不同材料生物炭对镉污染土壤修复和青菜镉吸收的影响

周金波，汪 峰，金树权，王丽丽，徐 强(宁波市农业科学研究院，浙江 宁波 315040)

不同材料生物炭对镉污染土壤修复和青菜镉吸收的影响

周金波，汪 峰，金树权，王丽丽，徐 强
(宁波市农业科学研究院，浙江 宁波 315040)

采用大田试验的方法研究水稻秸秆炭、竹炭、山核桃壳炭对镉污染土壤修复及青菜镉吸收的影响。结果表明，不同种类生物炭处理的土壤镉含量均显著降低，降幅达11.46%～17.54%。pH值增幅明显，比对照提高0.38～0.46个单位；施用不同种类的生物炭均可显著降低青菜地上部和根部的镉含量，降幅分别达10.8%～21.5%和9.1%～18.8%，青菜鲜产量也都有增加的趋势。

生物炭； 土壤； 镉污染； 修复； 青菜

生物炭(biomass charcoal，BC，又译为生物质炭或生物焦)是指木材、草、玉米秆或其他农作物废弃物等生物质在厌氧环境下，通过高温裂解产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固体物质。生物炭的元素组成主要为碳、氢、氧、硫、氮等，其次是灰分元素。生物炭具有多孔性、高比表面积的特征，施入土壤后对土壤容重、孔性、阳离子交换量、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影响[1]。我们就水稻秸秆炭、竹炭、山核桃壳炭对镉污染土壤修复及青菜镉吸收的影响进行试验，现将有关结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在宁波市北仑区徐洋村某重金属镉污染菜地进行，土地利用类型是旱地，常年种植蔬菜。土壤基本理化性质，pH值5.8，总氮含量3.251 g·kg-1，速效磷含量272.23 mg·kg-1，速效钾含量765.8 mg·kg-1，总铅含量45.07 mg·kg-1，总镉含量0.337 mg·kg-1，总铬含量68.96 mg·kg-1。根据土壤环境质量国家标准(GB 15618—1995)，该试验点土壤镉含量超过土壤环境质量2级标准。供试青菜品种为上海兴绿蔬菜种苗研究所生产的矮青。

供试生物炭为山核桃壳炭、水稻秸秆炭、竹炭。每次分别取适量预处理后的材料，放于 GWL- 1200LBF高温节能箱式电炉中，通入氮气30 min 排除空气，然后以10 ℃·min-1的速率从室温分别升高到300、400、500、600和800 ℃，在最高温度保持恒温2 h，得到生物炭。生物炭磨碎过60目筛，混匀。

1.2 处理设计

试验共设7个处理：处理1，为对照(CK)，不添加任何生物炭材料；处理2，施入竹炭5 t·hm-2；处理3， 施入竹炭10 t·hm-2； 处理4，施入山核桃炭5 t·hm-2； 处理5，施入山核桃炭10 t·hm-2； 处理6，施入水稻秸秆炭5 t·hm-2； 处理7，施入水稻秸秆炭10 t·hm-2。重复3次。试验田长×宽为42 m×9 m，面积 378 m2。

2016年10月8日在试验田撒施相应的生物炭，翻耕土壤，使生物炭和土壤充分混匀，保持70%田间最大持水量的湿润状态，2016年10月23日移栽青菜。田间水分管理和肥料管理与正常的生产相一致。适时进行杀虫、除草、浇水。试验期间采用自来水浇灌，以免带入新的污染源。

1.3 分析与测定方法

土壤样品用HNO3、HF、HClO4混合酸消化法处理，植物样品使用湿法消解法，原子吸收分光光度计(ZEEnit 700 p)测定，其中Cd测定采用石墨炉法，Pb、Cr测定采用火焰法。土壤pH值用玻璃电极法测定，水土比2.5∶1。分析所用试剂均为优级纯，水为超纯水[1]。

1.4 数据处理

采用Microsoft EXCEL 2010和DPS数据处理系统进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对青菜产量的影响

