Effectoflong termapplicationofbiocharonCdadsorptionandbioavailabilityinfarmlandsoils ZHANGYing 1 2 3 WUPing 2 SUNQing ye 1 3 SUNQian 2 WANGYu 4 WANGShen qiang 4 WANGYu jun 2 1 SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering AnhuiUniversity Hefei230000 China 2 KeyLaboratoryofSoilEnvironmentand PollutionRemediation InstituteofSoilScience ChineseAcademyofSciences Nanjing210008 China 3 MineEcologicalRestorationEn gineeringLaboratoryofAnhuiUniversity Hefei230000 China 4 StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture InstituteofSoil Science ChineseAcademyofSciences Nanjing210008 China Abstract ThisstudyinvestigatedtheadsorptionanddesorptionofCdonfarmlandsoilswithlong termapplicationofbiocharandexplored theeffectofbiocharonthebioavailabilityofCdinthesoilincombinationwithlong termfieldtrialsofriceandwheatrotation Theresults ofexperimentsshowedthatcomparedwiththecontrolfarmlandsoil thelargertheamountofbiocharapplied thestrongertheCdadsorp tionandfixationcapacityofthecorrespondingtreatedsoilhad Thiswasmainlyduetothefactthattheadditionofbiocharcouldincrease thepH cationexchangecapacity andorganicmattercontentofthefarmlandsoil therebyreducingtheexchangeablecontentofCdinthe soilandfurtherinhibitingthemigrationofCdfromthesoilintoriceandwheat Theresultsprovidetheoreticalguidanceandtechnicalsup portforCd contaminatedsoilremediation Keywords long termapplication biochar bioavailability Cdcontent rice wheat 2020 39 5 1019 1025 2020年5月 農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) JournalofAgro EnvironmentScience 張 瑩 吳 萍 孫慶業(yè) 等 長(zhǎng)期施用生物炭對(duì)土壤中Cd吸附及生物有效性的影響 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2020 39 5 1019 1025 ZHANGYing WUPing SUNQing ye etal Effectoflong termapplicationofbiocharonCdadsorptionandbioavailabilityinfarmland soils J JournalofAgro EnvironmentScience 2020 39 5 1019 1025 長(zhǎng) 期 施 用 生 物 炭 對(duì) 土 壤 中Cd 吸 附 及 生 物 有 效 性 的 影 響 張 瑩 1 2 3 吳 萍 2 孫 慶 業(yè) 1 3 孫 倩 2 汪 玉 4 王 慎 強(qiáng) 4 王 玉 軍 2 1 安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 合肥 230000 2 中國(guó)科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京土壤研究所 南京 210008 3 安徽大學(xué)礦山生態(tài)修復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室 合肥 230000 4 中國(guó)科學(xué)院土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京土壤研 究所 南京 210008 收 稿 