生物炭对土壤外源镉形态和棉花镉吸收的影响

发布时间：2020-06-08 13:46

【摘要】：【目的】近年来,无机污染物对我国农田土壤的危害越发严重,其中,重金属Cd是污染农田土壤的主要无机元素之一。生物炭作为一种潜在的环境修复材料,其丰富的表面官能团、较高的pH以及良好的吸附性能对于去除土壤中重金属有良好的效果,并且生物炭本身富含的灰分及矿质元素对作物的生长发育有着积极的功能效应,因此在消除土壤环境污染方面被广泛采用。【方法】本研究以新疆棉田土壤施加外源重金属Cd为研究对象,以生物炭缓解土壤Cd的污染和缓解棉花Cd的积累为出发点,采用2年盆栽试验,探讨不同生物炭施用量C1(1.5%)和C2(3%)对不同Cd污染水平1 mg·kg~(-1)(H1)、2 mg·kg~(-1)(H2)和4 mg·kg~(-1)(H3)水平下的土壤p H值、Cd含量、Cd形态转化以及生物炭对棉花地上部各器官中Cd的积累效应的影响,进一步讨论了地上部棉花和土壤Cd之间关系。【结果】1.C1和C2的生物炭施用量均显著提高了土壤p H值,其提升幅度随着施用量的增加而升高,C1和C2施用量间对土壤pH值的影响差异不显著,外源重金属Cd的用量对土壤pH值无显著影响,各处理随着培养时间的延续p H均有降低趋势。不同生物炭施用量显著降低了有效态Cd含量,降幅最大为C2H3处理,为41.03%;在时间尺度上生物炭对有效态Cd的降低趋势相似,施用生物炭在培养30、60和90天表现为促进了土壤中可交换态、碳酸盐结合态向有机质结合态Cd的转化,120和150天则表现为土壤中可交换态和碳酸盐结合态向铁锰氧化态Cd的转化,即生物炭可以通过提高土壤pH值达到吸附土壤Cd的效果,促使可交换态和碳酸盐结合态Cd向铁锰氧化态和有机质结合态转化,进而降低Cd的生物有效性。2.棉花叶片和茎中Cd的含量在不施用生物炭处理下,表现为随生育时期先增加后趋于平稳,生物炭施用均能缓解棉花叶片、茎和蕾铃中重金属Cd的富集,且生物炭的施用量越大,缓解效果越明显;重金属Cd在棉花地上部各器官的积累表现为叶片茎蕾铃;生物炭的施加对棉花地上部各器官Cd的分配系数没有显著影响,即生物炭使棉花体内自下而上的Cd运输发生迟滞的现象。生物炭的施用增加了棉花地上部干重,培养30和60天时,C1生物炭处理较对照显著增加,120和150天时差异不显著;C2生物炭处理在整个棉花生育期均较对照显著升高;生物炭的施用提高了棉花铃数,单铃重,对棉花的产量有显著的影响(P0.05),即生物炭能够缓解重金属Cd在棉花体内的富集,并且对棉花的生长发育有着积极的影响。3.相关性结果表明,土壤pH值与土壤中有效态、可交换态和碳酸盐结合态Cd之间的相关性达到了极显著水平(P0.01)。棉花叶片和茎中Cd含量与土壤Cd含量、土壤可交换态和有效态Cd含量均呈极显著的正相关关系(P0.01),而与有机质结合态Cd之间呈极显著的负相关关系(P0.01)。【结论】新疆棉田长期连作,化肥、农药和农膜的大量投入,以至于棉田土壤重金属污染日益严重,生物炭可通过提高土壤pH值来降低土壤有效态Cd,促进可交换态和碳酸盐结合态Cd向有机质结合态和铁锰氧化态Cd的转化,从而减缓Cd的生物有效性,且对棉花的生长发育起到了一定的促进作用,达到了改善棉田土壤重金属污染的目的。
【图文】：

形态分布,后生物,生物炭

生物炭对土壤外源镉形态和棉花镉吸收的影响之间，施加生物炭对土壤 Cd 全量没有明显地影响。这是由于生物炭具有丰富的表面微孔结构，，且表面呈现负电荷状态，能对土壤重金属进行静电吸附[96-98]，因此生物炭施用后可以固定土壤中重金属。另一方面，土壤pH 值升高，通过络合、沉淀等作用也能将土壤中重金属固定下来。随着生物炭施加量增加，会提供越来越多的吸附点位，但由于土壤中重金属的含量是一定的，所以生物炭添加土壤中重金属的含量会有小幅度的变化[99]。因此，添加生物炭可以固定污染土壤中的重金属，且生物炭施加量越高固定效果越好。3.1.3 生物炭对土壤 Cd 形态分布的影响

形态分布,后生物,生物炭,土壤

通过络合、沉淀等作用也能将土壤中重金属固定下来。随着生物炭施加量增加，会提供越来越多的吸附点位，但由于土壤中重金属的含量是一定的，所以生物炭添加土壤中重金属的含量会有小幅度的变化[99]。因此，添加生物炭可以固定污染土壤中的重金属，且生物炭施加量越高固定效果越好。3.1.3 生物炭对土壤 Cd 形态分布的影响图 3-2a 培养 30d 后生物炭对土壤 Cd 形态分布的影响Fig.3-2a The effect of biochar for soil-Cd fractions after cultivating 30 days
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53

【参考文献】