生物質炭對不同質地鎘污染土壤性質及有效鎘的影響

蔡瑞 李玉奇

摘要[目的]研究生物質炭對不同質地鎘污染土壤理化性質及有效鎘的影響。[方法]按照不同比例配置成砂土、壤土及黏土3種質地的鎘污染土壤，通過添加不同比例的生物質炭，模擬研究不同添加量生物質炭對不同質地鎘污染土壤pH、EC、有機質、含水率及有效鎘含量的影響。[結果]生物質炭盡管提高了不同質地土壤pH，但是沒有顯著性影響;土壤EC值、有機質含量和含水率均隨生物質炭添加量的增加而顯著增加。當生物質炭添加量低于4%時，土壤有效鎘隨著生物質炭添加量的增加呈顯著降低，進一步提高生物質炭添加量時土壤有效鎘含量變化不明顯。和對照相比，當土壤中生物質炭的添加量為2%、4%、8%時，砂土有效鎘分別減少2.09%、7.94%、1450%，壤土分別減少24.00%、32.60%、35.00%;黏土分別減少41.80%、58.80%、63.20%。[結論]該研究為生物質炭在不同質地鎘污染土壤中的應用提供理論依據。

關鍵詞生物質炭;土壤質地;理化性質;鎘

中圖分類號X53文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.023

生物質炭是富含碳的生物質在完全或者部分缺氧的情況下經過高溫而生成的高度芳香化的難熔性物質，是黑碳的一種 [1-2]。生物質炭不但碳的含量高，而且還含有大量植物需要的營養元素，可以為植物提供大量的養分，還能提高土壤的肥力[3-5]。大量研究顯示，生物質炭的使用能有效地改善土壤的保水性，提升土壤養分吸持容量以及陽離子交換量，促進土壤穩定性團聚體的產生，提升土壤的有機質含量和酸性土壤的pH[6]。生物質炭擁有巨大的表面積，可以利用其來吸附污染土壤的重金屬，從而達到改良污染土壤和降低作物對重金屬吸收的目的，這是一種新的修復重金屬污染土壤的技術[7]。生物質炭凈化水源、減排固碳、吸附重金屬以及改良土壤等已經在多個領域得到廣泛的運用。全球熱切關注的氣候變化、土壤的功能退化以及環境的污染等焦點問題可以使用生物質炭在一定程度上得到解決，所以生物質炭逐漸成為國內外環境科學和土壤科學等領域科學家研究的熱點。

鎘是環境中主要的污染物之一，其可通過農業、工業、城市生活排污等途徑進入土壤環境中，從而使土壤質量及農業產值和品質下降，并最終影響人類的可持續發展。由鎘污染引發的“鎘米”事件頻頻在我國各省市出現，不但嚴重影響國民的健康，還使我國經濟快速發展受到威脅，因此對鎘污染的土壤治理已經引起國內外的廣泛重視[8-10]。

土壤質地是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合，土壤質地狀況是擬定土壤利用、管理和改良措施的重要依據[11]。該研究不同體積含量（0%、2%、4%、8%）生物質炭對不同質地土壤（砂質土、壤土、黏土）主要理化性質（pH、有機質、電導率、含水率）及重金屬元素有效鎘的影響，為合理利用生物質炭修復不同質地重金屬污染土壤提供科學理論及應用依據。

1材料與方法

1.1試驗材料供試生物質炭取自湖北三杰面業有限公司，為稻殼炭，將其研細，備用。生物質炭pH為9.88，電導率為0.77 mS/cm。供試土壤取自湖北文理學院附近農田0～20 cm新鮮的表層土，經風干、去除木棍蟲草葉等雜質，研磨，再過2 mm篩。土壤的基本理化性質為：pH 7.64，電導率0.17 mS/cm，有機質含量4.95%，土壤鎘濃度0.28 mg/kg。然后土壤過不同篩，按不同比例配制成砂質土、壤土、黏土3種質地土壤，其比例及有機質含量如表1所示。

1.2試驗設計試驗于2018年3—4月在湖北文理學院環境生態協同創新中心實驗室進行。3種不同質地的土壤分別加入硝酸鉻，混勻，適當澆水使土壤保持濕潤，使土壤中鎘的含量為50 mg/kg，形成鎘的污染土壤，裝入圓形塑料盆中，平衡21 d。然后在3種質地土壤中分別加入體積分數為0%（對照）、2%、4%、8%的生物質炭，與土混勻，并且蓋上保鮮膜，重復3次。