日 期 2020 01 14 錄 用 日 期 2020 03 26 作 者 簡(jiǎn) 介 張 瑩 1992 女 安徽安慶人 碩士研究生 從事土壤重金屬Cd研究 E mail YingZhangfaith 通 信 作 者 孫慶業(yè) E mail sunqingye 王玉軍 E mail yjwang 基 金 項(xiàng) 目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 21537002 41771276 Projectsupported TheNationalNaturalScienceFoundationofChina 21537002 41771276 摘 要 考察了Cd在長(zhǎng)期施用生物炭農(nóng)田土壤上的吸附及解吸過(guò)程 并結(jié)合大田試驗(yàn)稻麥輪作結(jié)果探究了長(zhǎng)期施用生物炭對(duì)土 壤中Cd有效性的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 與對(duì)照農(nóng)田土壤相比 生物炭的施入量越高 土壤對(duì)Cd的吸附固定能力越強(qiáng) 這主要是由 于生物炭的加入可顯著增加農(nóng)田土壤的pH 陽(yáng)離子交換量 CEC 和有機(jī)質(zhì)含量 大田數(shù)據(jù)顯示生物炭可降低土壤中Cd的有效 性 抑制土壤中的Cd向稻麥中遷移 關(guān) 鍵 詞 長(zhǎng)期施用 生物炭 有效態(tài) Cd含量 水稻 小麥 中 圖 分 類(lèi) 號(hào) X53 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 A 文 章 編 號(hào) 1672 2043 2020 05 1019 07 doi 10 11654 jaes 2020 0056 鎘 Cd 在環(huán)境中遷移性強(qiáng) 1 可通過(guò)食物鏈積 累 對(duì)動(dòng)植物和人均有不同程度的危害 2 5 因此 Cd 污染問(wèn)題受到人們的廣泛關(guān)注 生物炭是生物質(zhì)在 厭氧高溫條件下的熱解產(chǎn)物 6 具有高度芳香性 大 的比表面積 豐富的含氧官能團(tuán)和礦物質(zhì)離子 7 8 在 諸多領(lǐng)域里具有廣泛的應(yīng)用前景 9 化學(xué)穩(wěn)定法是 開(kāi) 放 科 學(xué)OSID農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第39 卷 第5 期 一種通過(guò)化學(xué)穩(wěn)定劑來(lái)降低重金屬在土壤中的遷移 率的有效方法 10 炭材料可增加土壤陽(yáng)離子交換量 持水量 微生物活性以及植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素的有 效性 11 此外 生物炭可高效吸附固定土壤中的陽(yáng)離 子型重金屬污染物 降低土壤中有效態(tài)重金屬含量 研究表明生物炭可有效吸附固定土壤中的Cd 12 降 低Cd在土壤中的可溶性和遷移率 13 14 從而進(jìn)一步控 制植物中Cd含量 15 16 但關(guān)于長(zhǎng)期施用生物炭對(duì)農(nóng)田 土壤中Cd生物有效性的影響研究較少 小麥和水稻是我國(guó)主要糧食作物 17 在我國(guó)諸多 地區(qū)均存在小麥和大米Cd超標(biāo)問(wèn)題 人體攝入的Cd 很大一部分來(lái)自于谷物 18 19 且Cd很難隨著人體代謝 排出體外 若其在人體中持續(xù)積累會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健 康 20 21 秸稈還田是我國(guó)應(yīng)用廣泛且傳統(tǒng)的處理農(nóng) 業(yè)廢棄物的有效方法 生物炭還田作為一種新型方法 受到廣泛關(guān)注 22 將當(dāng)季作物秸稈作為生物質(zhì)原料 制得的生物炭應(yīng)用于農(nóng)田土壤 可在實(shí)現(xiàn)作物秸稈減 量化和資源化的同時(shí) 降低農(nóng)田土壤中重金屬的生物 有效性 因此 研究實(shí)際農(nóng)田土壤中長(zhǎng)期施用生物炭 對(duì)小麥和水稻中Cd的生物有效性影響具有重要意 義 本研究結(jié)合大田試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室微觀實(shí)驗(yàn) 研究 Cd在長(zhǎng)期施用生物炭土壤中的吸附 解吸過(guò)程 并結(jié) 合大田稻麥輪作系統(tǒng) 探究長(zhǎng)期施用生物炭對(duì)小麥和 水稻籽粒吸收Cd的影響 其研究結(jié)果為生物炭農(nóng)用 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論支撐 也為生物炭修復(fù)Cd污染農(nóng) 田土壤提供技術(shù)支撐 1 材 料 與 方 法 1 1 田 間 試 驗(yàn) 