图1表明，与对照相比不同材料生物炭处理的鲜青菜产量都有增加的趋势。除了施用山核桃壳炭的2个处理，水稻秸秆炭和竹炭5 和10 t·hm-2的4个处理均比对照增产达显著水平，分别比对照增加6.5%、11.1%、4.2% 和6.6%，水稻秸秆炭10 t·hm-2处理增幅最大。水稻秸秆生物炭不仅是富含碳的有机物质，还包括氮、氧、硫等多种养分元素和无机碳酸盐成分，其施入可以增加土壤有机碳含量水平，给微生物提供更多可利用组分，因此对青菜增产功效显著[2]。

处理间无相同小写字母表示差异显著图1 不同材料生物炭处理对青菜产量的影响

2.2 对土壤总镉含量及pH值的影响

表1表明，加入生物炭后，土壤的pH值有明显增加，比对照提高0.38～0.46个单位，差异均达显著水平，且生物炭用量10 t·hm-2均比用量5 t·hm-2增幅大；加入生物炭后，土壤镉含量均有所下降，比对照下降11.46%～17.54%，差异达显著水平。由于pH值的升高可以降低镉的有效性[3]，因此施用生物炭后土壤镉的含量均有所降低，且不同材料的生物炭的量影响也不同，其中竹炭5和10 t·hm-2处理的土壤镉含量降幅最大，分别比对照减少16.41% 和17.54%。各种不同生物炭都是用量10 t·hm-2比5 t·hm-2的降幅大。

表1 不同生物炭处理对土壤总镉含量和pH值的影响

注：同列数据后无相同小写字母表示组间差异显著。表2同。

2.3 对青菜镉含量的影响

表2表明，施用各种不同的生物炭后，青菜的镉含量都有明显的下降。地上部分Cd含量降幅达10.8%～21.5%，根部降低幅度达9.1%～18.8%。生物炭用量10 t·hm-2均比用量5 t·hm-2降幅大，且施用水稻秸秆炭处理降幅最大。

表2 不同生物炭处理对青菜镉含量的影响

3 小结与讨论

施用不同材料生物炭的青菜鲜产量都有增加的趋势。除了山核桃壳炭，施用水稻秸秆炭和竹炭5 和10 t·hm-2均比对照差异显著，分别增加6.5%、11.1%、4.2%和6.6%。青菜地上部分和根部Cd含量均因生物炭的施入而降低，且用量10 t·hm-2均比用量5 t·hm-2降幅大，其中施用水稻秸秆炭的降幅比施用竹炭和山核桃壳炭都大。

施用不同材料生物炭均可以显著提高土壤pH值。施用生物炭有利于降低土壤镉含量，其中竹炭处理的土壤镉含量下降最为明显，不同材料生物炭用量10 t·hm-2均比用量5 t·hm-2降幅明显。

农田土壤重金属污染关系到农业生产、人类健康，越来越受到广泛关注[4]。研究发现我国耕地重金属污染程度总体良好，重点区域重金属污染风险较大。针对轻度镉污染的地块，可以用通过生物炭来修复，如此可增加土壤pH值，减少镉的生物有效性，从而减少作物体内镉含量累积，保证农产品安全生产，实现农业高效、安全和可持续发展[5]。

[1] 鲁如坤.土壤农业化学分析法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.

[2] 李明，李忠佩，刘明，等.不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响[J].中国农业科学，2015,48(7)：1361- 1369.

[3] 廖敏，黄吕勇，谢正苗.pH对镉在土水系统中的迁移和形态的影响[J].环境科学学报，1999,19(1)：81- 86.

[4] 王爽，李荣华，张增强，等.陕西潼关农田土壤及农作物重金属污染及潜在风险[J].中国环境科学，2014,34(9)：2313- 2320.

[5] 曾希柏，徐建明，黄巧云，等.中国农田重金属问题的若干思考[J].土壤学报，2013,50(1)：186- 194.

(责任编辑：张才德)

Q945.12

：A

：0528- 9017(2017)09- 1559- 02

2017- 07- 09

宁波市科技局社会发展科技攻关项目(2014C50034)

周金波(1979—)，女，浙江慈溪人，农艺师，本科，从事农业资源与环境研究工作，E- mail:jelly19791112@163.com。

文献著录格式：周金波，汪峰，金树权，等. 不同材料生物炭对镉污染土壤修复和青菜镉吸收的影响[J].浙江农业科学，2017，58(9)：1559- 1560，1564.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170918