生物质炭对不同质地镉污染土壤性质及有效镉的影响

蔡瑞 李玉奇

摘要[目的]研究生物质炭对不同质地镉污染土壤理化性质及有效镉的影响。[方法]按照不同比例配置成砂土、壤土及黏土3种质地的镉污染土壤，通过添加不同比例的生物质炭，模拟研究不同添加量生物质炭对不同质地镉污染土壤pH、EC、有机质、含水率及有效镉含量的影响。[结果]生物质炭尽管提高了不同质地土壤pH，但是没有显著性影响;土壤EC值、有机质含量和含水率均随生物质炭添加量的增加而显著增加。当生物质炭添加量低于4%时，土壤有效镉随着生物质炭添加量的增加呈显著降低，进一步提高生物质炭添加量时土壤有效镉含量变化不明显。和对照相比，当土壤中生物质炭的添加量为2%、4%、8%时，砂土有效镉分别减少2.09%、7.94%、1450%，壤土分别减少24.00%、32.60%、35.00%;黏土分别减少41.80%、58.80%、63.20%。[结论]该研究为生物质炭在不同质地镉污染土壤中的应用提供理论依据。

关键词生物质炭;土壤质地;理化性质;镉

中图分类号X53文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）03-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.023

生物质炭是富含碳的生物质在完全或者部分缺氧的情况下经过高温而生成的高度芳香化的难熔性物质，是黑碳的一种 [1-2]。生物质炭不但碳的含量高，而且还含有大量植物需要的营养元素，可以为植物提供大量的养分，还能提高土壤的肥力[3-5]。大量研究显示，生物质炭的使用能有效地改善土壤的保水性，提升土壤养分吸持容量以及阳离子交换量，促进土壤稳定性团聚体的产生，提升土壤的有机质含量和酸性土壤的pH[6]。生物质炭拥有巨大的表面积，可以利用其来吸附污染土壤的重金属，从而达到改良污染土壤和降低作物对重金属吸收的目的，这是一种新的修复重金属污染土壤的技术[7]。生物质炭净化水源、减排固碳、吸附重金属以及改良土壤等已经在多个领域得到广泛的运用。全球热切关注的气候变化、土壤的功能退化以及环境的污染等焦点问题可以使用生物质炭在一定程度上得到解决，所以生物质炭逐渐成为国内外环境科学和土壤科学等领域科学家研究的热点。

镉是环境中主要的污染物之一，其可通过农业、工业、城市生活排污等途径进入土壤环境中，从而使土壤质量及农业产值和品质下降，并最终影响人类的可持续发展。由镉污染引发的“镉米”事件频频在我国各省市出现，不但严重影响国民的健康，还使我国经济快速发展受到威胁，因此对镉污染的土壤治理已经引起国内外的广泛重视[8-10]。

土壤质地是指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合，土壤质地状况是拟定土壤利用、管理和改良措施的重要依据[11]。该研究不同体积含量（0%、2%、4%、8%）生物质炭对不同质地土壤（砂质土、壤土、黏土）主要理化性质（pH、有机质、电导率、含水率）及重金属元素有效镉的影响，为合理利用生物质炭修复不同质地重金属污染土壤提供科学理论及应用依据。

1材料与方法

1.1试验材料供试生物质炭取自湖北三杰面业有限公司，为稻壳炭，将其研细，备用。生物质炭pH为9.88，电导率为0.77 mS/cm。供试土壤取自湖北文理学院附近农田0～20 cm新鲜的表层土，经风干、去除木棍虫草叶等杂质，研磨，再过2 mm筛。土壤的基本理化性质为：pH 7.64，电导率0.17 mS/cm，有机质含量4.95%，土壤镉浓度0.28 mg/kg。然后土壤过不同筛，按不同比例配制成砂质土、壤土、黏土3种质地土壤，其比例及有机质含量如表1所示。

1.2试验设计试验于2018年3—4月在湖北文理学院环境生态协同创新中心实验室进行。3种不同质地的土壤分别加入硝酸铬，混匀，适当浇水使土壤保持湿润，使土壤中镉的含量为50 mg/kg，形成镉的污染土壤，装入圆形塑料盆中，平衡21 d。然后在3种质地土壤中分别加入体积分数为0%（对照）、2%、4%、8%的生物质炭，与土混匀，并且盖上保鲜膜，重复3次。

1.3测定项目与方法土壤施入生物质炭保持土壤持水量，平衡14 d后采集土壤样品，经风干后，研磨过2 mm筛，待测。土壤 pH 值按照土水比1∶2.5（V/V）由pH Testr 20便携式pH计测定;土壤电导率按照土水比1∶5（V/V）由EC Testr11 EC计测定;土壤有机质的测定采用烧失量法[12];镉含量的测定采用原子吸收光谱法。

1.4数据分析采用Excel和Origin 8软件进行数据处理和作图，采用PASW Statistics 18进行方差分析（ANOVA）。

2结果与分析

2.1生物质炭对不同质地土壤pH的影响土壤pH可以综合反映土壤其他化学性质，它与土壤中微生物活性、酶活性、有机质合成与分解、各种物质的转化以及保肥保水能力等有关[13-14]。由图1可以看出，所用的3种质地土壤均呈碱性。与对照相比，随着生物质炭含量的增加，3种质地土壤pH均有上升趋势，但pH 提升幅度并不显著。当土壤中生物质炭的添加量为2%、4%、8%时，砂土的pH 分别增加了004、0.07、0.19;壤土的pH 分别增加了0.10、0.14、0.17;黏土的pH 分别增加了0.04、0.11、0.18。总体上，土壤pH表现为：黏土>壤土>砂土。

2.2生物质炭对不同质地土壤电导率的影响由图2可知，与对照相比，土壤中生物质炭的添加量为2%、4%、8%时，砂土的电导率分别增加了14.5%、26.3%、53.4%，壤土的电导率分别增加了18.5%、24.8%、39.3%，黏土的电导率分别增加了11.4%、17.2%、31.7%。数据方差分析表明，生物质炭能显著增加土壤的电导率，并且土壤电导率随生物质炭添加量的增加而显著增大。在低水平生物炭處理下，土壤EC 值表现为：黏土>壤土>砂土。在高生物炭处理下，不同质地的土壤EC值差异不显著。

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