大田試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇宜興 31 16 N 119 54 E 對(duì)農(nóng)田土壤進(jìn)行6個(gè)處理 按照生物炭每季施用 量將處理分別命名為 對(duì)照 BC1 3 BC1 2 BC1 BC 5 BC10 每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行 生物炭是以當(dāng)季作 物秸稈為生物質(zhì)原料 500 限氧條件下裂解8h所 得 23 該試驗(yàn)田從2010年起稻季施入小麥秸稈生物 炭 麥季施入水稻秸稈生物炭 至2016年麥季止共進(jìn) 行了7a的稻麥輪作試驗(yàn) 對(duì)應(yīng)處理生物炭的施用量 及時(shí)間見(jiàn)表1 1 2 樣 品 采 集 與 分 析 試驗(yàn)土壤采集于2016年6月麥季后 在不同處理 的實(shí)驗(yàn)田區(qū)域內(nèi)隨機(jī)采集0 20cm耕地土壤 經(jīng)自然 風(fēng)干后研磨 過(guò)20目篩 土壤樣品經(jīng)HClO4 HF HNO3法消解 25 通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 ICP MS ThermoFisher 美國(guó) 和原子吸收分光光度計(jì) Hitachi 日本 測(cè)定Cd元素含量 測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2 土壤pH測(cè)定是將土壤和去CO2超純水以固液比1 2 5置于康寧管中 振蕩1h后靜置測(cè)其溶液的pH和 電導(dǎo)率 27 結(jié)果見(jiàn)表2 土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采取重 鉻酸鉀氧化 容量法 28 土壤有效態(tài)Cd含量是將農(nóng) 田土壤與0 01mol L 1 CaCl2以1 10混合 振蕩4h后 離心過(guò)濾 29 采用ICP MS測(cè)定提取液中Cd 2 的濃度 水稻籽粒和小麥籽粒分別收集于2015年11月稻 季和2016年6月麥季 將籽粒自然風(fēng)干后碾碎 取 0 1g籽粒粉末于微波消解管中 加入10mL濃HNO3 消解完全 趕酸至近干后 用2 HNO3定容 過(guò)濾后 澄清液通過(guò)ICP MS測(cè)定消解液中Cd含量 1 3 吸 附 和 解 吸 實(shí) 驗(yàn) 吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn) 以10mmol L 1 NaNO3為支持 電解質(zhì)溶解Cd NO3 2 4H2O 分別配制20 40 60 100 150 300mg L 1 Cd 2 溶液 24 稱(chēng)取0 5g土壤置于 50mL康寧管中 加入25mL不同濃度Cd 2 溶液 在 200r min 1 25 條件下振蕩24h 30 31 后以10000r min 1 離心6min 取部分上清液通過(guò)0 45 mPES濾 膜過(guò)濾 采用AAS分析溶液中Cd 2 濃度 處理 Treatments 對(duì)照Control BC1 3 BC1 2 BC1 BC5 BC10 每季施用量 Quarterlyapplication t hm 2 0 75 1 125 2 25 11 25 22 5 施用時(shí)間 Applicationtime 2010稻季 2016麥季 2010稻季 2016麥季 2010稻季 2016麥季 2010稻季 2016麥季 2011麥季 2016麥季 2011稻季 2016麥季 小麥秸稈生物炭總施用量 Totalapplicationofwheatstraw biochar t hm 2 5 25 7 88 15 75 56 25 135 水稻秸稈生物炭總施用量 Totalapplicationofricestraw biochar t hm 2 5 25 7 88 15 75 67 5 135 表1 農(nóng) 田 土 壤 生 物 炭 施 用 量 及 時(shí) 間 24 Table1 Theapplicationamountandtimeofbiocharinfarmlandsoil 24 1020張 瑩 等 長(zhǎng) 期 施 用 生 物 炭 對(duì) 土 壤 中Cd 吸 附 及 生 物 有 效 性 的 影 響 2020 年5 月 注 表中字母表示處理間的顯著差異性 P 0 05 Note Thelettersinatableindicatesignificantdifferencesbetweentreatments P 0 05 性質(zhì)Properties Cd mg kg 1 pH CEC cmol kg 1 有機(jī)質(zhì)Organicmatter g kg 1 黏粒Clay 0 02mm 對(duì)照Control 1 46 0 10a 5 5 0 03a 11 9 2 26 15 8 41 3 42 9 BC1 3 1 38 0 01a 5 7 0 01a 11 9 3 04 15 8 41 7 42 5 BC1 2 