用。结果表明：改性过程改变了生物炭的理化性质,HBC300表面增加了COOH和OH官能团,而SBC300表面COC、CO和SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd²⁺吸附反应速率和吸附性能,表现出改性生物炭在水中去除Cd²⁺的潜力。其中,SBC300对Cd²⁺吸附效果最佳,其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g^-1,但吸附反应速率小于HBC300,符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明,生物炭表面修饰官能团加快了对Cd²⁺吸附反应速率,但COC和CO官能团限制了SBC300对Cd²⁺的吸附反应速率。     

纳米Fe3O4负载酸改性炭对水体中Pb2+、Cd2+的吸附

为探讨纳米Fe₃O₄负载联合硝酸改性椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺单一及复合溶液的吸附特性,通过静态吸附实验,针对吸附剂的表面特性、投加量、溶液初始pH、吸附时间、重金属初始浓度等影响因素进行了探讨,应用等温吸附模型及吸附动力学模型对吸附特性进行了研究。结果表明,纳米Fe₃O₄负载酸改性炭比表面积较未改性椰壳炭增加了221.03 m²·g^-1,表面含氧官能团如O-H、C=O、C-O-C增加,芳香性增强,等电点提高至5.68。从经济效率角度考虑5 g·L^-1为合理吸附剂用量,pH为5.0时,吸附效果最好,吸附在4 h达到平衡。准二级动力学模型对吸附的拟合度更高,吸附主要是化学吸附,吸附由快速外扩散和颗粒内扩散共同作用,Pb²⁺、Cd²⁺的吸附分别更符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型。纳米Fe₃O₄负载酸改性椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺的最大吸附量（Q_m）分别达42.54 mg·g^-1和25.79 mg·g^-1,为未改性椰壳炭的1.87倍和2.23倍,复合溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的Q_m分别为单一溶液的65.16%和54.21%,这揭示了离子共存条件下的吸附竞争现象。研究表明,纳米Fe₃O₄负载联合硝酸改性提高了椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附能力,且Pb²⁺的吸附性能及吸附竞争性优于Cd²⁺。     

土壤团聚体有机碳研究进展

土壤有机碳是衡量土壤肥力的重要指标,对于促进土壤养分循环、增加养分有效性有重要作用。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,是组成土壤结构的最小单元,受到自然因素和人为因素的影响,其形成转化过程与土壤固碳过程息息相关,因而研究团聚体和有机碳的关系及团聚体有机碳影响因素对于土壤结构的改善和土壤质量的提升具有重要意义。本文通过对文献的总结,明晰了土壤团聚体和有机碳的关系,阐述了土壤类型、施肥方式、土地利用和矿区复垦对土壤团聚体有机碳的影响,并从生物质炭的长期定位研究和复垦矿区的土壤修复两方面对土壤团聚体有机碳的研究进行展望,研究结果可为合理的农业生产提供科学依据。