1.3測定項目與方法土壤施入生物質炭保持土壤持水量，平衡14 d后采集土壤樣品，經風干后，研磨過2 mm篩，待測。土壤 pH 值按照土水比1∶2.5（V/V）由pH Testr 20便攜式pH計測定;土壤電導率按照土水比1∶5（V/V）由EC Testr11 EC計測定;土壤有機質的測定采用燒失量法[12];鎘含量的測定采用原子吸收光譜法。

1.4數據分析采用Excel和Origin 8軟件進行數據處理和作圖，采用PASW Statistics 18進行方差分析（ANOVA）。

2結果與分析

2.1生物質炭對不同質地土壤pH的影響土壤pH可以綜合反映土壤其他化學性質，它與土壤中微生物活性、酶活性、有機質合成與分解、各種物質的轉化以及保肥保水能力等有關[13-14]。由圖1可以看出，所用的3種質地土壤均呈堿性。與對照相比，隨著生物質炭含量的增加，3種質地土壤pH均有上升趨勢，但pH 提升幅度并不顯著。當土壤中生物質炭的添加量為2%、4%、8%時，砂土的pH 分別增加了004、0.07、0.19;壤土的pH 分別增加了0.10、0.14、0.17;黏土的pH 分別增加了0.04、0.11、0.18?？傮w上，土壤pH表現為：黏土>壤土>砂土。

2.2生物質炭對不同質地土壤電導率的影響由圖2可知，與對照相比，土壤中生物質炭的添加量為2%、4%、8%時，砂土的電導率分別增加了14.5%、26.3%、53.4%，壤土的電導率分別增加了18.5%、24.8%、39.3%，黏土的電導率分別增加了11.4%、17.2%、31.7%。數據方差分析表明，生物質炭能顯著增加土壤的電導率，并且土壤電導率隨生物質炭添加量的增加而顯著增大。在低水平生物炭處理下，土壤EC 值表現為：黏土>壤土>砂土。在高生物炭處理下，不同質地的土壤EC值差異不顯著。

[8] 趙青青，王海波，史靜.生物質炭對Cd污染土壤根際微團聚體Cd形態轉化的影響[J].環境科學研究，2018，31（3）：555-561.

[9] 環境保護部和國土資源部.全國土壤污染狀況調查公報[R].北京：環境保護部，2014.

[10] 曾詠梅，毛昆明，李永梅.土壤中鎘污染的危害及其防治對策[J].云南農業大學學報，2005，20（3）：360-365.

[11] 吳克寧，趙瑞.土壤質地分類及其在我國應用探討[J].土壤學報，2019（1）：1-17.

[12] 錢寶，劉凌，肖瀟.土壤有機質測定方法對比分析[J].河海大學學報（自然科學版），2011，39（1）：34-38.

[13] 韓劍宏，李艷偉，姚衛華，等.玉米秸稈和污泥共熱解制備的生物質炭及其對鹽堿土壤理化性質的影響[J].水土保持通報，2017，37（4）：92-98，105.

[14] 徐慧潔，楊靜慧，劉艷軍，等.鹽脅迫對野生櫻桃幼苗生長的影響及其耐鹽性分析[J].中國南方果樹，2014，43（3）：39-42.

[15] 張繼旭，張繼光，張忠鋒，等.秸稈生物炭對烤煙生長發育、土壤有機碳及酶活性的影響[J].中國煙草科學，2016，37（5）：16-21.

[16] LONG A H，NAJAR G R，GANIE M A，et al.Biochar for sustainable soil health：A review of prospects and concerns[J].Pedosphere，2015，25（5）：639-653.

[17] 郭茜，陸扣萍，胡國濤，等.死豬炭和竹炭對菜地土壤理化性質和蔬菜產量的影響[J].浙江農林大學學報，2017，34（2）：244-252.

[18] 呂一甲，屈忠義.生物炭肥料對河套灌區耕層土壤肥力及含水率影響的研究[J].節水灌溉，2015（3）：18-21.

[19] 趙青青，陳蕾伊，史靜.生物質炭對重金屬土壤環境行為及影響機制研究進展[J].環境科學導刊，2017，36（2）：12-18.

[20] 王丹丹，鄭紀勇，顏永毫，等.生物炭對寧南山區土壤持水性能影響的定位研究[J].水土保持學報，2013，27（2）：101-104.

[21] 章明奎，BAYOU W D，唐紅娟.生物質炭對土壤有機質活性的影響[J].水土保持學報，2012，26（2）：127-131，137.

[22] LAIRD D A，FAEMING P，DAVIS D D.Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil[J].Geoderma，2010，158（3/4）：443-449.

[23] 徐艷，史高琦，王曙光.生物炭在土壤污染修復中的應用[J].安徽農業科學，2018，46（26）：120-122，146.