1 49 0 13a 5 9 0 02b 11 9 2 96 17 7 41 3 41 BC1 1 51 0 08a 6 0 0 02b 12 3 3 99 16 6 41 8 41 6 BC5 1 45 0 13a 6 2 0 01c 13 7 6 19 16 8 42 2 41 BC10 1 59 0 04a 6 8 0 04d 14 1 8 27 16 1 42 3 41 6 表2 不 同 處 理 土 壤 的 理 化 性 質(zhì) 26 Table2 Physicalandchemicalpropertiesofsoilswithdifferenttreatments 26 土壤解吸實(shí)驗(yàn) 將康寧管中剩余液體移出 加入 25mL10mmol L 1 NaNO3后置于恒溫振蕩箱 在200 r min 1 25 條件下振蕩24h 24 32 取出后置于離心機(jī) 內(nèi)以10000r min 1 離心8min 取上清液并過(guò)濾 通過(guò) AAS測(cè)定溶液中Cd 2 濃度 解吸率是不同處理的土 壤解吸量與吸附量的比值 2 結(jié) 果 與 討 論 2 1 生 物 炭 改 良 后 的 土 壤 性 質(zhì) XRD圖譜顯示水稻和小麥秸稈生物炭中富含鉀 鹽 CaCO3等物質(zhì) 這使得生物炭自身呈堿性 24 秸稈 生物炭的元素含量及酸性官能團(tuán)含量見(jiàn)表3 與XRD 結(jié)果相符 生物炭中含有大量的堿性陽(yáng)離子 K Ca 2 Na Mg 2 其施入到農(nóng)田土壤后 堿性離子擴(kuò)散 到土壤環(huán)境中使土壤pH呈升高趨勢(shì) 33 34 表2 且隨 生物炭施用量的增加土壤pH升高越顯著 BC10處 理的土壤pH 6 8 較對(duì)照組增加了1 3個(gè)單位 長(zhǎng)期 施用生物炭會(huì)改善土壤的CEC 35 隨著生物炭施用量 的增加土壤CEC也呈現(xiàn)上升趨勢(shì) 這與生物炭自身 具有較高的CEC和灰分含量有關(guān) 且生物炭施入土 壤后向環(huán)境中緩慢釋放的無(wú)機(jī)鹽 36 可增強(qiáng)土壤CEC 供試所用水稻秸稈生物炭CEC 24 1cmol kg 1 是土 壤本身CEC 11 9cmol kg 1 的2倍 也能很好地說(shuō)明 生物炭具備改善土壤CEC的能力 由于生物炭本身 在土壤環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定且難以降解 由施用生物炭增 加的有機(jī)質(zhì)能夠在土壤中穩(wěn)定存在 37 故長(zhǎng)期施用生 物炭可顯著增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量 且施用量越大改 善效果越顯著 2 2 Cd 在 土 壤 表 面 的 吸 附 等 溫 線 基于批平衡吸附實(shí)驗(yàn) 初步探究了不同生物炭處 理的土壤對(duì)Cd的吸附固定作用 并用Langmuir和 Freundlich吸附模型擬合了吸附等溫線 擬合參數(shù)見(jiàn) 表4 結(jié)果表明Freundlich吸附模型能很好地描述Cd 在土壤中的吸附過(guò)程 擬合結(jié)果見(jiàn)圖1A 隨著生物 炭施用量的增加 土壤對(duì)Cd的吸附量逐漸增加 Cd 在土壤上的最大吸附量也逐漸增加 BC10處理土壤 較對(duì)照土壤Cd最大吸附量增加了1 74倍 這主要是 由于生物炭的施用量越大對(duì)土壤的性質(zhì)改變?cè)斤@著 主要體現(xiàn)在土壤pH CEC和有機(jī)質(zhì)的增加 土壤pH 對(duì)土壤重金屬的形態(tài)及遷移存在顯著影響 38 水稻秸 稈和小麥秸稈生物炭呈強(qiáng)堿性 隨著生物炭施用量的 增加土壤pH顯著增加 從而增大了土壤顆粒表面的 電負(fù)性 也增加了Cd在土壤表面的吸附固定能力 此外 生物炭中富含帶負(fù)電荷的含氧官能團(tuán)如羧基 這些基團(tuán)有較強(qiáng)的絡(luò)合重金屬的能力 38 生物炭的施 性質(zhì) Properties K mg g 1 Ca mg g 1 Mg mg g 1 Al mg g 1 Fe mg g 1 Mn mg g 1 Si mg g 1 P mg g 1 S mg g 1 pH 總酸度Totalacidity mmol g 1 羧基Carboxyl mmol g 1 苯酚Phenol mmol g 1 小麥秸稈生物炭 Wheatstrawbiochar 27 5 2 02 11 9 0 59 5 00 0 17 1 29 8 15 0 68 2 95 0 18 65 1 2 09 4 43 0 48 3 55 0 13 9 20 0 37 0 02 0 09 0 19 0 02 水稻秸稈生物炭 Ricestrawbiochar 27 7 0 11 16 2 0 06 7 57 0 12 1 35 2 80 0 02 4 34 0 07 61 0 1 09 6 24 0 62 3 45 0 06 10 1 0 27 0 01 0 09 0 11 0 02 表3 水 稻 秸 稈 和 小 麥 秸 稈 生 物 炭 理 化 性 質(zhì) 24 Table3 Thepropertiesofricestrawbiocharandwheat strawbiochar 24 1021農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第39 卷 第5 期 入增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量 從而能有效增強(qiáng)土壤對(duì) Cd的吸附能力 同樣 生物炭的施用量增加使土壤 的CEC增加 從而增強(qiáng)了土壤對(duì)Cd的吸附 39 2 3 Cd 在 土 壤 表 面 的 解 吸 為進(jìn)一步評(píng)價(jià)生物炭的施入對(duì)土壤吸附固定Cd 穩(wěn)定性的影響 探究了土壤顆粒表面Cd的解吸過(guò)程 圖1B 結(jié)果表明隨著生物炭施用量的增加 土壤表 面Cd的解吸率降低 這是由于生物炭的施用量越增 加對(duì)土壤pH的影響越顯著 37 40 使得對(duì)應(yīng)處理土壤 中吸附的Cd可交換態(tài)更多地轉(zhuǎn)化為不可交換態(tài) 41 降低了土壤中Cd的解吸率 另外 生物炭的施入可 增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量 從而增強(qiáng)土壤吸附Cd的穩(wěn) 定性 降低土壤對(duì)已吸附Cd的解吸率 2 4 不 同 生 物 炭 處 理 對(duì)Cd 生 物 有 效 性 的 影 響 2 4 1 水稻和小麥籽粒中Cd含量 水稻和小麥籽粒中Cd含量見(jiàn)圖2 由圖2可知 生物炭的施入可降低水稻和小麥籽粒中Cd的含量 雖然以當(dāng)季作物秸稈生物炭施加到土壤中會(huì)增加土 壤中的Cd含量 但由于生物炭富含有機(jī)質(zhì) CEC且 pH值較高 可顯著增強(qiáng)土壤對(duì)Cd的吸附固定能力 抑制土壤中的Cd向小麥和水稻籽粒中遷移 當(dāng)土壤 表4 Cd 在 不 同 處 理 土 壤 表 面 的 吸 附 等 溫 線 擬 合 參 數(shù) Table4 LangmuirandFreundlichsorptionisothermparameters ofCdondifferenttreatedsoilsurfaces 處理 Treatments 對(duì)照Control BC1 3 BC1 2 BC1 BC5 BC10 Langmuir qm 5229 5891 6107 5902 7371 7514 KL 0 022 0 021 0 022 0 029 0 055 0 065 R 2 0 946 0 930 0 966 0 950 0 910 0 789 Freundlich KF 498 515 571 710 1232 1363 1 n 0 412 0 427 0 415 0 379 0 343 0 338 R 2 0 994 0 992 0 977 0 985 0 987 0 968 A B C表示水稻籽粒Cd含量顯著差異性 a b表示小麥籽粒Cd含量顯著差異性 A B CindicatesthesignificantdifferenceofgrainCdcontentinrice a bindicatesthesignificantdifferenceofgrainCdcontentinwheat Cd含量Cdcontent g kg 1 小麥籽粒Wheatgrain 0 20 0 16 0 12 0 08 0 04 0 對(duì)照 a a a a a b BC1 3 BC1 2 BC1 BC5 BC10 水稻籽粒Ricegrain 對(duì)照 A A B B C C BC1 3 BC1 2 BC1 BC5 BC10 圖1 Cd 在 土 壤 上 的 吸 附 等 溫 線 A 及 解 吸 率 B Figure1 Adsorptionisotherms A anddesorptionrate B ofCdonsoils 吸附量Adsorption mg kg 1 A 0 50 100 150 200 250 Cd濃度Cdconcentration mg L 1 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 對(duì)照Control BC1 2 BC5 BC1 3 BC1 BC10 解吸率Resolution B 2000 4000 6000 8000 吸附量Adsorption mg kg 1 20 15 10 5 0 對(duì)照Control BC1 2 BC5 BC1 3 BC1 BC10 圖2 小 麥 和 水 稻 籽 粒 中Cd 的 含 量 Figure2 TotalCdconcentrationsinwheatgrainsandricegrains 注 qm 最大吸附量 mg kg 1 KL 吸附平衡常數(shù) KF 吸附平衡常 數(shù) 和n 吸附性能常數(shù) 均為擬合參數(shù) Note qm Themaximaladsorptioncapacity mg kg 1 KL Adsorption equilibriumconstant KF Adsorptionequilibriumconstant andn Adsorptionstrengthconstant arefittingparameters 1022張 瑩 等 長(zhǎng) 期 施 用 生 物 炭 對(duì) 土 壤 中Cd 吸 附 及 生 物 有 效 性 的 影 響 2020 年5 月 中生物炭的施用量達(dá)到270t hm 2 時(shí)能顯著降低小麥 籽粒中Cd的含量 這是由于施入的生物炭不僅能增 強(qiáng)土壤的吸附固定能力 還能有效降低土壤顆粒表面 Cd的解吸率 且生物炭的施用量越大 土壤Cd解吸 率越低 農(nóng)田土壤中Cd的生物有效性越小 這與我們 前面的吸附 解吸結(jié)果一致 2 4 2 土壤中有效態(tài)Cd含量 重金屬的生物富集過(guò)程除了與其總量相關(guān)外 還與其形態(tài)密切相關(guān) 為此 實(shí)驗(yàn)采用0 01mol L 1 CaCl2試劑浸提分析了土壤中有效態(tài)Cd含量 圖3A 隨著生物炭施用量的增加土壤有效態(tài)Cd含量顯著降 低 當(dāng)生物炭的施用量達(dá)123 8t hm 2 和270t hm 2 時(shí) 可降低土壤中88 8 和91 6 的有效態(tài)Cd含量 表明生物炭的施入可有效降低土壤中Cd的有效態(tài) 為此進(jìn)一步探究生物炭的施入對(duì)土壤有效態(tài)Cd含量 的影響機(jī)制 分析了土壤pH和有機(jī)質(zhì)的含量與土壤 有效態(tài)Cd含量之間的相關(guān)性 圖3B 圖3C 結(jié)果表 明 土壤有效態(tài)Cd含量與土壤pH P 0 01 和有機(jī)質(zhì) 含量 P 0 01 均有顯著相關(guān)性 進(jìn)一步證明了生物 炭主要是通過(guò)增加土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量來(lái)增強(qiáng)土壤 對(duì)Cd的有效態(tài)的固定 進(jìn)而降低農(nóng)田土壤中Cd的生 物有效性 這與Jing等 42 研究結(jié)果一致 隨生物炭施 用量增加土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量顯著增加 從而降低 土壤可酸溶性Cd含量 通過(guò)控制土壤有效態(tài)Cd可減 少水稻根系和籽粒中Cd含量 生物炭對(duì)于土壤的改 良作用受生物炭自身性質(zhì)約束 同時(shí)也受土壤pH等 條件的影響 Xiao等 36 以堿性土壤為例 提出生物炭 對(duì)土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量影響顯著 但研究結(jié)果表明 生物炭還田方法對(duì)于酸性土壤的pH影響更顯著 因 此可望廣泛應(yīng)用在酸性Cd污染土壤修復(fù)和酸性Cd 污染農(nóng)田土壤農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)控制領(lǐng)域 3 結(jié) 論 1 長(zhǎng)期施用生物炭可顯著增加土壤pH CEC 和有機(jī)質(zhì)含量 有效增強(qiáng)土壤Cd容量的同時(shí)降低土 壤顆粒表面Cd的解吸率 降低土壤中Cd的生物有 效性 2 長(zhǎng)期施用生物炭可有效降低小麥籽粒和水稻 籽粒中Cd含量 參 考 文 獻(xiàn) 1 朱雅蘭 小白菜對(duì)鎘污染土壤的植物修復(fù) J 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2010 2 68 72 ZHUYa lan PhytoremediationofcadmiumpollutedsoilbyBrassica Chinensis J GuangdongAgriculturalScience 2010 2 68 72 2 FriolBoimAG AzevedoMeloLC MorenoFN etal Bioconcentra tionfactorsandtheriskconcentrationsofpotentiallytoxicelementsin gardensoils J JournalofEnvironmentalManagement 2016 170 21 27 3 HuY ChengH TaoS etal Thechallengesandsolutionsforcadmi um contaminatedriceinChina Acriticalreview J EnvironmentInter national 2016 92 93 515 532 4 LiuB AiS ZhangWY etal Assessmentofthebioavailabilityand a b c表示土壤有效態(tài)Cd含量顯著差異性 a b cindicatesthesignificantdifferenceofbioavailableCdcontentinsoil 有效態(tài)Cd含量 BioavailableCdcontent g kg 1 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Control a b c d e e BC1 3 BC1 2 BC1 BC5 BC10 A B 2 4 6 8 有機(jī)質(zhì)含量Organicmattercontent g kg 1 50 40 30 20 10 0 有效態(tài)Cd含量 BioavailableCdcontent g kg 1 y 45 268 5 736x R 2 0 785 10 C 5 6 6 0 6 4 6 8 7 2 土壤pHSoilpH 50 40 30 20 10 0 有效態(tài)Cd含量 BioavailableCdcontent g kg 1 y 169 71 25 02x R 2 0 626 圖3 不 同 處 理 土 壤 中 有 效 態(tài)Cd 含 量 A 及 其 與 土 壤 有 機(jī) 質(zhì) B 和pH C 的 相 關(guān) 性 Figure3TheconcentrationofthebioavailabilityofCdindifferent treatedsoils A Correlationbetweentheconcentrationofthe bioavailabilityofCdwithsoilorganicmatter B andsoilpH C 1023農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第39 卷 第5 期 transferofheavymetalsinthesoil grain humansystemsnearamin ingandsmeltingareainNWChina J ScienceoftheTotalEnviron ment 2017a 609 822 829 5 吳霄霄 米長(zhǎng)虹 吳 昊 等 鎘污染稻田修復(fù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的 構(gòu)建 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2019 38 7 1498 1505 WUXiao xiao MIChang hong WUHao etal Constructionofan evaluationindexsystemtoevaluatetheremediationeffectofcadmium pollutioninpaddysoils J JournalofAgro EnvironmentScience 2019 38 7 1498 1505 6 BirdMI WynnJG SaizG etal Thepyrogeniccarboncycle J Annu alReviewofEarthandPlanetarySciences 2015 43 1 273 298 7 AhmedMB ZhouJL NgoH etal Adsorptiveremovalofantibiotics fromwaterandwastewater Progressandchallenges J Scienceofthe TotalEnvironment 2015 532 112 126 8 KlinarD Universalmodelofslowpyrolysistechnologyproducingbio charandheatfromstandardbiomassneededforthetechno economic assessment J BioresourceTechnology 2016 206 112 120 9 PignatelloJJ MitchWA XuWQ Activityandreactivityofpyrogenic carbonaceousmattertowardorganiccompounds J EnvironmentalSci ence Technology 2017 51 16 8893 8908 10 柯國(guó)洲 彭書(shū)平 徐 濤 等 土壤重金屬鎘修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展 J 廣州化工 2017 45 14 28 31 KEGuo zhou PENGShu ping XUTao etal Researchprogresson remediation technology on soil heavy metal of cadmium in soil J GuangzhouChemicalIndustry 2017 45 14 28 31 11 郭 振 徐 艷 李 娟 我國(guó)農(nóng)業(yè)園區(qū)土壤重金屬鎘的研究進(jìn)展 J 綠色科技 2018 20 137 139 GUOZhen XUYan LIJuan Researchprogressonheavymetalcad miuminsoilofagriculturalparksinChina J JournalofGreenSci enceandTechnology 2018 20 137 139 12 DavidH LaurentE PhilippeS Mobility bioavailabilityandpH de pendentleachingofcadmium zincandleadinacontaminatedsoil amendedwithbiochar J Chemosphere 2013 92 11 1450 1457 13 PengL DengXZ SongHJ etal Manganeseenhancestheimmobili zationoftracecadmiumfromirrigationwaterinbiologicalsoilcrust J EcotoxicologyandEnvironmentalSafety 2019 168 369 377 14 QayyumMF AbidM DanishS etal Effectsofvariousbiocharson seedgerminationandcarbonmineralizationinanalkalinesoil J Pak istanJournalofAgriculturalSciences 2015 51 4 977 982 15 SardarK CaiC MuhammadW etal Sewagesludgebiocharinflu ence upon rice Oryza sativa L yield metalbioaccumulation and greenhouse gas emissions from acidic paddy soil J Environmental Science Technology 2013 47 15 8624 8632 16 JungKW LeeSY LeeYJ Hydrothermalsynthesisofhierarchically structuredbirnessite typeMnO2 biocharcompositesfortheadsorp tiveremovalofCu fromaqueousmedia J BioresourceTechnolo gy 2018 260 204 212 17 CurtisT HalfordNG Foodsecurity Thechallengeofincreasing wheatyieldandtheimportanceofnotcompromisingfoodsafety J An nalsofAppliedBiology 2014 164 3 354 372 18 RizwanM AliS AbbasT etal Cadmiumminimizationinwheat A criticalreview J EcotoxicologyandEnvironmentalSafety 2016 130 43 53 19 RizwanM AliS AdreesM etal Acriticalreviewoneffects toler ancemechanismsandmanagementofcadmiuminvegetables J Che mosphere 2017 182 90 105 20 WuX JiaY ZhuH Bioaccumulationofcadmiumboundtoferrichy droxideandparticulateorganicmatterbythebivalveM meretrix J EnvironmentalPollution 2012 165 133 139 21 TapiaY CalaV EymarE etal Chemicalcharacterizationandevalu ationofcompostsasorganicamendmentsforimmobilizingcadmium J BioresourceTechnology 2010 101 14 5437 5443 22 SinghB SinghBP CowieAL Characterisationandevaluationof biocharsfortheirapplicationasasoilamendment J AustralianJour nalofSoilResearch 2010 48 7 516 525 23 WangY HuYT ZhaoX etal Comparisonsofbiocharproperties fromwoodmaterialandcropresiduesatdifferenttemperaturesand residencetimes J Energy Fuels 2013 27 10 5890 5899 24 吳 萍 Zn在生物炭上的吸附固定分子機(jī)制及其環(huán)境效應(yīng) D 南 京 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所 2019 WUPing TheimmobilizationmolecularmechanismofZnonbiochar anditsenvironmentaleffects D Nanjing InstituteofSoilScience ChineseAcademyofSciences 2019 25 WuP CuiPX FangGD etal Sorptionmechanismofzinconreed lignin andreed andlignin derivedbiochars kinetics equilibrium andspectroscopicstudies J JournalofSoi